【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可用于水力压裂段塞技术的支撑剂段塞用量设计方法，主要用于页岩油气储层、致密砂岩储层等非常规储层的水力压裂增产技术。
技术介绍
1、深层页岩气开发潜力巨大，但是，在深层页岩气井水力压裂作业中，由于闭合压力增大，岩石塑性增强，施工压力高，砂进地层敏感，加砂困难，所以，传统的连续加砂方式不能很好地用于深层页岩气水力压裂作业中，应在携砂液阶段采用多段塞加砂的模式，即在加砂阶段使用阶梯式加砂(阶梯式加砂是指按照一定的增量逐步增加砂比)、携砂液与顶替液交替注入的方式，在一段液体段塞泵入后，待施工压力稳定后，再泵入下一段加砂段塞，如按照1％～2％的增量逐步增加砂比，从而减小了支撑剂传输沉降的风险，增加了压裂液的携砂效率，降低了页岩气储层对高砂比的敏感性，提高了水力压裂铺砂的均匀程度。
2、在多级段塞水力压裂的设计过程中，需要根据成本及施工目标确认单井压裂液及支撑剂用量的使用范围，优化不同用量下的各段塞的携砂液、顶替液及支撑剂用量，再结合压裂裂缝模拟软件优选出合理的单井压裂液及支撑剂总用量及段塞用量。其中，在优化不同总液量及总砂量下各段塞的携砂液、顶替液及支撑剂用量时，现有的方法主要采用试算法，通常依赖于设计人员的经验，计算过程复杂，计算时间长，这在长水平段塞压裂、中间注酸压裂等特殊工艺参数设计时尤为严重，严重制约了深层页岩气井水力压裂的优化设计，因此，亟待一种可根据设计压裂液液量和支撑剂总用量进一步优化段塞的携砂液、顶替液液量以及砂液比的计算方法。
3、中国专利(cn103605874a)公开了一种无
4、中国专利(cn103912247a)公开了一种气井水平井多级段塞工艺，包括前置液注入阶段、混砂液注入阶段和顶替液注入阶段，在前置液注入阶段包括如下步骤：1)在水平井施工注入设计液量的前置液时，注入一个油管容积的压裂液和第一个段塞；2)当第一个段塞进入地层后，观察油压的变化，等到第一个段塞完全进入地层，油压趋于平稳时，注入第二个段塞；3)当第二个段塞进入地层后，观察油压的变化，等到第二个段塞完全进入地层，油压趋于平稳时，注入第三个段塞。该专利技术工艺新颖，通过注入多个不同粒径的段塞，更好的打磨射孔孔眼，减少近井地带污染，提高施工质量，降低施工风险。
5、中国专利(cn104533371a)公开了一种水平井非对称立体压裂方法，其特征在于：待套管固井完井或裸眼完井后，通过对水平井的水平段渗流单元的界限进行确定，将水平段储层划分为若干个独立渗流单元组合，使其作为人工裂缝沿井筒方向分布组合的依据；在每一个独立渗流单元的内部，依据砂体的平面展布和纵向叠置特征，进行人工裂缝的缝长和缝高的计算设计，实现对储量的充分控制。
6、中国专利(cn106593394a)一种页岩气压裂阶梯加砂方法，(1)向井筒泵注前置液量，液体进入地层造缝；(2)泵注第一个加砂段塞，阶梯加砂；(3)泵注第一个液体段塞，若压力表现为斜线上升表明压力变化平缓，砂比有提高空间，进入步骤(4)；若压力表明现阶段不宜提升砂比，需要进一步泵注压裂液造缝，进入步骤(1)；(4)泵注第二个加砂段塞，阶梯加砂；(5)泵注第二个液体段塞，观察不同砂比的加砂段塞进入地层后的压力变化趋势；(6)重复步骤(4)至步骤(5)15-20次，具体以达到压裂设计加砂量为要求，完成各阶段加砂，最后泵注顶替液，完成整个压裂施工任务。
7、中国专利(cn105201484a)一种直井分层压裂层段优选及施工参数优化设计方法，该方法包括下列步骤：(1)建立渗流－应力－断裂损伤耦合的裂缝起裂及动态扩展计算方法；(2)根据油气藏的地层分层和储层物性，初选压裂层段；(3)建立储层水力压裂模型，以水力裂缝在储层内部扩展为判据，优选第一层压裂参数；(4)采用第一层压裂参数，计算上部层段裂缝形态；(5)以上下层裂缝不串通为判断标准，计算不同隔层厚度下上部层段的裂缝形态，确定可阻挡上下层裂缝串通的隔层厚度；(6)确定最终的压裂层段，优化上部层段的施工参数。该专利技术考虑直井分层压裂时先起裂裂缝对后起裂裂缝的应力干扰，避免上下层段水力裂缝的串通，可最大化发挥各层段的生产能力，但是，该专利技术主要是针对直井分层压裂的，并不能用于深层水平井压裂设计中。
8、中国专利(cn106555577a)提供一种网络裂缝导流能力优化的新方法。利用该方法可以确定网络裂缝中支撑剂支撑的主裂缝和无支撑剂的自支撑裂缝需要的导流能力，从而为压裂优化设计提供指导，形成高效支撑的裂缝网络，提高页岩气和致密油气藏压裂效果。该方法主要基于水电相似原理将复杂网络裂缝进行等效为间单的裂缝体进行优化。首先将裂缝网络沟通的储层等效为高渗透带，利用产量最优对高渗透带的渗透率进行优化；再根据水电相似原理，优化出等效裂缝渗透率；最后分别优化网络裂缝中陶粒支撑主裂缝与自支撑分支裂缝的导流能力，从而为压裂优化设计提供指导。
9、上述专利文献均未披露如何针对水平井水力压裂进行段塞用量优化设计。
技术实现思路
1、本专利技术实施的目的在于提供一种基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，旨在解决传统的水力压裂设计中段塞用量设计存在计算过程复杂、时间长的问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，根据约束条件以及优化目标建立适应度函数，所述约束条件包括段塞用量约束条件；采用蛙跳算法根据所述适应度函数对优化变量不断迭代优化，所述优化变量包括各段段塞压裂液用量，直到满足收敛条件，从而在段塞压裂液用量的可行域内搜索到全局最优解。
3、进一步的，确定单个段塞泵入压裂液用量的可行解，所述可行解是指携砂液用量允值与顶替液用量允值的组合，并对所有的可行解进行编号得到可行域；
4、确定包括段塞用量约束条件在内的约束条件，所述段塞用量约束条件包括：1)压裂液总用量与支撑剂总用量约束条件；2)段塞支撑剂随段塞数的用量趋势约束条件；3)段塞砂液比约束条件；
5、建立适应度函数并以避免砂堵作为优化目标：以相邻段塞支撑剂用量差值的最大值为基础，并引入包括所述段塞用量约束条件的约束条件；
6、设置优化变量：{ζ1,......,ζi,......,ζn,c1,δc2,......,δci,......δcn}；
7、其中，n表示段塞总数，ζi表示第i段段塞的压裂液用量的可行解编号，不同段塞的压裂液用量的可行解相同或者不相同；c1表示第一段段塞的砂液比；δci表示第i段与第i-1段段塞砂液比的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，根据约束条件以及优化目标建立适应度函数，所述约束条件包括段塞用量约束条件；采用蛙跳算法根据所述适应度函数对优化变量不断迭代优化，所述优化变量包括各段段塞压裂液用量，直到满足收敛条件，从而在段塞压裂液用量的可行域内搜索到全局最优解。
2.根据权利要求1所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求1或2所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，所述约束条件还包括特殊工艺约束条件，即针对特殊压裂工艺条件下对段塞携砂液液量、段塞顶替液液量与段塞砂液比的约束条件。
4.根据权利要求3所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，通过判断函数将所述特殊工艺约束条件引入所述适应度函数中。
5.根据权利要求4所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，通过罚函数将所述约束条件引入适应度函数中。
6.根据权利要求3所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法
7.根据权利要求3所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，所述段塞支撑剂随段塞数的用量趋势约束条件：段塞的支撑剂用量必须随着段塞数的增加而增大，即上一段塞支撑剂用量不大于下一段支撑剂用量。
8.根据权利要求3所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，所述段塞砂液比约束条件：相邻两段段塞的砂液比差值小于相邻两段段塞的砂液比差值的最大允值。
9.根据权利要求3所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，所述特殊工艺约束条件包括首段段塞支撑剂砂液比不高于5％以防砂堵与部分井中间需要一段液量大于1.5～2个井筒容积的长段塞胶液以暂堵。
10.根据权利要求5所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，所述适应度函数的表达式如下：
11.根据权利要求2所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，根据井筒容积计算单段段塞携砂液液量允值，再根据实际经验计算各段塞携砂液液量相对应的顶替液液量允值，然后采用暴力枚举法，得到单段段塞的携砂液允值与顶替液允值的组合，即可行解，对所有的可行解进行编号得到所述可行域。
12.基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计系统，其特征在于，用于实现如权利要求1～11任一所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，并包括以下功能模块：
...【技术特征摘要】
1.一种基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，根据约束条件以及优化目标建立适应度函数，所述约束条件包括段塞用量约束条件；采用蛙跳算法根据所述适应度函数对优化变量不断迭代优化，所述优化变量包括各段段塞压裂液用量，直到满足收敛条件，从而在段塞压裂液用量的可行域内搜索到全局最优解。
2.根据权利要求1所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求1或2所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，所述约束条件还包括特殊工艺约束条件，即针对特殊压裂工艺条件下对段塞携砂液液量、段塞顶替液液量与段塞砂液比的约束条件。
4.根据权利要求3所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，通过判断函数将所述特殊工艺约束条件引入所述适应度函数中。
5.根据权利要求4所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，通过罚函数将所述约束条件引入适应度函数中。
6.根据权利要求3所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设计方法，其特征在于，所述压裂液总用量与支撑剂总用量约束条件：压裂液总用量以及支撑剂总用量均需在设计的允值范围内。
7.根据权利要求3所述的基于蛙跳算法的水力压裂段塞用量的优化设...
【专利技术属性】
技术研发人员：仲冠宇，王海涛，左罗，卞晓冰，李双明，卫然，肖博，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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