[发明专利]一种水平井砾石充填模拟计算方法

说明书

本发明公开了一种水平井砾石充填模拟计算方法，包括以下步骤：根据充填工具尺寸参数及地层参数计算维持不同沙丘比下平衡堤的环空流速及排量；根据环空流速及排量确定充填作业水平段环空段的摩阻及压力降；利用质量守恒定律建立筛管与地层环空系统、筛管与冲管环空系统的平衡方程，依据两系统压力梯度相等原则，回归冲管与筛管环空流速及排量；计算砾石充填作业中流入段各个管汇节点、及充填返出段各环空节点的压力降；根据环空流速及排量、摩阻及压力降、各环空节点的压力降计算充填作业中α波在筛管底部产生的压力、β波作业时产生的压力与地层破裂压力；将不同沙丘比的排量、不同排量下α波产生的压力、不同β波产生的压力、以及地层破裂压力制图汇总，优化现场作业参数的选择。

技术领域

本发明涉及石油开采井防砂领域，尤其涉及一种水平井砾石充填作业施工参数及施工时间计算方法，属于石油与天然气工程领域。

背景技术

水平井砾石充填作业是针对疏松性油藏裸眼完井防砂的有效手段，目前，对于水平井砾石充填作业的设计，前期模拟计算一般采用三种方法进行参数确定。一是通过前人室内模拟固液两相流模拟实验总结的模型进行套用计算；二是通过防砂工程师多年的工作经验进行现场泵排量、砂比等参数的确定；三是通过流体仿真模拟软件进行模拟。其中，室内模拟实验往往只能模拟一定距离长度水平管内两相流的流动状态，由于实验场地的限制很难模拟从地面管汇到水平井底全井段在砾石充填作业中的流动规律。

发明内容

本发明提供了一种水平井砾石充填模拟计算方法，该方法用于解决目前水平井裸眼砾石充填作业过程中不同沙丘比下充填排量的确定，以及整个充填流程中循环摩阻的计算，通过砂砾在管道中的循环影响参数最终模拟计算砾石充填作业中α波以及β波情况下的压力与砾石尺寸、筛管居中度、携砂液粘度等相关参数的影响，并与地层破裂压力进行对比，优选出最适合充填作业的泵排量、管柱尺寸、携砂液粘度等参数，详见下文描述：

一种水平井砾石充填模拟计算方法，所述方法包括以下步骤：

根据充填工具尺寸参数及地层参数计算维持不同沙丘比下平衡堤的环空流速及排量；

根据环空流速及排量确定充填作业中水平环空段的摩阻及压力降，利用质量守恒定律建立筛管与地层环空系统、筛管与冲管环空系统的平衡方程，依据两系统压力梯度相等原则，回归冲管与筛管环空流速及排量；

计算砾石充填作业中流入段各个管汇节点、及充填返出段各环空节点的压力降；

根据环空流速及排量、摩阻及压力降、各环空节点的压力降计算充填作业中α波在筛管底部产生的压力、β波作业时产生的压力与地层破裂压力；

将不同沙丘比的排量、不同排量下α波产生的压力、不同β波产生的压力、以及地层破裂压力制图汇总，优化现场作业参数的选择。

所述方法根据平衡堤在筛管、地层环空的不同高度进行分类计算：

(1)当沙丘高度H大于井眼半径R时，

(2)当沙丘高度H小于筛管半径r时，

(3)当沙丘高度H大于筛管半径r、小于井眼半径R时，

所述计算维持不同沙丘比下平衡堤的环空流速具体为：

(1)充填砾石尺寸大于1mm临界流速为：

式中，D_G为砾石直径；ρ_G为砾石颗粒密度；ρ_F为携砂液密度；为体积系数；D_e为等效直径；μ_F为携砂液粘度；

(2)充填砾石尺寸小于1mm临界流速为：