[發明專利]一種脈沖循環水力壓裂的泵注頻率選取方法及裝置

在審

• 申請號: 202010626433.3
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111794727A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 侯亞南;彭巖;陳掌星;劉一杉;馬智驍;王一博;張柯;蔣佩佳
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;F04B49/06
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 周達;劉飛

1.一種脈沖循環水力壓裂的泵注頻率選取方法，其特征在于，所述方法包括：

對壓裂液進行性能測試，獲得壓裂液參數；所述壓裂液參數包括壓裂液的密度和彈性模量；

根據脈沖泵的位置確定泵注環境參數；所述泵注環境參數包括表征裂縫物理性質的裂縫參數或表征井筒物理性質的井筒參數；

基于脈沖泵的輸出方式，根據所述壓裂液參數和泵注環境參數求取壓裂井的井筒中或裂縫中的液柱的多階固有頻率；包括：根據所述壓裂液參數和泵注環境參數計算脈沖壓力波傳播速度；所述脈沖壓力波傳播速度根據以下公式計算得到：

其中，a表示脈沖壓力波傳播速度；K表示壓裂液彈性模量；ρ表示壓裂液密度；在所述脈沖泵的位置為裂縫口的情況下，E表示巖石的楊氏模量，D表示裂縫直徑，e表示裂縫厚度；在所述脈沖泵的位置為井口的情況下，E表示井筒材料的楊氏模量，D表示井筒直徑，e表示井筒厚度；基于泵的輸出方式，根據脈沖壓力波傳播速度求取壓裂井的井筒中或裂縫中的液柱的多階固有頻率；

利用預設模型模擬泵注頻率為不同階固有頻率時井筒末端或裂縫縫尖位置的脈沖壓力隨時間的變化情況；

選取所述脈沖壓力隨時間的變化情況中，預設時間內脈沖壓力幅值最大所對應的固有頻率作為泵注頻率。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述脈沖泵的位置為裂縫口的情況下，所述泵注環境參數包括裂縫參數；所述裂縫參數包括巖石的楊氏模量、裂縫長度、裂縫直徑、裂縫厚度和裂縫粗糙度中的至少一種；

相應的，所述根據脈沖泵的位置確定泵注環境參數包括：

獲取壓裂井的測井數據；

根據所述測井數據得到所述裂縫參數。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述脈沖泵的位置為井口的情況下，所述泵注環境參數包括井筒參數；所述井筒參數包括井筒材料的彈性模量、井筒長度、井筒直徑、井筒厚度和井筒粗糙度中的至少一種；

相應的，所述根據脈沖泵的位置確定泵注環境參數包括：

獲取壓裂井的井身結構信息；

根據所述井身結構信息得到井筒參數。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述泵的輸出方式包括以脈沖壓力邊界的方式輸出和以脈沖排量邊界的方式輸出。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述泵的輸出方式為以脈沖壓力的方式輸出的情況下，根據以下公式求取壓裂井的井筒中或裂縫中的液柱的多階固有頻率：

其中，f_n表示壓裂井的井筒中或裂縫中的液柱的第n階固有頻率，a表示脈沖壓力波傳播速度，n表示自由度，n＝1,2,3……；

在所述脈沖泵的位置為裂縫口的情況下，l表示裂縫長度；

在所述脈沖泵的位置為井口的情況下，l表示井筒長度。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述泵的輸出方式為以脈沖排量的方式輸出的情況下，根據以下公式求取壓裂井的井筒中或裂縫中的液柱的多階固有頻率：

其中，f_n表示壓裂井的井筒中或裂縫中的液柱的第n階固有頻率，a表示脈沖壓力波傳播速度，n表示自由度，n＝1,2,3……；

在所述脈沖泵的位置為裂縫口的情況下，l表示裂縫長度；

在所述脈沖泵的位置為井口的情況下，l表示井筒長度。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多階固有頻率至少包括前5階固有頻率。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述預設模型包括瞬變流數學模型。

9.一種脈沖循環水力壓裂的泵注頻率選取裝置，其特征在于，所述裝置包括：

獲得模塊，用于對壓裂液進行性能測試，獲得壓裂液參數；所述壓裂液參數包括壓裂液的密度和彈性模量；

確定模塊，用于根據脈沖泵的位置確定泵注環境參數；所述泵注環境參數包括表征裂縫物理性質的裂縫參數或表征井筒物理性質的井筒參數；

求取模塊，用于基于脈沖泵的輸出方式，根據所述壓裂液參數和泵注環境參數求取壓裂井的井筒中或裂縫中的液柱的多階固有頻率；包括：根據所述壓裂液參數和泵注環境參數計算脈沖壓力波傳播速度；所述脈沖壓力波傳播速度根據以下公式計算得到：

其中，a表示脈沖壓力波傳播速度；K表示壓裂液彈性模量；ρ表示壓裂液密度；在所述脈沖泵的位置為裂縫口的情況下，E表示巖石的楊氏模量，D表示裂縫直徑，e表示裂縫厚度；在所述脈沖泵的位置為井口的情況下，E表示井筒材料的楊氏模量，D表示井筒直徑，e表示井筒厚度；基于泵的輸出方式，根據脈沖壓力波傳播速度求取壓裂井的井筒中或裂縫中的液柱的多階固有頻率；

模擬模塊，用于利用預設模型模擬泵注頻率為不同階固有頻率時井筒末端或裂縫縫尖位置的脈沖壓力隨時間的變化情況；

選取模塊，用于選取所述脈沖壓力隨時間的變化情況中，預設時間內脈沖壓力幅值最大所對應的固有頻率作為泵注頻率。