一种连续油管喷砂射孔环空分层压裂的设计方法与流程

本发明属于油气田压裂技术领域，具体涉及一种连续油管喷砂射孔环空分层压裂的设计方法。

背景技术：

连续油管喷砂射孔环空分层压裂技术适合多薄层的井分层压裂改造，具有起下压裂管柱快，施工时间短的优点。该工艺压裂改造后，井筒为空井筒，下入光油管生产，方便后期井筒作业。

连续油管喷砂射孔环空分层压裂技术的设计不同于常规机械封隔器分层压裂的设计，注入方式不同，施工参数不同，需要优化该工艺的压裂设计方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种连续油管喷砂射孔环空分层压裂的设计方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明实现连续油管喷砂射孔环空分层压裂对改造层段的充分改造和压裂增产的目的。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种连续油管喷砂射孔环空分层压裂的设计方法，包括以下步骤：

步骤1)根据单井气层有效厚度、储层砂岩横向展布情况，并结合连续油管喷砂射孔环空分层压裂的工艺特点，确定储层充分改造后的裂缝形态参数；

步骤2)根据临井压裂施工停泵压力、液柱压力、裂缝延伸净压力计算临井的井底裂缝延伸压力，将临井的井底裂缝延伸压力视为改造井的井底裂缝延伸压力，根据裂缝延伸压力、管柱摩阻力、液柱压力计算压裂施工时井口安全压力，再根据压裂施工时井口安全压力、储层有限厚度、隔层遮挡情况、储层物性参数确定该井的施工排量；

步骤3)根据单井测井资料，通过压裂分析软件模拟计算的改造层段的铺砂浓度，结合压裂液效率在步骤1)确定的裂缝形态参数和步骤2)确定的施工排量下计算改造层段的支撑剂量、携砂液量、携砂液的平均砂比；

步骤4)根据改造裂缝形态参数、压裂液效率计算前置液量和前置液比例；

步骤5)根据步骤2)、3)、4)确定的压裂施工参数，结合压裂分析软件模拟计算，确定压裂加砂梯度及施工泵序。

进一步地，步骤1)中裂缝形态包括缝高、裂缝半长和缝宽。

进一步地，步骤2)具体包括：

步骤2.1)计算井口施工压力：

p井口＝p临井停泵+p临井液柱+p净压力+p摩阻-p液柱

其中，p井口—施工井压裂施工时的井口施工压力，mpa；

p临井停泵—临井压裂施工停泵压力，mpa；

p临井液柱—临井井口到井底的净液柱压力，mpa；

p净压力—临井裂缝延伸净压力，mpa；

p摩阻—不同施工排量下的管柱摩阻，mpa；

p液柱—压裂施工井井口到井底的净液柱压力，mpa；

步骤2.2)计算满足管柱及压裂井口安全系数条件下的井口施工压力：

施工时套管承受的井底安全施工压力为：

p井底＝p套管抗内压/k套管安全系数

其中，p套管抗内压—套管抗内压强度，mpa；

k套管安全系数—套管抗内压安全系数；

则施工时井口的安全施工压力为：

p井口安全＝p井底+p液柱-p携砂液柱

其中，p携砂液柱—压裂最大加砂浓度时井口到井底的携砂液柱压力，mpa；

对比步骤2.1)的井口施工压力，得到施工井的施工压力低于井口安全施工压力下的最大施工排量，再根据储层有限厚度、隔层遮挡情况、储层物性参数确定改造层段的合理施工排量，此施工排量低于井口安全施工压力下的最大施工排量。

进一步地，所述的压裂分析软件为fracpropt软件、e-stimplan软件或meyer软件。

进一步地，步骤3)具体包括：

步骤3.1)结合压裂软件，使用pkn裂缝扩展模型的算法，由步骤1)得出的裂缝长度、裂缝高度计算裂缝截面积：

s裂缝＝(l缝长*h缝高/2)*2

其中，s裂缝—裂缝横截面积，m²；

l缝长—裂缝半缝长度，m；

h缝高—裂缝高度，m；

步骤3.2)计算所需的支撑剂量：

v支撑剂量＝s裂缝*c铺砂浓度/m支撑剂视密度

其中，v支撑剂量—设计支撑剂量，m³；

c铺砂浓度—裂缝内支撑剂铺砂浓度，kg/m²；

m支撑剂视密度—支撑剂视密度，kg/m³；

步骤3.3)计算携砂液量：

v携砂液—携砂液量，m³；

η压裂液—压裂液效率；

c砂比—携砂液中支撑剂的平均砂比。

进一步地，步骤4)具体包括：

步骤4.1)结合压裂软件，使用pkn裂缝扩展模型的算法，计算前置液量，如下所示：

其中，l缝长—裂缝半缝长度，m；

h缝高—裂缝高度，m；

w缝宽—裂缝宽度，mm；

η压裂液—压裂液效率；

步骤4.2)计算前置液比例，如下所示：

其中，v携砂液—携砂液量，m³；

v前置液—前置液量，m³。

进一步地，步骤5)中确定压裂加砂梯度及施工泵序是结合压裂软件计算分析，确定合理的加砂梯度、阶段加砂量、阶段加砂浓度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明方法通过先确定要改造的裂缝形态参数缝长、缝高、缝宽，反算压裂设计参数施工排量、加砂量、平均施工砂比、前置液比例，并充分考虑测井资料、砂体展布特征、及压裂液效率，结合压力分析软件模拟计算，设计的压裂施工参数更合理，更有针对性，储层改造更充分。

附图说明

图1为压裂裂缝扩展模型示意图；

图2为sd30-42井连续油管施工曲线图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细描述：

一种连续油管喷砂射孔环空分层压裂的设计方法，包括以下步骤：

步骤1)根据单井气层有效厚度、储层砂岩横向展布情况，并结合连续油管喷砂射孔环空分层压裂的工艺特点，确定储层充分改造后的裂缝形态，裂缝形态包括缝高、裂缝半长，缝宽；

步骤2)根据临井压裂施工停泵压力、液柱压力、裂缝延伸净压力计算临井的井底裂缝延伸压力，以临井的井底裂缝延伸压力视为改造井的井底裂缝延伸压力，根据裂缝延伸压力、管柱摩阻力、液柱压力计算压裂施工时井口安全压力，再根据压裂施工时井口安全压力，储层有限厚度、隔层遮挡情况、储层物性参数确定该井的施工排量；

计算施工排量的步骤及公式如下：

第一步，计算井口施工压力：

p井口＝p临井停泵+p临井液柱+p净压力+p摩阻-p液柱

第二步，计算满足管柱及压裂井口安全系数的条件下的井口施工压力：

常规压裂采用70mpa压裂井口，井口限压为70mpa；

施工时套管承受的井底安全施工压力为：

p井底＝p套管抗内压/k套管安全系数

则施工时井口的安全施工压力为：

p井口安全＝p井底+p液柱-p携砂液柱

p井口—施工井压裂施工时的井口施工压力，mpa；

p井口安全—施工井压裂施工时的井口安全施工压力，mpa；

p临井停泵—临井的停泵压力，mpa；

p临井液柱—临井井口到井底的净液柱压力，mpa；

p摩阻—不同施工排量下的管柱摩阻，mpa；

p液柱—压裂施工井井口到井底的净液柱压力，mpa；

p套管抗内压—套管抗内压强度，mpa；

k套管安全系数—套管抗内压安全系数；

p携砂液柱—压裂最大加砂浓度时井口到井底的携砂液柱压力，mpa。

对比第一步的井口施工压力，得到施工井的最大施工排量，再根据储层有限厚度、隔层遮挡情况、储层物性参数确定改造层段的施工排量。

步骤3)根据单井测井资料，通过压裂分析软件模拟计算的改造层段的铺砂浓度，结合压裂液效率在步骤1)确定的裂缝形态参数和步骤2)确定的施工排量计算改造层段的支撑剂量、携砂液量、携砂液的平均砂比；其中压裂分析软件为常用的fracpropt软件或e-stimplan软件或meyer软件；

加砂规模计算方法如下：

第一步，结合压裂软件，使用pkn裂缝扩展模型的算法，由步骤1)得出的裂缝长度、裂缝高度计算裂缝截面积：

s裂缝＝(l缝长*h缝高/2)*2

第二步，计算所需的支撑剂量：

v支撑剂量＝s裂缝*c铺砂浓度/m支撑剂视密度

第三步，计算携砂液量：

s裂缝—裂缝截面积，m²；

l缝长—裂缝半缝长度，m；

h缝高—裂缝高度，m；

v支撑剂量—设计支撑剂量，m³；

c铺砂浓度—裂缝内支撑剂铺砂浓度，kg/m²；

m支撑剂视密度—支撑剂视密度，kg/m³；

v携砂液—携砂液量，m³；

η压裂液—压裂液效率；

c砂比—携砂液中支撑剂的平均砂比。

并结合软件模拟，综合考虑储层物性参数，确定携砂液的平均砂比。

步骤4)根据改造裂缝参数、压裂液效率计算前置液量和前置液比例；

前置液量和前置液比例计算方法如下：

第一步，结合压裂软件，使用pkn裂缝扩展模型的算法，前置液量计算如下：

其中，l缝长—裂缝半缝长度，m；

h缝高—裂缝高度，m；

w缝宽—裂缝宽度，mm；

η压裂液—压裂液效率。

第二步，前置液比例为：

其中，v携砂液—携砂液量，m³；

v前置液—前置液量，m³。

步骤5)根据步骤2)、3)、4)确定的压裂施工参数，结合压裂分析软件模拟计算，确定压裂加砂梯度及施工泵序，确定压裂加砂梯度及施工泵序是结合压裂软件计算分析，确定合理的加砂梯度、阶段加砂量、阶段加砂浓度。

下面结合具体实施例做进一步说明：

参照图1，对本发明的实施例进一步说明：

以一砂体厚度10m、气层厚度4.2m的某气井层为例，具体步骤如下：

步骤1)根据单井气层有效厚度、储层砂岩横向展布情况，并结合连续油管喷砂射孔环空分层压裂工艺特点，确定储层充分改造后的裂缝形态；

通过分析设计该储层裂缝半缝长为160m，缝高16m，裂缝宽度8mm；

步骤2)根据临井压裂施工停泵压力、液柱压力、裂缝净压力计算临井的井底裂缝延伸压力，以临井的井底裂缝延伸压力视为改造井的井底裂缝延伸压力，根据裂缝延伸压力、管柱摩阻力、液柱压力计算压裂施工时井口安全压力，再根据压裂施工时井口安全压力，储层有限厚度、隔层遮挡情况、储层物性参数确定该井的施工排量；

第一步，计算井口施工压力：

p井口＝p临井停泵+p临井液柱+p净压力+p摩阻-p液柱

临井的停泵压力为26mpa，临井的液柱压力为31mpa，4.0m³/min排量下管柱摩阻为12.5mpa，设计井的液柱压力为29.8mpa，软件模拟的裂缝延伸净压力为7.2mpa、则设计井的井口压力为：

p井口＝26+31+12.5+7.2-29.8＝46.9mpa

4.5m³/min排量下管柱摩阻为15.0mpa，则设计井的井口压力为：

p井口＝26+31+15+7.2-29.8＝49.4mpa

5.0m³/min排量下管柱摩阻为20.3mpa，则设计井的井口压力为：

p井口＝26+31+20.3+7.2-29.8＝54.7mpa

6.0m³/min排量下管柱摩阻为26.1mpa，则设计井的井口压力为：

p井口＝26+31+26.1+7.2-29.8＝60.5mpa

第二步，计算满足管柱及压裂井口安全系数条件下的井口施工压力：

常规压裂采用70mpa井口，井口施工限压为70mpa；

施工时套管承受的井底施工安全压力为：

p井底＝p套管抗内压/k套管安全系数

设计井采用5¹/2n80套管固井完井，套管的抗内压强度为63.4mpa，套管抗内压安全系数为1.1-1.25，井底施工压力最大，因此把施工时井底的施工安全压力作为施工时套管承受的最大安全压力。根据套管抗内压强度和抗内压安全系数计算的井底安全施工压力为57.6mpa。设计最大加砂浓度450kg/m³时，携砂液密度为1250kg/m³，则携砂液柱的井底压力为：

p携砂液柱＝9.8*1250*2980*10^-6＝36.5mpa

则压裂施工时井口的安全压力为：

p井口安全＝p井底+p液柱-p携砂液柱＝57.6+29.8-36.5＝50.9mpa

根据不同排量下的井口施工压力计算，在50mpa的井口限压下，施工井的最大设计排量为4.5m³/min。

根据储层地质参数，该改造层段砂体较好，设计施工排量4.5m³/min。

步骤3)根据单井测井资料，压裂液效率结合压裂分析软件模拟计算，确定在步骤1)的裂缝形态参数和步骤2)的施工排量下该井改造层段的铺砂浓度、支撑剂量、携砂液量、携砂液的平均砂比；；

第一步，结合压裂软件，使用pkn裂缝扩展模型的算法，由步骤1)得出的裂缝长度、裂缝高度计算裂缝截面积:

s裂缝＝(l缝长*h缝高/2)*2＝(160*16/2)*2＝2560m³

第二步，根据软件模拟分析，得出改造层设计铺砂浓度22kg/m²，支撑剂视密度1700kg/m³，计算所需的支撑剂量：

v支撑剂量＝s裂缝*c铺砂浓度/m支撑剂视密度＝2560*22/1700＝33m³

第三步，设计井使用超低浓度胍胶压裂液体系，根据储层物性参数设计携砂液的平均砂比为38％，压裂液效率0.6，计算携砂液量：

结合软件模拟，综合考虑改造层段的物性参数，确定携砂液的平均砂比为38％。

步骤4)根据改造裂缝参数、压裂液效率计算前置液量和前置液比例；

结合压裂软件，使用pkn裂缝扩展模型的算法，前置液量计算如下：

前置液比例为：

步骤5)根据步骤2)、3)、4)确定的压裂施工参数，结合压裂分析软件模拟计算，确定改造层段的加砂梯度为160-280-340-390-420-450kg/m³，阶段加砂量由小到大逐渐增加，再由大到小逐渐减小，压裂施工阶段环空注入排量4.5m³/min，油管补充排量0.2m³/min。

重复步骤1)-步骤5)，完成设计井其余改造层段的压裂设计。

图2为sd30-42井连续油管施工曲线图。可以看出，该井施工压力平稳、加砂顺利，实现了储层改造的设计目的。本发明现场应用23口井，设计井均按设计顺利完成压裂施工，试气无阻约为相同储层地质条件邻井试气无阻的2.1倍，压裂改造增产效果显著。

本实施例没有详细叙述的施工过程属本行业的公知或常用技术，这里不一一叙述。

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。