[发明专利]一种提高水平井同一压裂段内水力裂缝复杂程度的实时控制方法

权利要求书

1.一种提高水平井同一压裂段内水力裂缝复杂程度的实时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、收集储层地应力、岩石力学参数、井眼轨迹和射孔弹性能基本参数；

步骤2、根据步骤1中收集的基本参数，利用破裂压力预测模型，计算不同射孔密度下对应的破裂压力，选择对应的射孔密度确定中间射孔簇的起裂压力高于两端射孔簇的破裂压力；

步骤3、利用裂缝延伸模型、射孔孔眼摩阻，通过对排量的阶梯实时控制，实现改进的交替压裂方式，提高水力裂缝复杂程度。

2.根据权利要求1所述的实时控制方法，其特征在于，所述步骤1基本参数包括：最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方位、水平井方位角、水平井井眼尺寸、杨氏模量、泊松比、水力裂缝缝高、压裂液粘度、射孔深度、射孔孔眼直径、岩石断裂韧性、施工排量。

3.根据权利要求1所述的实时控制方法，其特征在于，步骤2中利用射孔井破裂压力预测模型，计算不同射孔密度对地层破裂压力的影响；根据计算结果，优选不同射孔簇的射孔密度实现改进的交替压裂起裂方式具体为：

步骤2.1、利用射孔井破裂压裂预测模型，根据水平井地应力、井斜角、方位角、孔弹性系数、渗透性系数、岩石抗张强度、射孔弹深度、射孔弹孔径等，计算不同射孔密度下的破裂压力，优选射孔密度满足交替压裂的射孔簇起裂次序；

步骤2.2、根据步骤2.1中优选的射孔弹密度，并且控制每簇射孔段的长度小于4倍井眼直径，确保每一个射孔簇只形成1条裂缝，对压裂井井段进行射孔作业，为顺利实施交替压裂施工方式提供条件。

4.根据权利要求1所述的实时控制方法，其特征在于，步骤3中的利用裂缝延伸模型、射孔孔眼摩阻，通过对排量的阶梯实时控制，实现改进的交替压裂方式，提高水力裂缝复杂程度具体为：

步骤3.1、低排量注入阶段：控制较小的排量向井筒中注入液体，随着压裂液不断注入，井底压力逐渐升高；由于射孔簇1和射孔簇3的起裂压力小于射孔簇2的起裂压力，因此井底压力首选达到射孔簇1和射孔簇3的起裂压力；在开始注液到射孔簇1、射孔簇3起裂后，维持较小的排量维持井底压力满足式(1)：

p_fr2＞p_b＝p_b1＝p_b2＝p_b3＞p_fr1＝p_fr3 (1)

式中：p_fr2为射孔簇2的起裂压力，MPa；p_b为井底流体压力，MPa；p_b1为射孔簇1处对应的井底流体压力，MPa；p_b2为射孔簇2处对应的井底流体压力，MPa；p_b3为射孔簇3处对应的井底流体压力，MPa；p_fr1为射孔簇1的起裂压力，MPa；p_fr3为射孔簇3的起裂压力，Mpa；

步骤3.2、较高排量注入阶段：当射孔簇1和射孔簇3的裂缝起裂后，为了保证射孔簇1和射孔簇3的裂缝正常延伸，随后将排量提高至一个较高的数值；此时注入的流体通过射孔簇1、射孔簇3的孔眼进入地层；在射孔簇1、3的裂缝延伸过程中，井底流体压力为储层最小水平主应力、裂缝内流体净压力和射孔孔眼摩阻之和；在该阶段利用排量和射孔孔眼摩阻控制井底压力低于射孔簇裂缝2的起裂压力，即式(2)：

p_fr2＞p_b＝σ_h+p_net+p_fef1＝σ_h+p_net+p_fef3 (2)

式中：σ_h为储层最小水平主应力，MPa；p_net为裂缝内流体净压力，MPa；p_fef1为射孔簇1的孔眼摩阻，MPa；p_fef3为射孔簇3的孔眼摩阻，MPa；

根据裂缝延伸模型，裂缝内流体净压力与储层杨氏模量、压裂液粘度、施工排量、裂缝半长、储层泊松比、水力裂缝的缝高紧密相关，由式(3)计算；

pnet=2.52×[E3μqLf(1-v2)3Hf4]1/4---(3)]]>

式中：E为储层杨氏模量，MPa；μ为压裂液粘度，mPa.s；q为注入排量，m³/min；L_f为水力裂缝半缝长，m；v为岩石的泊松比，无因次；H_f是水力裂缝高度，m；

水力裂缝长度与储层的杨氏模量、注入排量、泊松比、压裂液粘度、水力裂缝缝高和注液时间相关；

Lf=0.395[Eq32(1-v2)μHf4]1/5t4/5---(4)]]>

式中：t为压裂液注入时间，s；

射孔孔眼摩阻主要是由注入排量、压裂液粘度、射孔孔眼个数、射孔孔眼直径和射孔孔眼流量系数决定，由式(5)计算；

pfef=22.45q2ρNp2d4Cd2---(5)]]>

式中：q为注入排量，m³/min；ρ为压裂液密度，kg/m³；N_p为射孔孔眼数目，个；d为射孔孔眼直径，m；C_d为射孔孔眼流量系数，无因次；

步骤3.3、高排量注入阶段：当射孔簇1和射孔簇3产生的裂缝延伸到预先设定的长度后，进一步提高排量，利用裂缝延伸时产生的净压力和射孔孔眼摩阻，调控井底压力高于射孔簇2的破裂压力，促使射孔簇2的裂缝起裂；随后进一步提高排量确保射孔簇1、射孔簇2、射孔簇3产生的裂缝同时延伸；当裂缝延伸到预先指定的距离后，随后注入含有支撑剂的携砂液，按照正常的泵注程序完成施工；

p_b＝σ_h+p_net+p_fef1＝σ_h+p_net+p_fef3＞p_fr2(6)

式中：p_b为井底流体压力，Mpa。