本发明专利技术公开了一种控制水力压裂支撑剂回流的实时油嘴尺寸计算方法，包括收集压裂井目标储层基础参数；计算水力裂缝闭合后的裂缝宽度；计算管柱内的流体静液柱压力；计算支撑裂缝充填层中支撑剂颗粒启动的临界流速；基于井口油压、临界流速和管柱沿程摩阻迭代计算井底压力，确定给定井口油压下的井底压力、排液临界流速和排液临界流量；根据监测获得的井口油压和临界流量计算油嘴直径；遍历实际监测的井口油压重复步骤计算随变化的油嘴直径。本发明专利技术是基于矿场压后实时监测到的井口油压调节油嘴直径，该方法避免了早期使用具有不确定滤失系数和裂缝高度的不足，而且计算方法具有简便、可靠、可操作性等特点。可操作性等特点。可操作性等特点。
【技术实现步骤摘要】
一种控制水力压裂支撑剂回流的实时油嘴尺寸计算方法
[0001]本专利技术涉及一种控制水力压裂支撑剂回流的实时油嘴尺寸计算方法，属于油气田开发的低渗储层水力压裂增产改造领域。
技术介绍
[0002]水力压裂是低渗
‑
特低渗储层有效/高效开发的重要技术。压裂结束(停泵)后通常要求尽快将进入储层的压裂液返排出来以避免压裂液长时间滞留地层和支撑裂缝，引起严重的对储层基质和支撑裂缝的伤害，现代压裂技术已从早期的压后裂缝自然闭合、小排量排液发展到快速排液。但如果压后排液速度过高有可能导致人工裂缝中支撑剂随返排压裂液进入管柱/井筒、支撑剂颗粒随返排液进入生产流程而带来的设备磨蚀损坏等。因此，压后排液应该是在确保支撑剂充填层稳定、不出现支撑剂回流的约束条件下的有控制的快速排液，而该过程是通过调节地面油嘴来实现的。由于压后排液必然伴随井口油压降低，相应的油嘴尺寸也应该进行相应的实时调节。针对上述问题，本专利技术针对水力压裂后支撑剂充填层中支撑剂颗粒回流控制问题，考虑其在重力与浮力、液流拖曳力与举升力、有效闭合压力和支撑剂粘结主力等共同作用下的启动条件，确定支撑剂回流的液流临界流速；从储层裂缝
‑
管柱
‑
油嘴的系统角度，基于系统中的流量与压力协调约束提出了控制水力压裂支撑剂回流的实时油嘴尺寸计算方法。本专利技术提出的方法可以有效避免支撑回流对生产流程的磨蚀、实现压后工作液的快速排出以降低对储层的伤害，从而提高水力压裂增产效果。
[0003]压后快速排液技术出现以来，合理控制快速排液措施主要是通过室内实验测试支撑剂充填层的支撑剂颗粒回流规律来得到支撑剂回流控制经验方程；二是优选支撑剂以增大颗粒启动和流化的阻力，从而提高支撑剂启动的临界液流速度。三是基于支撑剂充填裂缝中固相颗粒启动条件确定临界流速，并采用物质平衡原理和咀流中流体流动理论建立井口油压与放喷油嘴直径的关系，由于模型中采用了难以准确获取的具有不确定性的压裂液滤失系数和裂缝高度等参数，其计算结果必然具有不确定性，因此制约了在矿场实践的有效应用。
技术实现思路
[0004]为了克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术旨在提供一种控制水力压裂支撑剂回流的实时油嘴尺寸计算方法，以便有效阻止压后排液过程支撑剂流出裂缝导致的支撑裂缝宽度变窄而降低压裂支撑裂缝导流能力、防止压裂支撑剂颗粒对管柱和地面管线的磨蚀作用而增加其寿命；从而能够明显改善低渗储层水力加砂压裂改造效果并降低生产成本。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种控制水力压裂支撑剂回流的实时油嘴尺寸计算方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S10、收集压裂井目标储层基础参数；
[0007]步骤S20、计算水力裂缝闭合后的裂缝宽度；
[0008]步骤S30、计算管柱内的流体静液柱压力；
[0009]步骤S40、计算支撑裂缝充填层中支撑剂颗粒启动的临界流速；
[0010]步骤S50、基于井口油压、临界流速和管柱沿程摩阻迭代计算井底压力，确定给定井口油压下的井底压力、排液临界流速和排液临界流量；
[0011]步骤S60、根据监测获得的井口油压和临界流量计算油嘴直径；
[0012]步骤S70、遍历实际监测的井口油压重复步骤S40～60计算随变化的油嘴直径。
[0013]进一步的技术方案是，所述压裂井目标储层基础参数包括井深、产层厚度、闭合压力、压裂返排液密度、压裂返排液粘度、支撑剂颗粒密度、支撑剂颗粒粒度、支撑剂充填孔隙度以及地面压力计的实时压力监测数据。
[0014]进一步的技术方案是，所述步骤S20中的计算公式为：
[0015][0016]式中：w
p
为支撑裂缝宽度，m；C
p
为支撑剂铺置浓度，Kg/m2；ρ
p
为支撑剂颗粒密度，Kg/m3；φ
p
为支撑剂充填孔隙度，小数。
[0017]进一步的技术方案是，所述步骤S20中的计算公式为：
[0018]p
h
＝10
‑6ρgL
[0019]式中：p
h
为静液柱压力，MPa；L为排液管柱长度，m。
[0020]进一步的技术方案是，所述步骤S40的具体过程为：
[0021]步骤S41、计算给定井口油压下的井底压力p
wf
；
[0022]步骤S42、根据井底压力p
wf
计算不同液流形态下支撑剂颗粒启动的临界流速；
[0023]步骤S43、根据支撑剂颗粒雷洛数校核液流形态，并确定最终的临界速度。进一步的技术方案是，所述步骤S41中的计算公式为：
[0024]p
wf
＝p
ch
+p
h
+Δp
st
[0025]式中：Δp
st
为管柱沿程摩阻，MPa；p
ch
为给定井口油压，MPa；p
wf
为给定井口油压下的井底压力，MPa；p
h
为静液柱压力，MPa。
[0026]进一步的技术方案是，所述步骤S42中的计算公式为：
[0027][0028]式中：p
c
为储层闭合压力，MPa；p
wf
为给定井口油压下的井底压力，MPa；ρ
p
为支撑剂颗粒密度，Kg/m3；d
p
为支撑剂直径，m；v
c
为支撑剂颗粒启动的临界流速，m/s。
[0029]进一步的技术方案是，所述步骤S50的具体过程为：
[0030]步骤S51、根据裂缝宽度和支撑剂颗粒启动的临界流速计算压裂管柱的排液临界流量和排液临界流速；
[0031]步骤S52、计算排液系统中的管柱沿程摩阻；
[0032]步骤S53、将步骤S52中得到的管柱沿程摩阻代入步骤S40中，并重复步骤S40
‑
S50进行迭代计算，直到满足|p
wf(n)
‑
p
wf(n+1)
|/p
wf(n)
≤ε
o
的给定精度要求，确定给定井口油压下的井底压力、排液临界流量和排液临界流速。
[0033]进一步的技术方案是，所述步骤S51中的计算公式为：
[0034]q＝2(0.785w
p
h
e
v
c
)
[0035]v＝q/(πD2/4)
[0036]式中：q为排液临界流量，m3/s；h
e
为储层有效厚度，m；D为压后管柱直径，m。
[0037]进一步的技术方案是，所述步骤S52中的计算公式为：
[0038][0039][0040][0041]式中：Δp
st
为管柱沿程摩阻，MPa；f为沿程流动摩阻系数，无因次；λ为返排液减阻率，无因次。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种控制水力压裂支撑剂回流的实时油嘴尺寸计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10、收集压裂井目标储层基础参数；步骤S20、计算水力裂缝闭合后的裂缝宽度；步骤S30、计算管柱内的流体静液柱压力；步骤S40、计算支撑裂缝充填层中支撑剂颗粒启动的临界流速；步骤S50、基于井口油压、临界流速和管柱沿程摩阻迭代计算井底压力，确定给定井口油压下的井底压力、排液临界流速和排液临界流量；步骤S60、根据监测获得的井口油压和临界流量计算油嘴直径；步骤S70、遍历实际监测的井口油压重复步骤S40～60计算随变化的油嘴直径。2.根据权利要求1所述的一种控制水力压裂支撑剂回流的实时油嘴尺寸计算方法，其特征在于，所述步骤S20中的计算公式为：式中：w
p
为支撑裂缝宽度，m；C
p
为支撑剂铺置浓度，Kg/m2；ρ
p
为支撑剂颗粒密度，Kg/m3；φ
p
为支撑剂充填孔隙度，小数。3.根据权利要求1所述的一种控制水力压裂支撑剂回流的实时油嘴尺寸计算方法，其特征在于，所述步骤S20中的计算公式为：p
h
＝10
‑6ρgL式中：p
h
为静液柱压力，MPa；L为排液管柱长度，m。4.根据权利要求1所述的一种控制水力压裂支撑剂回流的实时油嘴尺寸计算方法，其特征在于，所述步骤S40的具体过程为：步骤S41、首先设定管柱沿程摩阻为零，计算给定井口油压下的井底压力p
wf
；步骤S42、根据井底压力p
wf
计算不同液流形态下支撑剂颗粒启动的临界流速；步骤S43、根据支撑剂颗粒雷洛数校核液流形态，并确定最终的临界速度。5.根据权利要求4所述的一种控制水力压裂支撑剂回流的实时油嘴尺寸计算方法，其特征在于，所述步骤S41中的计算公式为：p
wf
＝p
ch
+p
h
+Δp
st
式中：Δp
st
为管柱沿程摩阻，MPa；p
ch
为给定井口油压，MPa；p
wf
为给定井口油压下的井底压力，MPa；p
h
为静液柱压力，MPa。6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡永全，胡若菡，李勇明，赵金洲，刘通义，贺俞轲，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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