[發(fā)明專利]一種頁巖氣水平井密切割壓裂射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110994782.5
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113850029B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許文俊;王雷;宋志康;馬闊
• 申請（專利權(quán)）人: 長江大學(xué)
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;E21B43/11;E21B43/26;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安

1.一種頁巖氣水平井密切割壓裂射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，采用位移不連續(xù)法描述應(yīng)力與縫寬之間的關(guān)系，耦合井筒和裂縫內(nèi)的流體流動方程，同時考慮壓裂液濾失和孔眼摩阻的影響，建立完全流固耦合的水平井密切割壓裂多裂縫同步擴展模型；

步驟二，采用位移不連續(xù)法和有限體積法離散多裂縫擴展模型，并采用Newton-Raphson迭代法求解全局非線性耦合方程組，并編制計算程序；

步驟三，計算不同射孔參數(shù)方案條件下各簇水力裂縫均勻發(fā)育程度指數(shù)，選擇最佳的射孔參數(shù)方案：對于段內(nèi)各射孔簇地應(yīng)力條件基本一致的壓裂段采用等密度射孔參數(shù)優(yōu)化方法；反之，則采用非等密度射孔參數(shù)優(yōu)化方法，增加水力裂縫發(fā)育不佳的射孔簇的射孔數(shù)量，讓地應(yīng)力較高的射孔簇的孔眼數(shù)略多于低地應(yīng)力射孔簇；選用滿足各簇水力裂縫的均勻發(fā)育程度指數(shù)δv≤0.01條件的最大射孔孔眼數(shù)方案為最佳射孔參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頁巖氣水平井密切割壓裂射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，上述步驟一中，具體包括以下步驟：

(1)建立巖石變形方程：基于二維位移不連續(xù)法，引入縫高修正因子，建立受到遠場地應(yīng)力、縫內(nèi)流體壓力和鄰縫誘導(dǎo)應(yīng)力共同作用下的巖石變形方程；

式中：

σ_ss^m為第m個水力裂縫單元受到的平行于裂縫壁面方向的正應(yīng)力，由于水力裂縫擴展由縫內(nèi)流體驅(qū)動，σ_ss^m＝0，MPa；

σ_nn^m為第m個水力裂縫單元受到的垂直于裂縫壁面方向的正應(yīng)力，取遠場地應(yīng)力、縫內(nèi)流體壓力和鄰縫誘導(dǎo)應(yīng)力在裂縫壁面產(chǎn)生的正應(yīng)力的和，MPa；

σ_sn^m為第m個水力裂縫單元裂縫壁面受到的剪應(yīng)力，取遠場地應(yīng)力、縫內(nèi)流體壓力和鄰縫誘導(dǎo)應(yīng)力在裂縫壁面產(chǎn)生的剪應(yīng)力的和，MPa；

A_ss^m,j、A_sn^m,j、A_ns^m,j、A_nn^m,j、A_τs^m,j、A_τn^m,j均為平面應(yīng)變彈性系數(shù)；

D_s^j為水力裂縫單元j微段上的剪應(yīng)力引起的位移不連續(xù)量；

D_n^j為水力裂縫單元j微段上的正應(yīng)力引起的位移不連續(xù)量，可視為水力裂縫單元j微段的縫寬；

G^m,j為縫高修正因子；

M為水力裂縫被劃分的總單元個數(shù)；

h為水力裂縫高度，m；

d_m,j為裂縫單元m中點到裂縫單元j中點的距離，m；

(2)建立流體流動方程：分別建立井筒和裂縫內(nèi)的流體流動方程以及考慮井筒與射孔孔眼摩阻的井筒壓力平衡方程；

式中：

Q_i為第i條水力裂縫入口處流入流量，m³/s；

Q_T為壓裂段入口處注入流量，m³/s；

N為指定壓裂段內(nèi)水力裂縫總條數(shù)，即單段總射孔簇數(shù)，條/簇；

u為壓裂液粘度，MPa·s；

W為水力裂縫縫高截面最大縫寬，m；

P為x斷面處的流體壓力，MPa；

C_L為壓裂液濾失系數(shù)，m/min^0.5；

t為施工時間，s；

τ為裂縫單元開始濾失的時間，s；

P_w,i為第i條水力裂縫入口處的壓力，MPa；

P_cf,i為第i條水力裂縫對應(yīng)的井筒摩阻，MPa；

P_pf,i為第i條水力裂縫對應(yīng)的射孔孔眼摩阻，MPa；

P₀為水平井跟部的壓力，MPa；

α_f,i為第i條裂縫孔眼摩擦系數(shù)，MPa·s²/m⁶；

ρ_s為壓裂液密度，kg/m³；

n_p,i為第i條裂縫對應(yīng)射孔簇的射孔數(shù)量，孔；

d_p,i為第i條裂縫射孔孔眼直徑，m；

K_d為孔眼流量系數(shù)，反映了射孔孔眼入口處形狀對壓裂液流動及孔眼摩阻的影響，K_d的取值范圍是0.5～0.95；

D為井筒直徑，m；

x_j為第j條裂縫到井筒注入口的距離，m；

x_j-1為第j-1條裂縫到井筒注入口的距離，m；

Q_k為第k條水力裂縫入口處流入流量，m³/s；

(3)建立裂縫擴展準則方程：基于最大周向應(yīng)力理論，建立水力裂縫擴展判據(jù)和擴展方向計算方程，具體公式如下：

其中

式中：

θ₀為裂縫準擴展方向與當前擴展方向的夾角，°，逆時針為正；

K_I和K_II分別為I型和II型應(yīng)力強度因子，MPa·m^1/2；

K_IC為地層巖石I型斷裂韌性值，MPa·m^1/2；

E為地層巖石楊氏模量，MPa；

v為地層巖石泊松比，無因次；

a為水力裂縫單元半長，m。