一种能够降低能耗的射孔器设计方法技术

本发明专利技术公开了一种能够降低能耗的射孔器设计方法，属于射孔器设计制造参数优化技术领域，其包括：构建射孔器应力耦合模型；采用蒙特卡洛随机法试算射孔参数对；进行裂缝扩展形态计算，得到裂缝发育形态；根据裂缝发育形态通过应力计算公式得到实时的应力分布状态；计算裂缝克服已压裂裂缝的应力作用所消耗功率；根据试算射孔参数对计算流体通过射孔的孔眼时的功率损耗；采用牛顿迭代法进行功率平衡式结算得到本次迭代的瞬时各射孔簇流量；获取各射孔簇流量小于预设阈值所需的的总泵送时间，并计算累加得到单个分段段内的裂缝面积综合；求得试算射孔参数对的单位压裂面积所消耗能量；选取以最小能耗代价取得最大裂缝压裂面积的射孔参数组合。射孔参数组合。射孔参数组合。

【技术实现步骤摘要】
一种能够降低能耗的射孔器设计方法


[0001]本专利技术涉及应力耦合射孔器设计
，尤其是一种能够降低能耗的射孔器设计方法。

技术介绍

[0002]水力压裂（HF）在石油和天然气（烃类）资源的能源生产中发挥着越来越重要的作用。水平井压裂是分段进行的，其意图是通过套管将压裂液同时从三到六个射孔簇送入储层产生裂缝，然后依靠支撑剂保持裂缝不闭合，从而使油气可以在地层压力下沿着裂缝流出直到地表。然而有20%至40%的射孔簇被普遍观察到对产量没有贡献（Miller等人，2011）。导致这些射孔集群产量不均匀的一个因素是沿着井的原位应力及储层物性和力学性质的不均匀性（例如Baihly等人，2010；Cipolla等人，2011）。另一个因素是“应力遮挡”，指的是由于附近的水力压裂（HF）施加的压缩应力而抑制一些HF（例如Abbas等人，2009；Fisher等人，2004；Meyer＆Bazan，2011；Sesetty＆Ghassemi，2013），考虑到产能跟裂缝面积呈正相关关系，这种不均匀的裂缝扩展，不利于注入流体的充分利用，使同等注入液量下的压裂面积减少，从而降低了产能。
[0003]随着压裂在油气生产中日益突出的地位，需要降低储层非均质性所带来的负面影响也越来越迫切。考虑到射孔器（PerforatingGun）是水力压裂过程中必不可少的设备，同时在诸多应对措施中射孔器的优化又具有较强的可操作性，因此值得深入研究其改进方法。射孔器（PerforatingGun）是水力压裂过程中必须采用的设备，通常由一个长而细的钢管制成，其中包含了一系列的爆炸药物质，用于在井孔内部形成孔洞。在水力压裂过程中，射孔器被用来在井孔壁上创建小孔，从而使水或其他压裂液体能够流入油气储层，并形成更多的裂缝。
[0004]近年来，极限限流射孔器被大范围使用，其原理是通过在沿井每个完井簇的每个完井孔中创造更少或更小的穿孔孔洞，来主导全局压力，以通过压力降低来控制裂缝扩展。然而，这种降低不确定性的做法也带来了成本，即需要显著增加泵送功率以维持增加的泵送压力，并在经济和操作可行的时间内维持足够的注入速率以使裂缝扩展。此外，由于每口井不仅存在经济成本，而且存在环境和社会成本，因此确保最佳的采收率来最大化投资回报也同样重要。
[0005]因此，急需要提出一种逻辑简单、优化可靠的力耦合射孔器的优化方法。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能够降低能耗的射孔器设计方法，本专利技术采用的技术方案如下：一种能够降低能耗的射孔器设计方法，其包括以下步骤：步骤S1，根据应力耦合射孔器所运用的地质区域的地质参数、工程参数构建射孔器应力耦合模型；
步骤S2，采用蒙特卡洛随机法选取射孔簇的射孔数量、孔眼直径，并组成数组试算射孔参数对；步骤S3，根据射孔器应力耦合模型建立初始迭代流量方程，并进行裂缝扩展形态计算，得到裂缝发育形态；步骤S4，根据裂缝发育形态通过应力计算公式得到实时的应力分布状态；步骤S5，计算裂缝克服已压裂裂缝的应力作用所消耗功率；同时，根据试算射孔参数对计算流体通过射孔的孔眼时的功率损耗；步骤S6，采用牛顿迭代法进行功率平衡式结算得到本次迭代的瞬时各射孔簇流量，并返回步骤S3；步骤S7，重复步骤S3至S6，直至各射孔簇流量小于预设阈值，进入步骤S8；步骤S8，获取各射孔簇流量小于预设阈值所需的的总泵送时间T，并计算累加得到单个分段段内的裂缝面积综合；步骤S9，重复步骤S3至步骤S8，直到得到单井所有分段的裂缝发育形态以及对应的总能耗，求得试算射孔参数对的单位压裂面积所消耗能量；步骤S10，遍历任一试算射孔参数对，选取以最小能耗代价取得最大裂缝压裂面积的射孔参数组合，完成对应力耦合射孔器进行优化。
[0007]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术通过地应力分布设计相应的射孔器，以每单位面积裂缝所消耗的泵注能量为标准优选射孔参数，得到应力耦合射孔器，从而降低泵注功率，降低能耗及相应的碳排放。
[0008]（2）本专利技术主要考虑：单簇射孔数量和射孔直径，因此针对现在压裂过程中普遍存在的高能耗问题，对于射孔器的改进，实际就是改进射孔器在射孔数量和射孔直径。但受限于现有大部分模拟软件的计算速度，一直以来压裂设计参数的优化是采用非耦合方法，也就是只允许一个参数是变量，其它待优化参数设为固定值。当一个参数优化好后，将其固定，然后再对其它参数逐个进行优化。然而在实际的裂缝扩展过程中，多个参数互相影响作用，采用非耦合优化必然达不到预期优化效果。
[0009]（3）本专利技术使用了蒙特卡洛随机法给射孔参数随机赋值组成随机参数对导入模型，以获得多个试算射孔参数对，以提供后期评价对比。
[0010]（4）本专利技术采用牛顿迭代法寻找方程的根，应力耦合射孔器的总体思路就是通过同时操纵射孔孔洞数量和直径来平衡裂缝扩展产生的应力挤压，以避免一些裂缝被抑制不发育，而只有少数部分裂缝发育。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0012]图1为本专利技术的单井压裂施工结构示意图。
[0013]图2为本专利技术的单井分段分簇压裂结构示意图。
[0014]图3为本专利技术的单井实施案例分段分簇示意图。
[0015]图4为本专利技术的极限限流射孔器和应力耦合射孔器裂缝长度与单位面积能耗对比图。
[0016]图5为图4中第1分段和第36分段的放大示意图。
[0017]图6为本专利技术的极限限流射孔器和应力耦合射孔器单位面积能耗绝对值与相对值对比图。
[0018]图7为本专利技术的极限限流射孔器和应力耦合射孔器压裂裂缝面积绝对值与相对值对比图。
[0019]图8为本专利技术的现场实施案例FY
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4至FY
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7井轨迹三维坐标图。
[0020]图9为本专利技术的HF井工厂分段应力耦合射孔器设计参数简要示意图。
[0021]图10为图9中应力耦合射孔器范例（一）。
[0022]图11为本专利技术的 FY
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1井极限限流射孔器和应力耦合射孔器沿井裂缝长度和面积对比图。
[0023]图12为本专利技术的 FY
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1井极限限流射孔器和应力耦合射孔器全井段裂缝长度和面积对比图。
[0024]图13为本专利技术的井极限限流射孔器和应力耦合射孔器沿井能耗绝对值与相对值对比图。
[0025]图14为本专利技术的FY
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1井极限限流射孔器和应力耦合射孔器沿井能耗绝对值与相对值对比图。
具体实施方式
[0026]为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够降低能耗的射孔器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，根据应力耦合射孔器所运用的地质区域的地质参数、工程参数构建射孔器应力耦合模型；步骤S2，采用蒙特卡洛随机法选取射孔簇的射孔数量、孔眼直径，并组成数组试算射孔参数对；步骤S3，根据射孔器应力耦合模型建立初始迭代流量方程，并进行裂缝扩展形态计算，得到裂缝发育形态；步骤S4，根据裂缝发育形态通过应力计算公式得到实时的应力分布状态；步骤S5，计算裂缝克服已压裂裂缝的应力作用所消耗功率；同时，根据试算射孔参数对计算流体通过射孔的孔眼时的功率损耗；步骤S6，采用牛顿迭代法进行功率平衡式结算得到本次迭代的瞬时各射孔簇流量，并返回步骤S3；步骤S7，重复步骤S3至S6，直至各射孔簇流量小于预设阈值，进入步骤S8；步骤S8，获取各射孔簇流量小于预设阈值所需的的总泵送时间T，并计算累加得到单个分段段内的裂缝面积综合；步骤S9，重复步骤S3至步骤S8，直到得到单井所有分段的裂缝发育形态以及对应的总能耗，求得试算射孔参数对的单位压裂面积所消耗能量；步骤S10，遍历任一试算射孔参数对，选取以最小能耗代价取得最大裂缝压裂面积的射孔参数组合，完成对应力耦合射孔器进行优化。2.根据权利要求1所述的一种能够降低能耗的射孔器设计方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述地质参数和工程参数包括：地层滤失系数、杨氏模量、泊松比、流体粘度、岩石断裂韧性、总注入流量、总泵住时间、段内各射孔簇的间距、分段长度、时间步长。3.根据权利要求1或2所述的一种能够降低能耗的射孔器设计方法，其特征在于，所述步骤S2中，射孔数量的范围为5~20；孔眼直径的范围为0.006~0.015m。4.根据权利要求2所述的一种能够降低能耗的射孔器设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，迭代流量方程的表达式为：；其中，表示初始时间；表示单个分段射孔簇的总数。5.根据权利要求3所述的一种能够降低能耗的射孔器设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，进行裂缝扩展形态计算，得到裂缝发育形态，包括以下步骤：将迭代流量方程代入第口井第段内第条裂缝所受到的牵引力的表达式内；
（21），其中，表示裂缝上一点C离裂缝中心的距离与裂缝半径的比值；表示裂缝内的复合流体粘度；表示第口井；表示第个分段；表示第个射孔簇；A和B分别表示常数；表示由裂缝产生的交互应力；是裂缝破裂面上一点C与裂缝破裂面的投影垂直距离与裂缝半...

【专利技术属性】
技术研发人员：程呈，于川淇，安德鲁，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：