一种直井或水平井压裂砂堵放喷方法

技术领域

本发明涉及压裂砂堵放喷方法技术领域，是一种直井或水平井压裂砂堵放喷方法。

背景技术

目前，随着各油田勘探开发进行，勘探开发对象逐步由常规砂岩油藏演变为低品味的致密油、页岩油等非常规油藏，储层物性逐渐变差，为实现低品位油层经济效益开发，压裂已成为各油田稳产增产主要技术手段。由于受储层物性、地应力、滑溜水(压裂液)携砂性能及设备能力等因素影响，压裂过程砂堵等异常情况时有发生。经相关压裂施工统计，砂堵井(层)占比约1％至3％，近年国内非常规油藏年均压裂超10000层，压裂井(层)数逐年增多，砂堵井也随之增多，若出现砂堵，放喷时机及油嘴选择极为重要，若油嘴选择过小，则无法将井内沉砂放喷出井口，对于直井压裂而言极易造成压裂管柱砂埋大修，对于水平井分段压裂而言则会影响后续层段压裂，造成经济损失；同时，若放喷时机或油嘴选择不合理，还可能造成井口、放喷管线刺漏，造成井控安全风险。现阶段，各压裂施工现场，若出现砂堵，多根据现场经验实施放喷，尚未形成一套有效的砂堵放喷方法。

发明内容

本发明提供了一种直井或水平井压裂砂堵放喷方法，克服了上述现有技术之不足，在直井或水平井遇到压裂砂堵时，具有砂堵异常情况决策快、操作简单等特点，通过量化计算、避免主观臆断，可有效降低压裂砂堵导致的经济损失及井控安全风险，实现砂堵异常情况正确快速处理。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种直井或水平井压裂砂堵放喷方法，包括根据砂堵前施工压力曲线，进行停泵压力计算得到停泵压力预测值；根据不同停泵压力预测值对应的油嘴出口流速，选择放喷时机；以水平井或直井的管柱内径通过放喷流量图版确定对应的放喷流量，再以放喷流量、停泵压力预测值通过不同压力不同油嘴放喷流量图版确定放喷选用的油嘴规格；在达到放喷条件后，以选择的油嘴规格进行放喷。

放喷1个井筒容积液体以上且油嘴出口基本不含砂后，重新组织顶替、施工。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述停泵压力按下式计算：

P

P

式(1)至(2)中，P

上述施工压力P为砂堵前正常泵注压力，可通过压裂仪表车直接读取。

上述管柱摩阻P

式(3)中，σ为压裂液与清水摩阻的比值，D为井筒内通径，Q为排量，Cg为稠化剂浓度，Cs为携砂液浓度。清水摩阻为已知值，其结合σ即可得到管柱摩阻P

上述管柱孔眼的节流压差P

P＝225.16ρQ

式(4)中,P为管柱孔眼的节流压差,ρ为密度,Q为排量,C

上述对于直井，放喷流量图版是直井不同管柱内径与最低放喷流量绘制的图版，所述直井最低放喷流量为支撑剂自然沉降流量2倍；支撑剂自然沉降流量是支撑剂直井段自由沉降速度结合流量公式计算而得；

支撑剂直井段自由沉降速度采用下式计算：

Vs＝a*d

式(5)中，Vs为支撑剂自然沉降速度，a、b、n、m、f为常数，ρ

上述对于水平井，放喷流量图版是不同砂比、不同管柱内径与支撑剂临界再悬浮流量绘制的图版，支撑剂临界再悬浮流量是水平段支撑剂再悬浮速度通过流量公式计算而得；

水平段支撑剂再悬浮速度采用下式计算：

式(6)中，Vsc为支撑剂再悬浮速度，a为常数，d

上述流量公式为Q＝V*S，式中，Q为流量，V为井筒内液体流速(支撑剂直井段自由沉降速度或水平段支撑剂再悬浮速度)，S为井筒截面积(也可为管柱截面积)。

上述不同停泵压力预测值对应的油嘴出口流速通过伯努利方程计算：

式(7)中，P为停泵压力预测值，ρ为液体密度，υ为油嘴出口流速，g为重力加速度，h为液柱高度，C为常数；以式(7)计算得到的所述油嘴出口流速，根据公式Q＝υ*πd

上述放喷时机是控制油嘴放喷流速为200m/s以下或停泵压力预测值≤50MPa。

本发明所述方法操作简单，通过计算确定合理优化放喷制度，避免主观臆断，减少操作失误，具有提高砂堵放喷成功率，降低砂堵经济损失，可有效降低井口、管线刺漏等井控安全风险的优点；尤其适用于储层能量充足的井。

附图说明

附图1为不同停泵压力对应的油嘴出口流速曲线。

附图2为不同砂比、不同套管对应的水平井临界再悬浮流量曲线图版。

附图3为直井不同管柱内径对应的最低放喷流量。

附图4为不同压力、不同油嘴对应的放喷流量图版。

附图1中，横坐标为停泵压力，单位为兆帕；纵坐标为油嘴流速，单位为米/秒。

附图2中，横坐标为砂比，单位为百分比；纵坐标为流量，单位为升/分钟。

附图3中，横坐标为管柱内径，单位为毫米；纵坐标为流量，单位为升/分钟。

附图4中，横坐标为预测停泵压力，单位为兆帕；纵坐标为流量，单位为升/分钟；各曲线为不同压力不同油嘴的放喷流量；各曲线中，由上至下依序为12mm油嘴、11mm油嘴、10mm油嘴、9mm油嘴、8mm油嘴、7mm油嘴、6mm油嘴、5mm油嘴、4mm油嘴、3mm油嘴、2mm油嘴对应的放喷流量曲线。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

本发明中相关图版可能因液体性质不同、砂堵情况不同有所变化。本发明中的管柱内径如没有特殊说明，均以毫米为单位；本发明中的压力如没有特殊说明，均以兆帕为单位；本发明中的放喷流量如没有特殊说明，均以升/分钟为单位。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：直井或水平井压裂砂堵放喷方法，包括根据砂堵前施工压力曲线，进行停泵压力计算得到停泵压力预测值；根据不同停泵压力预测值对应的油嘴出口流速，选择放喷时机(放喷时机是控制油嘴放喷流速为200m/s以下或停泵压力预测值≤50MPa)；以水平井或直井的管柱内径通过放喷流量图版确定对应的放喷流量，再以放喷流量、停泵压力预测值通过不同压力不同油嘴放喷流量图版确定放喷选用的油嘴规格；在达到放喷条件后，以选择的油嘴规格进行放喷；放喷1个井筒容积液体以上且油嘴出口基本不含砂后，重新组织顶替、施工。

所述停泵压力按下式计算：

P

P

式(1)至(2)中，P

所述施工压力P为砂堵前正常泵注压力，可通过压裂仪表车直接读取。

所述管柱摩阻P

式(3)中，σ为压裂液与清水摩阻的比值，D为井筒内通径，Q为排量，Cg为稠化剂浓度，Cs为携砂液浓度。清水摩阻为已知值，其结合σ即可得到管柱摩阻P

所述管柱孔眼的节流压差P

P＝225.16ρQ

式(4)中,P为管柱孔眼的节流压差,ρ为密度,Q为排量,C

所述对于直井，放喷流量图版是直井不同管柱内径与最低放喷流量绘制的图版(如附图3)，所述直井最低放喷流量为支撑剂自然沉降流量2倍；支撑剂自然沉降流量是支撑剂直井段自由沉降速度结合流量公式计算而得；

支撑剂直井段自由沉降速度采用下式计算：

Vs＝a*d

式(5)中，Vs为支撑剂自然沉降速度，a、b、n、m、f为常数，ρ

所述对于水平井，放喷流量图版是不同砂比、不同管柱内径与支撑剂临界再悬浮流量绘制的图版(如附图2)，支撑剂临界再悬浮流量是水平段支撑剂再悬浮速度通过流量公式计算而得；

水平段支撑剂再悬浮速度采用下式计算：

式(6)中，Vsc为支撑剂再悬浮速度，a为常数，d

所述流量公式为Q＝V*S，式中，Q为流量，V为井筒内液体流速(支撑剂直井段自由沉降速度或水平段支撑剂再悬浮速度)，S为井筒截面积(管柱截面积)。

所述不同停泵压力预测值对应的油嘴出口流速通过伯努利方程计算：

式(7)中，P为停泵压力预测值，ρ为液体密度，υ为油嘴出口流速，g为重力加速度，h为液柱高度，C为常数；根据式(7)计算得到不同停泵压力预测值对应的油嘴出口流速绘制不同停泵压力对应的油嘴出口流速曲线(如附图1)；以式(7)计算得到的所述油嘴出口流速，根据公式Q＝υ*πd

在直井或水平井出现压裂砂堵井工况时，本发明所述直井或水平井压裂砂堵放喷方法现场使用时，先计算停泵压力以及油嘴放喷流速，判断是否满足放喷条件(油嘴放喷流速为200m/s以下或停泵压力预测值≤50MPa)，然后，分别以直井或水平井的管柱内径根据对应的放喷流量图版(直井最低放喷流量图版或水平井临界再悬浮流量曲线图版)确定放喷流量，接着，根据停泵压力预测值和放喷流量确定油嘴规格，在满足放喷条件后，以选定的油嘴进行放喷。

实施例2：

直井压裂发生砂堵，根据砂堵前压裂施工压力进行裂缝延伸压力与预测停泵压力计算；若预测停泵压力＞50MPa或测算喷嘴流速＞200m/s禁止放喷，则待压力下降至≤50MPa后执行后续放喷程序；测算直井不同管柱内径最低放喷流量(可根据附图3查询)；根据停泵压力，结合不同压力、不同油嘴对应的放喷流量图版(图4)选择合理油嘴组织放喷；放喷1个井筒容积液体以上且出口基本不含砂后重新组织顶替、施工。

所述最低放喷流量通过附图3读取。

所述合理油嘴是结合停泵压力及附图4放喷流量图版进行选取。

具体实施案例：以某直井压裂油管内径76mm为例，砂堵前施工压力50MPa，通过公式(1)至(2)计算预计停泵压力30MPa，测算油嘴的流速<200m/s具备组织放喷条件，根据油管内径确定最低放喷流量为408L/min(根据图3选取)，然后根据附图4则选取8mm油嘴进行放喷，后续根据压力变化情况随时调整，放喷1个井筒容积液体以上且出口基本不含砂后重新组织顶替、施工。

实施例3：

水平井压裂发生砂堵，根据砂堵前压裂施工压力进行裂缝延伸压力与预测停泵压力计算；若预测停泵压力＞50MPa或测算喷嘴流速＞200m/s禁止放喷，则待压力下降至≤50MPa后，执行后续放喷程序；测算不同砂比不同套管水平井临界再悬浮流量(可根据附图2查询)；根据停泵压力，结合放喷流量图版选择合理油嘴组织放喷；放喷1个井筒容积液体以上且出口基本不含砂后重新组织顶替、施工。

所述最低放喷流量通过附图2读取。

所述合理油嘴是结合停泵压力及附图4放喷流量图版进行选取。

具体实施案例：以某水平井压裂水平段套管内径101.6mm为例，砂堵前施工压力45MPa，通过公式(1)至(2)计算预计停泵压力32MPa，油嘴的流速<200m/s具备组织放喷条件，根据套管内径计算确定最低放喷流量为1100L/min(根据图2选取)，然后根据附图4选取12mm油嘴组织放喷，直至放喷1个井筒容积液体以上且出口基本不含砂后重新组织顶替、施工。

综上所述，本发明所述一种直井或水平井压裂砂堵放喷方法对于直井或水平井出现压裂砂堵工况，具有砂堵异常情况决策快、操作简单等特点，通过量化计算、避免主观臆断，同时可有效降低压裂砂堵导致的经济损失及井控安全风险，实现砂堵异常情况正确快速处理。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。