桥塞泵送模型的建立方法及桥塞泵送方法与流程

本发明涉及石油、天然气钻采压裂，特别地，有关于一种桥塞泵送模型的建立方法及桥塞泵送方法。

背景技术：

1、目前油田勘探逐渐开始向页岩气、煤层气、页岩油等非常规油气开发，由于储集层孔隙度小、渗透率低，要通过大规模多级压裂改造才能获得较好的采收率。但由于多级分段压裂的大规模开展，地层变形错位，导致井筒受剪切力的影响，发生错位变形。部分井段在压裂施工作业过程中发生变形，并且该变形会随着压裂作业的持续进一步扩展，导致套管内径变小，后续桥射联作的桥塞泵送过程受到影响，可溶桥塞、配套坐封工具及压裂工具管串的下放容易遇阻。

2、连接可溶桥塞的工具串在发生变形的套管中进行下放时，由于套管存在变形，可溶桥塞在下放到发生套管变形的位置时，工具串被卡在变形位置，加大泵送排量继续向下泵送桥塞，易导致连接工具串的电缆张力超过额定张力而被拉断，整个工具串掉落在井内，进行连续油管提捞作业后才能继续施工，而在提捞中一旦出现多管串打捞失败，将导致油气井丢段甚至报废，严重影响油气井的施工进步，大幅度增加作业成本。而当可溶桥塞在套变位置下放失败进行上提时，桥塞容易卡在套管导致上提失败，只能进行原地点火坐封，坐封完成的桥塞还需进行连续管钻磨处理，钻磨和洗井操作结束后才能继续进行压裂，降低了射孔作业的效率。

3、此外，由于目前钻探作业中水平段越来越长，泵送射孔用液量越来越多，泵送液量控制已经成为水平井分段压裂施工中必须考虑的问题，因而需要根据泵送桥塞的尺寸合理控制泵送排量，以提高压裂液的使用效率，提高泵送时效和安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种桥塞泵送模型的建立方法及桥塞泵送方法，以解决目前套变井压裂施工作业过程中，连接在工具串前段的可溶桥塞下放到套变井段时易卡在套变位置而增加作业风险及施工难度的技术问题。

2、本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

3、本发明提供一种桥塞泵送模型的建立方法，包括以下步骤：将桥塞工具串的形状简化为圆柱体状；对所述桥塞工具串进行受力分析，确定所述桥塞工具串在其运动方向的受力；根据所述桥塞工具串的受力与泵送参数之间的关系，建立所述桥塞泵送模型；其中，所述泵送参数包括施工参数、压裂液的物性参数、井筒的结构参数以及工具串的结构参数。

4、本发明的实施方式中，所述施工参数包括泵送排量、泵送速度以及电缆对所述桥塞工具串施加的拉力；所述压裂液的物性参数包括压裂液的粘度和密度等；所述井筒的结构参数包括井筒套管的直径、井斜角的角度；所述工具串的结构参数包括所述桥塞工具串的直径和长度。

5、本发明的实施方式中，所述桥塞工具串的受力与泵送参数之间的关系包括第一关系式；所述第一关系式为：ff+ft＝(fg-fp)cosθ+fd；其中，ff为所述桥塞工具串与套管井壁之间的摩擦力；ft为电缆对所述桥塞工具串施加的拉力；fg为所述桥塞工具串受到的重力；fp为所述桥塞工具串在压裂液中受到的浮力；fd为井中压裂液流动给所述桥塞工具串提供的驱动力；θ为所述井斜角的角度。

6、本发明的实施方式中，所述桥塞工具串的受力与泵送参数之间的关系包括第二关系式；所述第二关系式为：其中，d为所述桥塞工具串的直径；l为所述桥塞工具串的长度；ρ1为所述压裂液的密度。

7、本发明的实施方式中，所述桥塞工具串的受力与泵送参数之间的关系包括第三关系式和第四关系式；所述第三关系式为：ff＝μ(fg-fp)sinθ；所述第四关系式为：fg＝mg；其中，m为所述桥塞工具串的质量；g为重力加速度；μ为所述井筒套管与所述桥塞工具串之间的摩擦系数。

8、本发明的实施方式中，所述桥塞工具串的受力与泵送参数之间的关系包括第五关系式；所述第五关系式为：其中，q为所述泵送排量；d为所述桥塞工具串的直径；l为所述桥塞工具串的长度；c为所述桥塞工具串的形状系数；ρ1为所述压裂液的密度；vp为所述桥塞工具串的运动速度；d为所述井筒套管的直径；h为所述井筒套管与所述桥塞工具串之间的间隙；η为所述压裂液的黏度；ε为所述井筒套管与所述桥塞工具串之间的偏心率。

9、本发明的实施方式中，根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第三关系式、所述第四关系式以及所述第五关系式，建立所述桥塞泵送模型；所述桥塞泵送模型为：

10、其中，

11、

12、本发明还提供一种桥塞泵送方法，包括以下步骤：选取泵送参数中已定参数和待定参数，并确定所述已定参数的定值；根据所述已定参数的定值及桥塞泵送模型，获得所述待定参数的参考值；根据所述待定参数的参考值，将桥塞工具串泵送至预设坐封位置。

13、本发明的实施方式中，所述待定参数包括泵送排量；所述已定参数包括井斜角的角度、所述桥塞工具串的直径和长度、所述桥塞工具串的重量、所述桥塞工具串的形状系数、压裂液的密度、所述桥塞工具串的运动速度、井筒套管的直径、所述压裂液的黏度、所述井筒套管与所述桥塞工具串之间的偏心率以及电缆对桥塞工具串施加的拉力；其中，根据所述电缆的最大可允许拉力，确定所述电缆对所述桥塞工具串施加的拉力的定值。

14、本发明的实施方式中，所述确定所述待定参数的参考值，包括以下步骤：选取所述桥塞工具串的直径的多个参考值；根据所述已定参数以及所述桥塞工具串的直径的多个参考值以及所述桥塞泵送模型，获得所述泵送排量与所述井斜角的角度之间的第一关系曲线图；根据所述井斜角的角度的实际值以及实际选用的所述桥塞工具串的直径，在所述第一关系曲线图中查找出对应的所述泵送排量的参考值。

15、本发明的实施方式中，所述确定所述待定参数的参考值，包括以下步骤：选取所述井斜角的角度的多个参考值；根据所述已定参数、所述拉力的参考值、所述井斜角的角度的多个参考值以及所述桥塞泵送模型，获得所述泵送排量与所述桥塞工具串的直径之间的第二关系曲线图；根据所述井斜角的角度的实际值以及实际选用的所述桥塞工具串的直径，在所述第二关系曲线图中查找出对应的所述泵送排量的参考值。

16、本发明的实施方式中，所述将桥塞工具串泵送至预设坐封位置，包括以下步骤：选取多个桥塞工具串，并根据其直径由大至小地分级；根据多个所述桥塞工具串的直径对应的所述泵送排量的参考值，分别确定对应的所述待定参数的设置范围；以第一级的所述桥塞工具串的直径对应的所述泵送排量的设置范围将第一级的所述桥塞工具串泵送入井；若前一级的所述桥塞工具串遇卡，则上提该桥塞工具串，以次一级的所述桥塞工具串的直径对应的所述泵送排量的设置范围将次一级的所述桥塞工具串泵送入井；直至其中一所述桥塞工具串到达预设坐封位置。

17、本发明的特点及优点是：

18、本发明的桥塞泵送模型的建立方法及桥塞泵送方法，通过分析桥塞工具串在井下的运动过程，并桥塞工具串的形状进行简化后分析其在泵送过程中的受力，从而根据桥塞工具串的受力和泵送参数之间的关系建立桥塞泵送模型，进而通过将泵送参数中的已定参数代入桥塞泵送模型中便能获得泵送参数中待定参数的参考值，从而能对桥塞工具串泵送时待定参数的设置提供有效地指导，从而保障油气井压裂施工的顺利进行，避免连接在工具串前段的可溶桥塞下放到套变井段时易卡在套变位置而增加作业风险及施工难度的问题。