油气井水平段开泵的桥射联作泵送速度控制曲线计算方法技术

本发明专利技术公开了油气井水平段开泵的桥射联作泵送速度控制曲线计算方法，计算泵送推力等于静摩擦力时泵送管串的泵送排量；计算泵送推力等于动摩擦力时，第一阶段排量对应的极限泵送速度；确定第一阶段排量作用下的泵送速度变化范围，取该范围中的任意速度值，计算达到该速度所需的加速时间；判断第一阶段排量对应的极限泵送速度是否达到水平段重复泵送所期望的速度范围，若达到，绘制曲线，若未达到，提升泵送管串的泵送排量并继续计算速度对应的加速时间，直至达到。本发明专利技术通过计算出各阶段排量下的速度及对应加速时间，描述不同排量下的泵送速度变化趋势，为油气井水平段重复泵送提供了一种可指导现场作业的速度控制曲线，为现场操作提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
油气井水平段开泵的桥射联作泵送速度控制曲线计算方法
本专利技术属于油气水平井电缆泵送桥塞与射孔联作技术应用领域，具体涉及油气井水平段开泵的桥射联作泵送速度控制曲线计算方法。
技术介绍
电缆泵送桥塞与射孔联作简称电缆泵送桥射联作，它是在井筒和地层存在孔道或裂缝等沟通通道的前提下，借助井口电缆防喷装置，以电缆输送方式将桥塞和射孔管串依靠自重下放一定井斜深度(直井段)后，通过压裂泵车和测井绞车配合，按照泵送设计程序，借助流体流经管串与套管间隙产生的推力，将桥射联作管串泵送至目的层，校深定位后，通过地面控制系统与井下选发控制器建立通讯，寻址选发点火完成桥塞坐封，然后上起射孔枪串，对准设计射孔层位，进行寻址选发点火完成射孔。该工艺作为非常规油气储藏分段压裂改造的一项主体技术，已在四川长宁-威远、重庆涪陵、云南昭通等页岩气和山西煤层气以及新疆页岩油等区块推广应用近千井次。受井眼轨迹不规则、井筒复杂、泵车故障、泵送排量或测井绞车速度(电缆下放速度)控制不合理等因素影响，电缆泵送桥射联作易出现管串泵送遇阻、泵送不到位等情况，为此需要将管串起至直井段重新泵送。上述在第一次泵送未成功完成桥射联作的情况下，将桥射联作管串由泵送异常停车位置起至直井段再次泵送的方法称为“直井段重复泵送法”，通过两次泵送或多次泵送实现桥射联作，但因为重复泵送井段较长，导致作业时间和泵送液体消耗成倍增加，严重影响了油气水平井开发的经济性、时效性。为此，提出了“水平段重复泵送法”，即将管串从水平段泵送异常停车位置上提一定距离(100～150m)，确保管串顶部的电缆处于拉伸状态，然后地面起动压裂泵车，以一定排量往井筒内注入泵送液体，依靠泵送液体在套管与管串间隙产生的流动压差推力，在水平段将管串从静止加速到一定速度，使管串顺利泵送至目的层位，完成桥射联作。“水平段重复泵送法”以其重复泵送距离短、作业时效高、成本低，在油气水平井电缆泵送桥射联作中得到初步应用。水平段重复泵送过程为变加速运动，可划分为四个阶段：静止阶段、管串起动后的加速运动阶段、稳定运动阶段、减速阶段。当泵送排量较小，泵送推力不足以克服静摩擦力时，管串及电缆静止；当不断增加泵送排量使泵送推力大于静摩擦力后，管串及电缆开始运动，阻力由静摩擦力转变为动摩擦力，阻力减小，管串及电缆做变加速度运动，随着泵送速度逐渐增大，在泵送排量不变的情况下，管串与套管间隙流的流速逐渐减小，管串受到的泵送推力随之减小，管串及电缆加速度逐渐变小，管串及电缆在经历了加速度从某一定值逐渐减小为零的变加速过程后，速度达到对应排量下的最大值，进入相对稳定的匀速运动阶段，管串动力及阻力达到平衡；但管串动力及阻力达到平衡的匀速运动不可维持，因为随着泵送的进行，进入水平段的电缆不断增加，摩阻变大，动力等于阻力的平衡状态被打破，阻力大于动力将导致管串及电缆做减速运动。水平段重复泵送的关键在于控制测井绞车电缆下放速度与井下管串运动速度相匹配。不同阶段的泵送排量对应不同的变加速度运动，导致该工艺在现场应用过程中，难以控制测井绞车电缆下放速度以匹配井下管串的变速运动。目前，如何设计水平段重复泵送的阶段排量以及如何控制泵送速度还未形成相应的技术理论，现场作业完全依靠操作人员的临场反应，作业成功率低、安全可靠性差。
技术实现思路
针对现有技术中的技术问题，本专利技术提供了油气井水平段开泵的桥射联作泵送速度控制曲线计算方法，为现场操作提供理论依据及直观参考，提升该技术现场应用的安全可靠性。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：油气井水平段开泵的桥射联作泵送速度控制曲线计算方法，包括以下步骤：步骤1：根据水平段重复泵送管串及电缆的静摩擦力和动摩擦力，计算泵送推力等于静摩擦力时泵送管串的泵送排量，此时的泵送排量为临界排量，记为第一阶段排量；步骤2：根据步骤1得到的第一阶段排量，计算泵送推力等于动摩擦力时，第一阶段排量对应的极限泵送速度；步骤3：以0为起始值，以第一阶段排量对应的极限泵送速度为终止值，确定第一阶段排量作用下的泵送速度变化范围，取该范围中的任意速度值，计算达到该速度所需的加速时间；步骤4：若第一阶段排量对应的极限泵送速度达到水平段重复泵送所期望的速度范围，则执行步骤10；否则，则执行步骤5；步骤5：提升泵送管串的泵送排量，将提升后的泵送排量记为新一阶段排量；步骤6：根据步骤5得到的新一阶段排量，计算泵送推力等于动摩擦力时，新一阶段排量对应的极限泵送速度；步骤7：以前一阶段排量对应的极限泵送速度为起始值，以新一阶段排量对应的极限泵送速度为终止值，确定新一阶段排量作用下的泵送速度变化范围，取该范围中的任意速度值，计算达到该速度所需的加速时间；步骤8：若新一阶段排量对应的极限泵送速度达到水平段重复泵送所期望的速度范围，则执行步骤10；否则，则执行步骤9；步骤9：重复执行步骤5～步骤8，直到某一阶段排量对应的极限泵送速度达到水平段重复泵送所期望的速度范围时，执行步骤10；步骤10：以各阶段排量下的任意速度值为纵坐标，且以该速度对应的累计加速时间为横坐标，绘制水平段开泵的桥射联作泵送速度控制曲线；所述累计加速时间为从水平段重复泵送管串开始起动的时刻开始累计的时间。进一步地，所述步骤1中，计算泵送推力等于静摩擦力时管串的泵送排量的计算公式为：公式中：Qk为第k阶段排量；FPk为Qk对应的泵送推力；fs为泵送管串及电缆的静摩擦力；FPk和Qk中的下标k代表阶段序号，k的取值范围为1,2…n，步骤1中k取值为1；Aj为桥射联作管串自上往下依次编号的各部分轴向压力作用面积；n为桥射联作管串因各组成部分外径不同而形成不同大小管套间隙的数量；μ、ρ分别为泵送液体动力粘度和密度；Qk为第k阶段排量；di为管串各组成部分直径；li、hi分别为各管套间隙的长度、高度；εi为管串与套管壁接触时的管套轴线偏心率。进一步地，所述步骤1中，根据水平段重复泵送管串及电缆在井液中的总重量和泵送管串及电缆所处位置的水平段井斜角，计算水平段重复泵送管串及电缆的静摩擦力和动摩擦力。进一步地，所述步骤2中，第一阶段排量对应的极限泵送速度的计算公式为：其中：Fpk＝Xk·v2-Yk·v+Zk；公式中：所有变量符号下标中的k均代表阶段序号，步骤2中k取值为1；fd为泵送管串及电缆的动摩擦力；M为泵送管串及水平段电缆在井液中的总重量，D为套管内径；v为泵送速度。进一步地，所述步骤3中，达到第一阶段排量作用下对应速度变化范围内的任意速度所需加速时间的计算公式为：当yk2-4xkzk＞0时：当yk2-4xkzk＜0时：公式中：Ck1和Ck2为根据边界条件求解得到的常量，Ck1和Ck2下标中的k代表阶段序号。进一步地，所述步骤5中，将泵送管串的泵送排量提升0.1m3/min～0.2m3/mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.油气井水平段开泵的桥射联作泵送速度控制曲线计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：根据水平段重复泵送管串及电缆的静摩擦力和动摩擦力，计算泵送推力等于静摩擦力时泵送管串的泵送排量，此时的泵送排量为临界排量，记为第一阶段排量；/n步骤2：根据步骤1得到的第一阶段排量，计算泵送推力等于动摩擦力时，第一阶段排量对应的极限泵送速度；/n步骤3：以0为起始值，以第一阶段排量对应的极限泵送速度为终止值，确定第一阶段排量作用下的泵送速度变化范围，取该范围中的任意速度值，计算达到该速度所需的加速时间；/n步骤4：若第一阶段排量对应的极限泵送速度达到水平段重复泵送所期望的速度范围，则执行步骤10；否则，则执行步骤5；/n步骤5：提升泵送管串的泵送排量，将提升后的泵送排量记为新一阶段排量；/n步骤6：根据步骤5得到的新一阶段排量，计算泵送推力等于动摩擦力时，新一阶段排量对应的极限泵送速度；/n步骤7：以前一阶段排量对应的极限泵送速度为起始值，以新一阶段排量对应的极限泵送速度为终止值，确定新一阶段排量作用下的泵送速度变化范围，取该范围中的任意速度值，计算达到该速度所需的加速时间；/n步骤8：若新一阶段排量对应的极限泵送速度达到水平段重复泵送所期望的速度范围，则执行步骤10；否则，则执行步骤9；/n步骤9：重复执行步骤5～步骤8，直到某一阶段排量对应的极限泵送速度达到水平段重复泵送所期望的速度范围时，执行步骤10；/n步骤10：以各阶段排量下的任意速度值为纵坐标，且以该速度对应的累计加速时间为横坐标，绘制水平段开泵的桥射联作泵送速度控制曲线；所述累计加速时间为从水平段重复泵送管串开始起动的时刻开始累计的时间。/n...

【技术特征摘要】
1.油气井水平段开泵的桥射联作泵送速度控制曲线计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据水平段重复泵送管串及电缆的静摩擦力和动摩擦力，计算泵送推力等于静摩擦力时泵送管串的泵送排量，此时的泵送排量为临界排量，记为第一阶段排量；
步骤2：根据步骤1得到的第一阶段排量，计算泵送推力等于动摩擦力时，第一阶段排量对应的极限泵送速度；
步骤3：以0为起始值，以第一阶段排量对应的极限泵送速度为终止值，确定第一阶段排量作用下的泵送速度变化范围，取该范围中的任意速度值，计算达到该速度所需的加速时间；
步骤4：若第一阶段排量对应的极限泵送速度达到水平段重复泵送所期望的速度范围，则执行步骤10；否则，则执行步骤5；
步骤5：提升泵送管串的泵送排量，将提升后的泵送排量记为新一阶段排量；
步骤6：根据步骤5得到的新一阶段排量，计算泵送推力等于动摩擦力时，新一阶段排量对应的极限泵送速度；
步骤7：以前一阶段排量对应的极限泵送速度为起始值，以新一阶段排量对应的极限泵送速度为终止值，确定新一阶段排量作用下的泵送速度变化范围，取该范围中的任意速度值，计算达到该速度所需的加速时间；
步骤8：若新一阶段排量对应的极限泵送速度达到水平段重复泵送所期望的速度范围，则执行步骤10；否则，则执行步骤9；
步骤9：重复执行步骤5～步骤8，直到某一阶段排量对应的极限泵送速度达到水平段重复泵送所期望的速度范围时，执行步骤10；
步骤10：以各阶段排量下的任意速度值为纵坐标，且以该速度对应的累计加速时间为横坐标，绘制水平段开泵的桥射联作泵送速度控制曲线；所述累计加速时间为从水平段重复泵送管串开始起动的时刻开始累计的时间。


2.根据权利要求1所述的油气井水平段开泵的桥射联作泵送速度控制曲线计算方法，其特征在于，所述步骤1中，计算泵送推力等于静摩擦力时管串的泵送排量的计算公式为：



公式中：Qk为第k阶段排量；FPk为Qk对应的泵送推力；fs为泵送管串及电缆的静摩擦力；FPk和Qk中的下标k代表阶段序号，k的取值范围为1,2…n，步骤1中k取值为1；Aj为桥射联作管串自上往下依次编号的各部分轴向压力作用面积；n为桥射联作管串因各组成部分外径不同而形成不同大小管套间隙的数量；μ、ρ分别为泵送液体动力粘度和密度；Qk为第k阶段排量；di为管串各组成部分直径；li、hi分别为各管套间隙的长度、高度；εi为管串与套管壁接触时的管套轴线偏心率。

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【专利技术属性】
技术研发人员：杨登波，陈锋，唐凯，任国辉，陈建波，罗苗壮，张清彬，刘勇军，李妍僖，聂靖雯，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油集团测井有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11