【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，属于非常规油气增产改造。
技术介绍
1、随着常规油气资源开发进入后期，页岩气等非常规油气藏成为勘探开发的主力储层。为了改善非常规储层的低渗透特性，通常采用水力压裂技术来提高油气井产量。支撑剂输送作为水力压裂的重要过程，决定了水力裂缝有效张开接触面积，对裂缝导流能力起着至关重要的作用。不同于压裂液在多簇射孔中的流量分配规律，支撑剂颗粒流动存在沉降及惯性作用，即使压裂液在各射孔簇中均匀分配，支撑剂也可能存在分配不均。而支撑剂在多簇裂缝中均匀分布是后期气井高产的有利条件。
2、目前，有大量学者对水力压裂过程中压裂液分配规律进行了研究，但对于多簇射孔下水平井筒中支撑剂的输送规律研究较少，支撑剂分配规律尚不明晰。2011年，daneshy指出支撑剂在射孔簇内的分布与流体分布不同，由于支撑剂颗粒的质量和动量较大，跟端射孔簇往往比趾端的射孔的支撑剂更少。2019年，wu c h通过cfd-dem数值模拟方法研究了不同条件下支撑剂在各射孔簇的传输效率并给出了计算拟合公式，但由于模型尺度问题，无法说明矿场的支撑剂分配问题。2023年，e.v.dontsov开发了井筒中支撑剂动力学模型，用于捕获井筒中的颗粒沉降以及由于惯性导致支撑剂滑移的物理机制，并通过实验进行了修正，但该模型未考虑实际压裂过程中携砂液流量变化的影响。
3、鉴于此，有必要提出一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，实现水平井筒中支撑剂在各射孔簇下的传输及分配量的精确表征，旨在完善页
技术实现思路
1、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页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，该方法解决目前现有计算方法不能精确表征各簇水力裂缝中支撑剂分配量的问题，用于实现水平井筒中支撑剂在各射孔簇下的传输及分配的精确表征，为页岩储层的水力压裂优化设计提供理论基础。
2、本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，包括：
3、步骤s1、获取目标页岩水平井的地层参数，工程参数以及材料物性参数；
4、步骤s2、根据目标页岩水平井地层参数、工程参数及材料物性参数，结合初始及边界条件，并采用迭代法计算支撑剂在不同井段上的垂直方向上浓度分布及携砂液流速；
5、步骤s3、通过有限差分方法与picard迭代法，计算压裂过程中各簇裂缝缝口携砂液流量；
6、步骤s4、根据各簇裂缝缝口携砂液流量得到支撑剂流入区面积sp与携砂液流入区面积sf以及任意射孔位置及方位角射孔的支撑剂流量；
7、步骤s5、根据井筒支撑剂浓度物质平衡方程式，更新井筒中支撑剂浓度，循环计算步骤s2-步骤s4，直至压裂时间结束，确定压裂结束时各簇裂缝分配的支撑剂量。
8、进一步的技术方案是，所述页岩水平井的地层参数包括最大水平主应力、最小水平主应力、杨氏模量、泊松比、岩石断裂韧性。
9、进一步的技术方案是，所述工程参数包括压裂液量、泵注排量、支撑剂浓度、压裂时间、簇数、簇间距、套管直径、孔眼直径、孔数，方位角。
10、进一步的技术方案是，所述材料物性参数包括支撑剂密度、粒径、压裂液粘度、压裂液密度。
11、进一步的技术方案是，所述步骤s2中初始及边界条件为：
12、
13、式中：q为裂缝内流量，m3/s；p为裂缝内压力，pa；为井筒初始携砂液流量，m3/s；ga为稳态重力参数；lf为水力裂缝长度，m；{φ}inj为井口注入平均支撑剂浓度；φ为支撑剂浓度。
14、进一步的技术方案是，所述步骤s2中支撑剂在不同井段上的垂直方向上浓度分布及携砂液流速的计算公式为：
15、
16、
17、
18、式中：为归一化时间；为归一化x方向距离；为归一化z方向高度；ηn和ηs分别为颗粒正应力和剪切应力的非线性函数；为归一化支撑剂浓度；为稳态时归一化支撑剂浓度；s为圆形管道横截面的形状因子；i为圆形管道截面流动函数；t为颗粒湍流强度参数。
19、进一步的技术方案是，所述步骤s3中的计算公式为：
20、
21、
22、
23、
24、
25、
26、式中：qs0为井筒初始携砂液流量，m3/s；qsi为射孔内携砂液流量，m3/s；wf为裂缝开度，m；s为裂缝长度方向坐标，m；t为时间，s；hf为裂缝高度，m；τ(s)为裂缝长度s坐标处压裂液滤失开始时间，s；cl为压裂液滤失系数，m/s0.5；t为时间，s；μ为液体粘度，pa·s；(σt)i、(σn)i为裂缝i单元在局部坐标系内所受切应力和正应力，pa；(dn)j、(ds)j为裂缝j单元的法向位移量与切向位移量，m；(att)ij、(ant)ij、(atn)ij、(ann)ij为裂缝j单元切向位移和法向位移不连续量分别在i单元上引起的切向应力分量和法相应力分量；e为岩石杨氏模量，pa；ν为地层泊松比，无量纲；kic为地层岩石断裂韧性，pa·m0.5；np为射孔总数；pin为井筒跟端压力，pa；pf,k为第k簇净压力，pa；δpp,i为第i孔的摩阻，pa；δpw,i为第i孔上游段的流动压降，pa；pf为裂缝内压力，pa；qf为缝内流量，m3/s；σc为裂缝壁面闭合应力，pa。
27、进一步的技术方案是，所述步骤s4中的计算公式为：
28、
29、
30、
31、式中：sf为携砂液流入区面积，m2；qsp为进入射孔的携砂液流量，m3/s，qsu为射孔上游携砂液流量，m3/s；为归一化的支撑剂滑动位移；ψ为流线通过面积与孔眼总面积的几何因子；为任意水平段长度x处的支撑剂体积分数；为携砂液x方向速度在θ处的投影；ψ为流线通过面积与孔眼总面积的几何因子；a为区域内网格面积，m2；和分别为任意水平段长度x处射孔的支撑剂与携砂液流量，m3/s；为x方向携砂液流速，m2/s。
32、进一步的技术方案是，所述井筒支撑剂浓度物质平衡方程式为：
33、
34、式中：为平均支撑剂体积分数；δ为赫维赛德函数，表示x处射孔开启情况；mi为实际支撑剂流量与井筒中携砂液流量之比；qp为支撑剂流量，m3/s；vw为井筒平均流速，m2/s；vi为第i孔的流速，m2/s；xi为第i孔的位置，m。
35、本专利技术具有以下有益效果：与现有技术相比，该方法专门针对页岩气水平井分段多簇压裂过程中多簇射孔下支撑剂存在分配不均问题，建立了井筒中支撑剂流动及分布控制方程、各簇裂缝携砂液流量分配方程、支撑剂在射孔处的滑动位移方程以及射孔处“携砂液流入区”与“支撑剂流入区”面积表征方程，从而提出了页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，其特征在于，所述页岩水平井的地层参数包括最大水平主应力、最小水平主应力、杨氏模量、泊松比、岩石断裂韧性。
3.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，其特征在于，所述工程参数包括压裂液量、泵注排量、支撑剂浓度、压裂时间、簇数、簇间距、套管直径、孔眼直径、孔数，方位角。
4.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，其特征在于，所述材料物性参数包括支撑剂密度、粒径、压裂液粘度、压裂液密度。
5.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，其特征在于，所述步骤S2中初始及边界条件为：
6.根据权利要求5所述的一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，其特征在于，所述步骤S2中支撑剂在不同井段上的垂直方向上浓度分布及携砂液流速的计算公式为：
7.根据权利要求1所述的一
8.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，其特征在于，所述步骤S4中的计算公式为：
9.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，其特征在于，所述井筒支撑剂浓度物质平衡方程式为：
...【技术特征摘要】
1.一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，其特征在于，所述页岩水平井的地层参数包括最大水平主应力、最小水平主应力、杨氏模量、泊松比、岩石断裂韧性。
3.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，其特征在于，所述工程参数包括压裂液量、泵注排量、支撑剂浓度、压裂时间、簇数、簇间距、套管直径、孔眼直径、孔数，方位角。
4.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井多簇射孔压裂下的支撑剂分配计算方法，其特征在于，所述材料物性参数包括支撑剂密度、粒径、压裂液粘度、压裂液密度。
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：任岚，林辰，赵金洲，林然，吴建发，唐登济，蒋豪，刘军，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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