一种深层页岩水平井多簇裂缝同步起裂的射孔优化方法

本发明涉及一种深层页岩水平井多簇裂缝同步起裂的射孔优化方法，属于页岩气开发。

背景技术：

1、近年来，随着水平井分段分簇压裂技术的广泛应用，国内外已逐步实现了中浅层页岩气的商业化高效开发，但有超过60％的页岩气资源埋藏于3500m以下的深层中。相比于中浅层来说，深层页岩气地层构造复杂，地应力变化快，各簇破裂压力存在明显差异，导致裂缝起裂时间不同，无法同时起裂，进而导致裂缝起裂延伸后延伸速度差异较大，非均匀程度更大，不利于页岩气的高效开采。

2、目前裂缝起裂扩展研究主要针对于常规中浅层页岩气，对深层页岩气的相关研究较少，同步针对裂缝起裂研究过程中基本不考虑地应力的变化，因此，亟需建立一种深层页岩水平井多簇裂缝同步起裂的射孔优化方法，充分考虑由于地应力变化引起的破裂压力不同，建立同步起裂射孔参数优化模型，根据压裂现场施工参数快速准确的计算出多簇裂缝同步起裂的射孔工艺参数，避免各簇裂缝非均匀延伸，为深层页岩气压裂优化设计奠定理论基础。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种深层页岩水平井多簇裂缝同步起裂的射孔优化方法。

2、本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种深层页岩水平井多簇裂缝同步起裂的射孔优化方法，包括：

3、步骤s1、根据目标水平井的测井参数计算各簇射孔位置处的杨氏模量和泊松比；

4、步骤s2、根据各簇射孔位置处的杨氏模量和泊松比以及目标水平井储层地质参数计算各簇射孔位置处的地层应力场和岩石抗张强度；

5、步骤s3、根据孔隙压力计算公式、破裂压力计算公式计算各簇射孔位置处的破裂压力；

6、步骤s4、根据水平井压裂多簇裂缝流量分配方程计算压裂过程中各簇裂缝分得压裂液流量；

7、步骤s5、利用孔眼摩阻方程计算各簇射孔位置处的原始孔眼摩阻；

8、步骤s6、根据同步起裂射孔参数优化模型优化射孔孔眼数量或孔眼直径。

9、进一步的技术方案是，所述步骤s1中的计算公式为：

10、

11、

12、

13、式中：ei为第i簇裂缝射孔位置处杨氏模量，无量纲；νi为第i簇裂缝射孔位置处泊松比，无量纲；δtc,i为第i簇裂缝射孔位置纵波时差，μs/m；δts,i为第i簇裂缝射孔位置横波时差，μs/m；ρb,i为第i簇裂缝射孔位置处地层密度，g/cm3；μi为第i簇裂缝射孔位置泊松比修正值，无量纲；i表示各簇裂缝编号。

14、进一步的技术方案是，所述地层应力场包括地层垂向应力、最小水平主应力、最大水平主应力。

15、进一步的技术方案是，所述步骤s2中的计算公式包括：

16、地层垂向应力计算公式：

17、

18、式中：σv,i为第i簇裂缝射孔位置地层垂向应力，mpa；hi为第i簇裂缝射孔位置地层垂深，m；ρb,i为第i簇裂缝射孔位置处地层密度，g/cm3；

19、最小水平主应力计算公式：

20、

21、其中：

22、

23、式中：σhmin,i为第i簇裂缝射孔位置地层最小水平主应力，mpa；δti为第i簇裂缝射孔位置声波时差，μs/m；ki为第i簇裂缝射孔的中间参数，m；μi为第i簇裂缝射孔位置泊松比修正值，无量纲；

24、最大水平主应力计算公式为：

25、

26、式中：σhmax,i为第i簇裂缝射孔位置地层最大水平主应力，mpa；

27、各簇射孔位置处的岩石抗张强度计算公式为：

28、

29、式中：σt,i为第i簇裂缝射孔位置处地层岩石的抗张强度，mpa；vcl,i为第i簇裂缝射孔位置处地层中粘土含量，％；ei为第i簇裂缝射孔位置处杨氏模量，无量纲。

30、进一步的技术方案是，所述步骤s3中孔隙压力计算公式为：

31、pp,i＝1.0×10-6ρl·g·hi

32、式中：pp,i为第i簇裂缝射孔位置处地层中孔隙流体压力，mpa；ρl近似为水密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；hi为第i簇裂缝射孔位置地层垂深，m；

33、破裂压力计算公式为：

34、pf,i＝3σhmin,i-σhmax,i+σt-αpp,i

35、式中：σhmax,i为第i簇裂缝射孔位置地层最大水平主应力，mpa；σhmin,i为第i簇裂缝射孔位置地层最小水平主应力，mpa；pp,i为第i簇裂缝射孔位置处地层中孔隙流体压力，mpa；σt为抗张强度，mpa；pf,i为第i簇裂缝射孔位置处的破裂压力，mpa；α为孔隙弹性常数，取1，无量纲。

36、进一步的技术方案是，所述孔眼摩阻方程为：

37、

38、式中：δppf,i为第i簇裂缝射孔孔眼处的摩阻压降，mpa；npf,i为第i簇射孔孔眼数量，个；dpf,i为第i簇射孔孔眼直径，m；αpf为孔眼流量系数，取0.8～0.85，无量纲；ρ为压裂液密度，kg/m3。

39、进一步的技术方案是，所述同步起裂射孔参数优化模型为：

40、

41、式中：pk,i为第i簇裂缝射孔位置处的孔眼入口破裂压力，mpa；sa,b为起裂系数；δppf,i为第i簇裂缝射孔孔眼处的摩阻压降，mpa；pf,i为第i簇裂缝射孔位置处的破裂压力，mpa；pk,a为第a簇裂缝射孔位置处的孔眼入口破裂压力，mpa；pk,b为第b簇裂缝射孔位置处的孔眼入口破裂压力，mpa；a、b分别为裂缝射孔簇数。

42、进一步的技术方案是，所述步骤s6的具体过程为：

43、步骤s61、根据各簇射孔位置处的原始孔眼摩阻、同步起裂射孔参数优化模型分别计算各簇射孔的原始孔眼入口破裂压力；

44、步骤s62、对各簇射孔的原始孔眼入口破裂压力进行排序，确定最中间原始孔眼入口破裂压力对应的射孔的原始射孔参数为定值；

45、步骤s63、然后根据同步起裂射孔参数优化模型分别确定其他簇射孔的孔眼数量或孔眼直径。

46、进一步的技术方案是，所述步骤s63中确定其他簇射孔的射孔孔眼数量时，其各簇射孔的原始孔眼直径为恒定值，然后通过优化射孔孔眼数量调节孔眼摩阻大小，计算起裂系数，并使得起裂系数满足给定误差范围。

47、进一步的技术方案是，所述步骤s63中确定其他簇射孔的孔眼直径时，其各簇射孔的射孔孔眼数量为恒定值，然后通过优化孔眼直径调节孔眼摩阻大小，计算起裂系数，并使得起裂系数满足给定误差范围；其中孔眼直径根据射孔弹型号选择不同尺寸的孔眼直径。

48、本发明具有以下有益效果：本发明针对深层页岩气水平井在压裂过程中由于井段在不同位置处地层应力条件存在明显差异，导致压裂过程中不同射孔簇位置处的裂缝无法同步起裂的问题，建立了同步起裂射孔参数优化模型，形成了一种深层页岩水平井多簇裂缝同步起裂的射孔优化方法，可以根据压裂现场施工参数快速准确的计算出多簇裂缝同步起裂的射孔工艺参数。