一種壓裂后放噴油嘴尺寸的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種壓裂后放噴油嘴尺寸的確定方法，屬于油田采油工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前對致密儲層的壓裂使用支撐劑的目的是支撐水力裂縫，在地層中形成較長 的、有一定導流能力的填砂裂縫，從而增加油氣井有效滲流面積。經(jīng)過大量現(xiàn)場施工后發(fā) 現(xiàn)，油氣井壓后返排特別是生產(chǎn)過程中，常常會使支撐劑進入井筒而產(chǎn)生回流?，F(xiàn)在較多的 油氣井采用管外封隔器分段壓裂，該技術(shù)自身的特點決定了一旦水平井出砂造成砂埋井筒 則會影響油氣井產(chǎn)量，而且后期處理困難，最終導致降產(chǎn)生產(chǎn)或關(guān)井。
[0003] 壓裂液返排施工時，為了降低壓裂液對地層的傷害，必須使壓裂液及時返排出地 層。返排施工時，壓裂液返排速度越大，支撐劑越容易發(fā)生回流。返排速度過小，壓裂液在裂 縫中的滯留時間越長，壓裂液會對地層造成傷害。因此，壓裂液返排過程中，返排速度必須 適當，在控制支撐劑回流的前提下，盡量提高壓裂液返排速度，來減小壓裂液對地層的傷 害。目前來說，大部分現(xiàn)場都是依靠以往的經(jīng)驗選擇放噴油嘴大小，使放噴油嘴的選擇受人 為因素影響比較大，易導致放噴油嘴選擇不夠準確，使得返排速度過大或過小，造成支撐劑 發(fā)生回流或?qū)Φ貙釉斐蓚Α?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種壓裂后放噴油嘴尺寸的確定方法，以解決目前憑經(jīng)驗來 確定放噴油嘴大小而使放噴油嘴的選擇受人為因素影響比較大，導致放噴油嘴選擇不夠準 確的問題。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供了一種基于圖版的壓裂后放噴油嘴尺寸的確定 方法，該方法包括以下步驟：
[0006] 1)根據(jù)裂縫閉合前后支撐劑的受力模型計算支撐劑隨壓裂液返排時的臨界流速；
[0007] 2)繪制臨界流速與油壓的關(guān)系曲線，疊合各尺寸放噴油嘴流速與井口壓力的關(guān)系 曲線，以得到不同粘度下臨界流速與放噴油嘴尺寸圖版；
[0008] 3)在返排過程中檢測井口壓力和返排液粘度，從圖版上找到相應(yīng)的粘度及井口壓 力所對應(yīng)的臨界流速，以小于該臨界流速的前提下選取流速最大油嘴的尺寸作為最終確定 的放噴油嘴的尺寸。
[0009] 所述步驟2)中的臨界流速包括裂縫閉合前的臨界流速和裂縫閉合后的臨界流速。 [0010]所述裂縫閉合前的臨界流速的計算公式為：
[0011]當2〈NRe《500時，取k=18.5，T = 0.6,則

[0015] 其中V。為裂縫閉合前的臨界流速，單位為m/s;y為流體粘度，單位為mp · s;ds為支 撐劑顆粒直徑，單位為m; ps為支撐劑密度，單位為kg/m3; δ為薄膜參數(shù)，單位為m; p為壓裂液 密度，單位為kg/m3; h為支撐劑在裂縫中的高度，單位為m; Nfe為雷諾系數(shù)。
[0016] 所述裂縫閉合后的臨界流速為：
[0017] 當2〈NRe < 500時，取k= 18.5，τ = 〇. 6，則臨界流速為：
[0019]當 NRe>500 時，取k = 0.44，T = 〇JlJ
[0021] 其中v。為裂縫閉合后的臨界流速，單位為m/s; δ為薄膜參數(shù)，單位為ηι;μ為流體粘 度，單位為mp · s;ds為支撐劑顆粒直徑，單位為m;ps為支撐劑密度，單位為kg/m3;P為壓裂液 密度，單位為kg/m 3; ε為粘結(jié)力系數(shù)，單位為Pa · m;0為裂縫壁面與支撐劑運動方向夾角;NRe 為雷諾系數(shù)。
[0022] 該方法還可根據(jù)臨界流量與臨界流速之間的關(guān)系計算裂縫閉合前后支撐劑回流 的臨界流量，利用臨界流量與油壓的關(guān)系曲線疊合各尺寸放噴油嘴流速與井口壓力的關(guān)系 曲線，以得到不同粘度下臨界流量與放噴油嘴尺寸圖版，通過臨界流量約束來選擇放噴油 嘴的尺寸。
[0023] 所述臨界流量與臨界流速之間的關(guān)系為：
[0025] 式中Qcf為裂縫端口的臨界流量，單位為m3/d; hf為裂縫高度，單位為m; wf為裂縫寬 度，單位為m; vc^為臨界流速，單位為m/s; %為支撐劑面孔率，小數(shù);Bo為油體積系數(shù)。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明首先根據(jù)裂縫閉合前后支撐劑的受力模型計算支撐 劑隨壓裂液返排時的臨界流速;然后基于臨界流速模型，繪制臨界流速與油壓的關(guān)系曲線， 疊合各尺寸放噴油嘴流速與井口壓力的關(guān)系曲線，以得到不同粘度下臨界流速與放噴油嘴 尺寸圖版，用臨界流速作為一個上限來選擇放噴油嘴尺寸，保證了放噴時壓裂支撐劑不會 被返排。本發(fā)明在小于臨界流速的前提下，選取流速最大的油嘴，即尺寸最大的油嘴，既能 達到預(yù)防返排出砂的目的，同時優(yōu)化油嘴尺寸，以最快的速度將壓裂液返排出地層，以降低 壓裂液對地層的傷害，從而提高投產(chǎn)井的生產(chǎn)能力。
【附圖說明】
[0027]圖1返排初期支撐劑回流受力模型示意圖；
[0028] 圖2裂縫閉合后支撐劑回流受力模型示意圖；
[0029] 圖3臨界流速與井底流壓的關(guān)系曲線；
[0030] 圖4不同粘度下臨界流速與放噴油嘴尺寸圖版。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的說明。
[0032] 本發(fā)明針對壓裂井支撐劑回流問題，首先通過對單個支撐劑進行力學分析，根據(jù) 支撐劑的回流機理，確定支撐劑回流的臨界流速，建立了返排前后期臨界返排流量計算模 型;基于臨界流速模型，繪制各井臨界流速與油壓的關(guān)系曲線，利用各尺寸油嘴的油壓與流 速的關(guān)系曲線疊合，用臨界流速作為一個上限，保證放噴時壓裂支撐劑不會被返排，而生產(chǎn) 壓差與流體粘度決定臨界流速的大小，同尺寸油嘴的參數(shù)是行業(yè)規(guī)定的，在一定的生產(chǎn)壓 差下的流速是一定的，粘度確定的情況下，在任意油壓下選取對應(yīng)流速小于臨界流速的油 嘴尺寸，即可獲得最優(yōu)化油嘴尺寸。該方法的具體實施步驟如下：
[0033] 1.收集相關(guān)油田區(qū)塊的地層參數(shù)和支撐劑參數(shù)及壓裂產(chǎn)生裂縫的幾何形態(tài)參數(shù)。
[0034] 本實施例中的所需的參數(shù)包括井筒半徑、返排破膠壓裂液的密度、壓裂液破膠初 期粘度、排液油嘴的出口壓力、儲層的高度、裂縫濾失高度、支撐劑的密度、裂縫寬度、支撐 劑之間的粘結(jié)力系數(shù)、石英砂的靜摩擦系數(shù)、支撐劑的薄膜參數(shù)、支撐劑粒徑和壓裂段地層 閉合壓。
[0035] 2.根據(jù)裂縫閉合前支撐劑的受力模型計算支撐劑在裂縫閉合前運動的臨界流速。
[0036] 研究裂縫閉合前，即返排初期的支撐劑受力分析，最終確定在此時期使支撐劑運 動的臨界流速，計算公式壓裂液強制返排及支撐劑回流模型中的研究。
[0037] 圖1為返排初期支撐劑受力模型，在壓裂液返排初期，裂縫還未閉合，支撐劑在裂 縫內(nèi)可以自由的運動，裂縫內(nèi)的支撐劑所受的力有支撐劑顆粒在壓裂液中的凈重Go、壓裂 液對支撐劑的攜帶力Fi、壓裂液對支撐劑的上舉力F 2、壓裂液對流體的下壓力F3。
[0038] 壓裂液返排的過程中，有些支撐劑懸浮于壓裂液中而隨壓裂液一起運動，有些支 撐劑是膠結(jié)在一起隨著壓裂液以滑動、滾動及跳躍的形式運動，在3種起動模式中，滾動屬 臨界條件最低的模式，故采用滾動模式。壓裂液返排初期，由于支撐劑各自獨立，并沒有膠 結(jié)，所以粘結(jié)力和液體的下壓力都不存在，得到非粘性顆粒繞支撐點滾動的平衡方程：
[0039] FiLi+F2L2 = GoLo+F3L3 (1)
[0044] 生產(chǎn)中的管流情況下，雷諾數(shù)一般不可能出現(xiàn)小于2的情況，
[0045] 式中：V。為臨界流速，單位為m/s;y為流體粘度，單位為mp · s;dsS支撐劑顆粒直 徑，單位為m; ps為支撐劑密度，單位為kg/m3; h為支撐劑在裂縫中的高度，單位為m; P為壓裂 液密度，單位為kg/m3。
[0046] 3.根據(jù)裂縫閉合作用在支撐劑上的壓力及產(chǎn)生的摩擦力計算支撐劑在裂縫閉合 后的臨界流速