压裂液临界返排速度计算方法技术

本发明专利技术提供一种压裂液临界返排速度计算方法，该压裂液临界返排速度计算方法包括：步骤1，支撑剂在破胶液中进行沉降速度实验，以确定支撑剂沉降速度；步骤2，将支撑剂在裂缝中的沉降模型简化；步骤3，将支撑剂在孔眼中的沉降模型简化；步骤4，推导临界返排速度计算公式。该压裂液临界返排速度计算方法排除了目前现场经验的不确定性对返排速度的影响，确定了返排速度的临界值，解决了由于返排速度过快导致的地层吐砂等问题。

【技术实现步骤摘要】
压裂液临界返排速度计算方法
本专利技术涉及油田开采领域，特别是涉及到一种压裂液临界返排速度计算方法。
技术介绍
压裂作为开采低渗透油气藏的有效手段，应用越来越广泛。压裂后的压裂液返排，目前主要有两种方法：一是快速返排：为了减少压裂液对地层的污染，压裂之后，采取措施立刻强制返排。但弊端非常明显，常常会出现压裂液没有完全破胶就携带支撑剂返排出来，导致堵塞油嘴。二是根据压力控制返排：待压裂液破胶后，根据压力大小，更换不同尺寸的油嘴，控制放喷返排。上述第二种方法，目前是压裂液返排的主流措施。但其依据主要是现场经验，因此常会出现裂缝吐砂，导致砂埋管柱、砂卡封隔器等重大井下事故。为此我们专利技术了一种新的压裂液临界返排速度计算方法，解决了以上技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种根据支撑剂沉降实验和模型合理简化，给出了压裂液临界返排速度的计算方法和现场操作方式的压裂液临界返排速度计算方法。本专利技术的目的可通过如下技术措施来实现：压裂液临界返排速度计算方法，该压裂液临界返排速度计算方法包括：步骤1，支撑剂在破胶液中进行沉降速度实验，以确定支撑剂沉降速度；步骤2，将支撑剂在裂缝中的沉降模型简化；步骤3，将支撑剂在孔眼中的沉降模型简化；步骤4，推导临界返排速度计算公式。本专利技术的目的还可通过如下技术措施来实现：在步骤1中，裂缝内支撑剂的运动，在垂直方向做自由沉降运动，在水平方向由于受压裂液的滞带作用而运动，因此可视为沉降作用与压裂液的滞带的合成。在步骤1中，不考虑砂浓度和裂缝壁面的影响，单粒支撑剂在水平方向的速度与压裂液的水平流速一样。在步骤1中，在计算垂直方向的沉降速度时，针对油田目前施工使用的支撑剂，进行压裂液不同粘度下的支撑剂沉降实验，得到支撑剂沉降实验的曲线图，根据该支撑剂沉降实验的曲线图，获得不同返排液粘度下的支撑剂沉降速度。在步骤1中，油田目前施工使用的支撑剂为20/40目支撑剂，粒径规格为0.425-0.85mm，闭合压力为69MPa，体积密度为1.88g/cm3，球度≥0.8，圆度≥0.8，粒径规格内支撑剂质量所占比例≥90％。在步骤1中，对油田目前施工使用的支撑剂，进行压裂液不同粘度下的支撑剂沉降实验，获得如下数据：返排液粘度为10mp.s时，支撑剂沉降速度为0.4cm/s；返排液粘度为8mp.s时，支撑剂沉降速度为1cm/s；返排液粘度为6mp.s时，支撑剂沉降速度为4cm/s；返排液粘度为3mp.s时，支撑剂沉降速度为12cm/s；返排液粘度为1mp.s时，支撑剂沉降速度为17cm/s；根据上述数据绘制该支撑剂沉降实验的曲线图。在步骤2中，支撑剂回流涉及到裂缝形态和支撑剂在裂缝中的沉降规律，裂缝形态简化为：裂缝为垂直缝，KGD或PKN模型，支撑剂在裂缝内均匀分布；支撑剂由于粒径小，受裂缝壁面和支撑剂之间相互影响，在裂缝中的沉降视为小雷诺数运动。在步骤2中，对裂缝模型和支撑剂沉降模型进一步简化，简化的裂缝模型认为，压裂液在进入射孔孔眼时，会冲蚀扩大孔眼，裂缝在射孔孔眼端部启裂；压裂液返排期间的支撑剂的运动，简化为在孔眼内的运动。在步骤3中，返排液可能从每一个孔眼流出，假设孔眼的作用都一样，把所有的孔眼进一步简化成一个大的孔眼。在步骤3中，假设所有的返排液、支撑剂都从该大的简化孔眼中流出，忽略孔壁和支撑剂相互之间的影响，那么支撑剂在此简化孔眼中的流动简化为返排液的拖曳运动和自身的沉降运动。在步骤4中，根据步骤2和步骤3中对模型的简化，考虑一个最极端情况，一个支撑剂颗粒随返排液从射孔孔眼的端部流出，只要此支撑剂颗粒在到达井筒之前落在最下端的一个射孔孔眼的距离内，那么就不会发生吐砂造成封隔器卡封事故，据此可以计算出返排速度。在步骤4中，推导出的临界返排速度计算公式为：其中：V返排：返排速度，m3/h；V沉：支撑剂沉降速度，m/s；n：射孔有效孔数；d：孔眼直径，m；L：射孔穿深，m。本专利技术中的压裂液临界返排速度计算方法，以支撑剂在压裂液破胶液中的沉降速度实验为基础，对孔眼和裂缝端部进行了合理的模型简化，由此推导出了压裂液临界返排速度计算公式。排除了目前现场经验的不确定性对返排速度的影响，确定了返排速度的临界值，解决了由于返排速度过快导致的地层吐砂等问题。附图说明图1为本专利技术的压裂液临界返排速度计算方法的一具体实施例的流程图；图2为本专利技术的一具体实施例中支撑剂沉降实验的曲线图；图3为本专利技术的一具体实施例中裂缝模型的示意图；图4为本专利技术的一具体实施例中支撑剂运动模型的示意图；图5为本专利技术的一具体实施例中简化裂缝模型的示意图；图6为本专利技术的一具体实施例中简化孔眼的示意图；图7为本专利技术的一具体实施例中支撑剂运动的示意图；图8为本专利技术的一具体实施例中KGD模型的示意图；图9为本专利技术的一具体实施例中PKN模型的示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。如图1所示，图1为本专利技术的压裂液临界返排速度计算方法的流程图。步骤101，支撑剂沉降实验。支撑剂在破胶液中的沉降速度实验，以确定支撑剂沉降速度.裂缝内支撑剂的运动，在垂直方向做自由沉降运动，在水平方向由于受压裂液的滞带作用而运动，因此可视为沉降作用与压裂液的滞带的合成。不考虑砂浓度和裂缝壁面的影响，单粒支撑剂在水平方向的速度最终应和压裂液的水平流速一样。垂直方向的沉降速度可以根据公式计算。但公式涉及的参数较多，计算复杂。针对油田目前施工使用的支撑剂，主要是20/40目支撑剂，据此做了压裂液不同粘度下的支撑剂沉降实验。表1支撑剂指标表2支撑剂沉降实验图2为本专利技术的一具体实施例中支撑剂沉降实验的曲线图，由图2看出，压裂液破胶越彻底，支撑剂沉降就越快，返排时受的拖曳力就越小，地层吐砂的可能性就越小。目前压后关井2小时，返排液粘度一般分布在3-8mp.s。步骤102，支撑剂在裂缝中沉降模型简化。支撑剂回流涉及到裂缝形态和支撑剂在裂缝中的沉降规律。裂缝形态一般简化为：裂缝为垂直缝，GDK或PKN模型，支撑剂在裂缝内均匀分布等；支撑剂由于粒径小，受裂缝壁面和支撑剂之间相互影响，在裂缝中的沉降视为小雷诺数运动，可以通过公式计算出来。人工裂缝在延伸的过程中，涉及到流体力学、固体力学、断裂力学和热力学等。KGD和PKN模型是对人工裂缝进行简化的二维模型。如图8所示，KGD模型特点：假设每一水平截面独立作用，即假设裂缝面任一点处裂缝宽度沿垂向变化远比水平方向的变化慢。在缝高远大于缝长或者储积层边界产生完全滑移的条件下成立缝端区域起着很重要的作用，而缝内压力可以估算。如图9所示，PKN模型特点：假设每一垂向截面独立作用，即假设截面的压力是由高度控制的而非由缝长控制的。在缝长远大于缝高的条件下成立没有考虑断裂力学和缝端的影响，而主要考虑了缝内流体的流动以及相应的压力梯度的影响。图3和图4为裂缝模型和支撑剂运动模型的示意图。图中，H：缝高；L(t):缝长；W(x,z,t):缝宽。上述模型在计算支撑剂返排沉降过程中，公式较复杂。为简化计算，对裂缝模型和支撑剂沉降模型进一步简化如下，如图5所示。简化的裂缝模型认为，压裂液在进入射孔孔眼时，会冲蚀扩大孔眼，裂缝在射孔孔眼端部启裂。因此，压裂液返排期间的支撑剂的运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.压裂液临界返排速度计算方法，其特征在于，该压裂液临界返排速度计算方法包括：步骤1，支撑剂在破胶液中进行沉降速度实验，以确定支撑剂沉降速度；步骤2，将支撑剂在裂缝中的沉降模型简化；步骤3，将支撑剂在孔眼中的沉降模型简化；步骤4，推导临界返排速度计算公式。

【技术特征摘要】
1.压裂液临界返排速度计算方法，其特征在于，该压裂液临界返排速度计算方法包括：步骤1，支撑剂在破胶液中进行沉降速度实验，以确定支撑剂沉降速度；步骤2，将支撑剂在裂缝中的沉降模型简化；步骤3，将支撑剂在孔眼中的沉降模型简化；步骤4，推导临界返排速度计算公式。2.根据权利要求1所述的压裂液临界返排速度计算方法，其特征在于，在步骤1中，裂缝内支撑剂的运动，在垂直方向做自由沉降运动，在水平方向由于受压裂液的滞带作用而运动，因此可视为沉降作用与压裂液的滞带的合成。3.根据权利要求2所述的压裂液临界返排速度计算方法，其特征在于，在步骤1中，不考虑砂浓度和裂缝壁面的影响，单粒支撑剂在水平方向的速度与压裂液的水平流速一样。4.根据权利要求2所述的压裂液临界返排速度计算方法，其特征在于，在步骤1中，在计算垂直方向的沉降速度时，针对油田目前施工使用的支撑剂，进行压裂液不同粘度下的支撑剂沉降实验，得到支撑剂沉降实验的曲线图，根据该支撑剂沉降实验的曲线图，获得不同返排液粘度下的支撑剂沉降速度。5.根据权利要求4所述的压裂液临界返排速度计算方法，其特征在于，在步骤1中，油田目前施工使用的支撑剂为20/40目支撑剂，粒径规格为0.425-0.85mm，闭合压力为69MPa，体积密度为1.88g/cm3，球度≥0.8，圆度≥0.8，粒径规格内支撑剂质量所占比例≥90％。6.根据权利要求4所述的压裂液临界返排速度计算方法，其特征在于，在步骤1中，对油田目前施工使用的支撑剂，进行压裂液不同粘度下的支撑剂沉降实验，获得如下数据：返排液粘度为10mp.s时，支撑剂沉降速度为0.4cm/s；返排液粘度为8mp.s时，支撑剂沉降速度为1cm/s；返排液粘度为6mp.s时，支撑剂沉降速度为4cm/s；返排液粘度为3mp.s时，支撑剂沉降速度为12cm/s；返排液粘度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培胜，陈勇，钟安海，王瑞军，郁登朗，吕永利，丁然，张军峰，王昊，卢娜娜，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37