一种压裂水马力确定方法与流程

本发明属于石油开采压裂技术领域，具体涉及一种压裂水马力确定方法。

背景技术：

在压裂过程中确定压裂液摩阻成为一项重要工作。摩阻大小会直接影响压裂水马力的确定、压裂过程中井口压力的数值。

目前，国内外主要采用降阻比法和摩阻系数法计算压裂液摩阻。采用经验公式计算降阻比时，需要确定经验公式中各参数的系数，而该系数与液体性质有关，很难准确求取，采用前人的经验值又不符合实际，计算结果与实际偏差较大，影响后续数据分析。实测每种压裂液的摩阻不但成本高，而且用时长，不切实际。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术压裂液摩阻采用经验公式系数难于求取，计算结果与实际偏差较大，对水马力的确定影响大的技术问题。

为此，本发明提供了一种压裂水马力确定方法，包括以下步骤：

步骤1)计算压裂液的摩阻，过程如下：

(1)验证室内摩阻试验装置测试结果的准确性，误差小于10％说明室内摩阻试验装置测定可靠；

(2)配置所要测定的压裂液，利用室内摩阻试验装置在需测试温度下分别进行至少三个不同管柱内径内的压裂液摩阻测定和清水摩阻测定，得到压裂液摩阻测定值δpg′和清水摩阻测定值δpw′，利用室内摩阻试验装置的流量计记录各摩阻测定值对应的流量q；

(3)分别得到每个管柱内径对应的各相同排量的清水摩阻测定值δpw′与压裂液摩阻测定值δpg′对应的降阻比测定值σ′，

(4)计算每个管柱内径不同流量下对应的压裂液平均流速u；

(5)在同一直角坐标中绘制每个管柱内径的与的散点图，对散点进行拟合求得到其中，σ是降阻比拟合值，a是截距，b是斜率；

(6)由步骤(5)得到压裂液降阻比和流速的关系式σ＝10^-au^b；

(7)计算压裂液在实际油管中的摩阻值δpg＝σδpw，其中，δpw为清水摩阻理论值；

步骤2)计算压裂水马力hhp＝施工排量×施工压力×22.34，其中，施工压力＝井底压力+压裂液摩阻值δpg-液柱压力；压力单位均为mpa；施工排量单位为m³/min。

通过以下方法验证室内摩阻试验装置测试结果的准确性：用室内摩阻试验装置，测定在多根不同管柱内径不同流量下的清水摩阻测定值δpw′，与清水摩阻理论值δpw进行比较，误差小于10％则该室内摩阻试验装置测定可靠。

所述室内摩阻试验装置包括依次连通的配液罐、柱塞泵、管柱和流量计，所述管柱上并联有压力传感器，所述压力传感器和流量计均与计算机连接。

所述压裂液的平均流速u＝21231.412qd^-2，式中，u为平均流速，单位为m/s；d为管柱内径，单位为mm；q为流量，单位为m³/min。

所述清水摩阻理论值δpw＝1.3866×10⁶d^-4.8q^1.8l，式中，δpw为清水摩阻理论值，单位为mpa；d为管柱内径，单位为mm；q为流量，单位为m³/min；l为管长，单位为m。

所述至少三个不同管柱内径分别为12.7mm、19.1mm和25.4mm。

所述压裂液摩阻测定值δpg′和清水摩阻测定值δpw′均在相同排量和管柱内径下得到。

所述压裂液为质量浓度为0.08％-0.4％的胍胶压裂液。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种压裂水马力确定方法，通过提高压裂液摩阻的计算精度，摩阻计算准确，得到的施工压力准确，从而压裂水马力也更加准确。降低物资消耗，节约成本。

采用试验和理论相结合的方法，通过室内小管柱内径胍胶液摩阻试验，采用拟合方法得到流速与降阻比的关系式，再利用得到的关系式计算不同管柱内径和流速下胍胶压裂液的摩阻。该方法避免了经验公式系数求取困难的问题，使降阻比的求取更加简单和准确，计算得到的胍胶压裂液的摩阻与实际摩阻更接近。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1计算压裂液的摩阻流程图；

图2是室内摩阻试验装置示意图；

图3是12.7mm管柱内径下清水流量与摩阻的关系曲线；

图4是19.1mm和25.4mm管柱内径下清水流量与摩阻的关系曲线；

图5是0.08％胍胶基液在不同直径管路中流速与降阻比的关系曲线。

具体实施方式

实施例1：

为了克服现有技术压裂液摩阻采用经验公式系数难于求取，计算结果与实际偏差较大，对水马力的确定影响大的技术问题。

本实施例提供了一种压裂水马力确定方法，包括以下步骤：

步骤1)计算压裂液的摩阻，过程如下(见图1)：

(1)验证室内摩阻试验装置测试结果的准确性，误差小于10％说明室内摩阻试验装置测定可靠；

(2)配置所要测定的压裂液，利用室内摩阻试验装置在需测试温度下分别进行至少三个不同管柱内径内的压裂液摩阻测定和清水摩阻测定，得到压裂液摩阻测定值δpg′和清水摩阻测定值δpw′，利用室内摩阻试验装置的流量计记录各摩阻测定值对应的流量q；

(3)分别得到每个管柱内径对应的各相同排量的清水摩阻测定值δpw′与压裂液摩阻测定值δpg′对应的降阻比测定值σ′，

(4)计算每个管柱内径不同流量下对应的压裂液平均流速u；

(5)在同一直角坐标中绘制每个管柱内径的与的散点图，对散点进行拟合求得到其中，σ是降阻比拟合值，a是截距，b是斜率；

(6)由步骤(5)得到压裂液降阻比和流速的关系式σ＝10^-au^b；

(7)计算压裂液在实际油管中的摩阻值δpg＝σδpw，其中，δpw为清水摩阻理论值；

步骤2)计算压裂水马力hhp＝施工排量×施工压力×22.34，其中，施工压力＝井底压力+压裂液摩阻值δpg-液柱压力；压力单位均为mpa；施工排量单位为m³/min。

本发明通过提高压裂液摩阻的计算精度，更准确的确定压裂水马力，满足压裂施工和压裂数据分析的要求。

采用试验和理论相结合的方法，通过室内小管柱内径胍胶液摩阻试验，采用拟合方法得到流速与降阻比的关系式，再利用得到的关系式计算不同管柱内径和流速下胍胶压裂液的摩阻。该方法避免了经验公式系数求取困难的问题，使降阻比的求取更加简单和准确，计算得到的胍胶压裂液的摩阻与实际摩阻更接近。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种压裂水马力确定方法，通过以下方法验证室内摩阻试验装置测试结果的准确性：用室内摩阻试验装置，测定在多根不同管柱内径不同流量下的清水摩阻测定值δpw′，与清水摩阻理论值δpw进行比较，误差小于10％则该室内摩阻试验装置测定可靠。

其中，所述室内摩阻试验装置包括依次连通的配液罐、柱塞泵、管柱和流量计，所述管柱上并联有压力传感器，所述压力传感器和流量计均与计算机连接。如图2所示，流量计的出口与配液罐连通，压裂液可以循环使用。压力传感器测量摩阻，计算机记录摩阻和流量。

清水摩阻理论值δpw＝1.3866×10⁶d^-4.8q^1.8l，式中，δpw为清水摩阻理论值，单位为mpa；d为管柱内径，单位为mm；q为流量，单位为m³/min；l为管长，单位为m。

压裂液的平均流速u＝21231.412qd^-2，式中，u为平均流速，单位为m/s；d为管柱内径，单位为mm；q为流量，单位为m³/min。

实施例3：

在前述实施例的基础上，采用本发明确定采用质量浓度为0.08％的胍胶压裂液进行压裂时的压裂水马力。

步骤1)计算质量浓度为0.08％的胍胶压裂液的摩阻：

(1)采用图2所示的室内摩阻试验装置，温度升至需要测试的温度，首先测定清水在三根不同管柱内径d不同流量q下的摩阻，并与理论公式计算结果进行对比，在直角坐标下绘制清水流量与摩阻测定值和摩阻理论值的曲线，以验证设备测试的结果是否准确，误差小于10％则该室内摩阻试验装置测定可靠；图3、图4中为不同管柱内径(12.7mm、19.1mm和25.4mm)下，清水摩阻理论值和实际测定值的比较图，清水摩阻理论值δpw计算公式δpw＝1.3866×10⁶d^-4.8q^1.8l，其中，d为管柱内径，mm；q为流量，m³/min；l为管长，m；本实施例中管长3m。

(2)在配液罐里配置质量分数为0.08％胍胶基液，待胍胶完全溶胀后，利用室内摩阻试验设备测试胍胶基液以不同排量通过三个小管径(12.7，19.1和25.4mm)的摩阻，分别记录对应的流量和摩阻。

(3)计算不同管径下不同排量0.08％胍胶基液降阻比σ′，

(4)通过以下公式计算0.08％胍胶基液的平均流速u：u＝21231.42qd^-2。

(5)在直角坐标中绘制三个管径下0.08％胍胶压裂液与的散点图，如图5所示。对散点进行拟合求得截距a和斜率b，得到如下关系式：其中，a＝-0.4788和b＝-0.0288，根据测试的胍胶压裂液不同，a和b值也随之发生变化。

(6)根据步骤5求得的关系式得到0.08％胍胶基液降阻比和流速的关系式：σ＝3.0116u^-0.0288。

(7)根据步骤(1)、步骤(4)和步骤(6)的公式，得到0.08％胍胶基液在实际油管中的摩阻δpg计算公式：

δp0.08％＝3.1343×10¹²q^1.7712d^-4.7424l。

步骤2)计算压裂水马力hhp＝施工排量×施工压力×22.34，其中，施工压力＝井底压力+压裂液摩阻值δpg-液柱压力；压力单位均为mpa；施工排量单位为m³/min。

其中，井底压力可以通过压力计测得，液柱压力p＝0.00981ρh，p为液柱压力，单位为mpa；ρ为液体密度，单位为g/cm³；单位h为井深，单位为m。

通过该方法提高了压裂液摩阻的计算精度，摩阻计算准确，得到的施工压力准确，从而总水马力也更加准确。降低物资消耗，节约成本。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。