[发明专利]压裂液临界返排速度计算方法

说明书

本发明提供一种压裂液临界返排速度计算方法，该压裂液临界返排速度计算方法包括：步骤1，支撑剂在破胶液中进行沉降速度实验，以确定支撑剂沉降速度；步骤2，将支撑剂在裂缝中的沉降模型简化；步骤3，将支撑剂在孔眼中的沉降模型简化；步骤4，推导临界返排速度计算公式。该压裂液临界返排速度计算方法排除了目前现场经验的不确定性对返排速度的影响，确定了返排速度的临界值，解决了由于返排速度过快导致的地层吐砂等问题。

技术领域

本发明涉及油田开采领域，特别是涉及到一种压裂液临界返排速度计算方法。

背景技术

压裂作为开采低渗透油气藏的有效手段，应用越来越广泛。压裂后的压裂液返排，目前主要有两种方法：

一是快速返排：为了减少压裂液对地层的污染，压裂之后，采取措施立刻强制返排。但弊端非常明显，常常会出现压裂液没有完全破胶就携带支撑剂返排出来，导致堵塞油嘴。

二是根据压力控制返排：待压裂液破胶后，根据压力大小，更换不同尺寸的油嘴，控制放喷返排。

上述第二种方法，目前是压裂液返排的主流措施。但其依据主要是现场经验，因此常会出现裂缝吐砂，导致砂埋管柱、砂卡封隔器等重大井下事故。为此我们发明了一种新的压裂液临界返排速度计算方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种根据支撑剂沉降实验和模型合理简化，给出了压裂液临界返排速度的计算方法和现场操作方式的压裂液临界返排速度计算方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：压裂液临界返排速度计算方法，该压裂液临界返排速度计算方法包括：步骤1，支撑剂在破胶液中进行沉降速度实验，以确定支撑剂沉降速度；步骤2，将支撑剂在裂缝中的沉降模型简化；步骤3，将支撑剂在孔眼中的沉降模型简化；步骤4，推导临界返排速度计算公式。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，裂缝内支撑剂的运动，在垂直方向做自由沉降运动，在水平方向由于受压裂液的滞带作用而运动，因此可视为沉降作用与压裂液的滞带的合成。

在步骤1中，不考虑砂浓度和裂缝壁面的影响，单粒支撑剂在水平方向的速度与压裂液的水平流速一样。

在步骤1中，在计算垂直方向的沉降速度时，针对油田目前施工使用的支撑剂，进行压裂液不同粘度下的支撑剂沉降实验，得到支撑剂沉降实验的曲线图，根据该支撑剂沉降实验的曲线图，获得不同返排液粘度下的支撑剂沉降速度。

在步骤1中，油田目前施工使用的支撑剂为20/40目支撑剂，粒径规格为0.425-0.85mm，闭合压力为69MPa，体积密度为1.88g/cm³，球度≥0.8，圆度≥0.8，粒径规格内支撑剂质量所占比例≥90％。

在步骤1中，对油田目前施工使用的支撑剂，进行压裂液不同粘度下的支撑剂沉降实验，获得如下数据：返排液粘度为10mp.s时，支撑剂沉降速度为0.4cm/s；返排液粘度为8mp.s时，支撑剂沉降速度为1cm/s；返排液粘度为6mp.s时，支撑剂沉降速度为4cm/s；返排液粘度为3mp.s时，支撑剂沉降速度为12cm/s；返排液粘度为1mp.s时，支撑剂沉降速度为17cm/s；根据上述数据绘制该支撑剂沉降实验的曲线图。

在步骤2中，支撑剂回流涉及到裂缝形态和支撑剂在裂缝中的沉降规律，裂缝形态简化为：裂缝为垂直缝，KGD或PKN模型，支撑剂在裂缝内均匀分布；支撑剂由于粒径小，受裂缝壁面和支撑剂之间相互影响，在裂缝中的沉降视为小雷诺数运动。

在步骤2中，对裂缝模型和支撑剂沉降模型进一步简化，简化的裂缝模型认为，压裂液在进入射孔孔眼时，会冲蚀扩大孔眼，裂缝在射孔孔眼端部启裂；压裂液返排期间的支撑剂的运动，简化为在孔眼内的运动。