[发明专利]密切割多簇暂堵压裂中炮眼磨蚀和实际直径的预测方法

权利要求书

1.一种密切割多簇暂堵压裂中炮眼磨蚀和实际直径的预测方法，其特征在于，包括步骤：

基于DPM水平井单簇多射孔两相流模型，建立炮眼流场与速度场，计算炮眼冲蚀量；

基于暂堵球受力模型，根据DEM-FLUENT固液双向耦合数学模型，模拟水平井筒暂堵球运动，结合DPM水平井单簇多射孔两相流模型所建立不同直径球在水平井筒中运动的仿真结果，得出暂堵球直径与射孔炮眼直径比值计算方法，计算炮眼实际直径，推导炮眼磨蚀率；

其中，其中炮眼实际直径与暂堵球直径比值K_C为：

式中：F₁是球与A点接触的反作用力，ΔP是球坐封射孔的压力差，d_m是球的直径，d为射孔直径。

炮眼磨蚀和实际直径的预测方法步骤如下：

①根据已知砂量，计算炮眼冲蚀量；

②计算炮眼实际直径与暂堵球直径比值Kc；

③实际的压裂投球坐封炮眼施工中，检测能有效坐封炮眼的暂堵球；

④根据有效暂堵球直径，计算炮眼实际直径；

⑤根据炮眼实际直径，计算炮眼磨蚀率。

2.根据权利1所述的密切割多簇暂堵压裂中炮眼磨蚀和实际直径的预测方法，其特征在于，DPM水平井单簇多射孔两相流模型为不可压缩流体、稳态固液两相流动模型，包括连续性方程和动量守恒方程，流体湍流方程采用标准k-ε模型；颗粒受力中，考虑曳力、诺数和附加质量力，颗粒与水平井筒及射孔孔眼考虑固体冲蚀作用，计算使用Ahlert的计算模型，

ER＝AF_svⁿ¹f(α)

式中:ER为冲蚀速率，mm/h；A为相关系数；n₁为颗粒撞击速度指数；Fs为颗粒的圆度系数，表示颗粒表面尖锐程度，当颗粒为不规则尖角时Fs＝1.0，当颗粒为椭球型时Fs＝0.5，当颗粒为圆球型时Fs＝0.2。

3.根据权利1所述的密切割多簇暂堵压裂中炮眼磨蚀和实际直径的预测方法，其特征在于，采用流体动力学软件(FLUENT)与颗粒元法(DEM)相结合的方法，利用FLUENT计算液体在水平井筒中的流动过程，建立流体流场利用DEM获取颗粒的位置、体积、速度等参数初始化当前步下FLUENT中DDPM中颗粒信息，激活欧拉模型中的DDPM模型，计算体积分数，通过内置的SCALARS交换动量，实现固液双向耦合计算。计算模型中的粒子与流体之间的动量交换方程为下式：

式中：F为连续相到离散相的动量传递量，(kg.m)/s；μ为流体的黏度，(N.S)/m2；ρp为粒子密度kg.m³；d_p为粒子直径，m；R_e为相对雷诺数，无量纲；u_p和u分别为粒子的速度和流体速度，m/s；C_D为阻力系数，无量纲；m_p*为颗粒的质量流量，kg/s；△t为时间步长，s；F_other代表单位质量其他作用力，N/kg；

离散相到连续相的质量交换方程见下式：

式中：M为离散相到连续相的质量传递量，kg/s²；△m_p与m_.p，0分别表示颗粒的质量流量改变量、粒子注入的初始质量流量，kg/s；m_p,0为粒子的初始质量，kg；

在DDPM模型与DEM模型中，通过作用在拉格朗日参考系中的颗粒各种力平衡来预测计算离散相的运动轨迹。使用牛顿第二定律，控制粒子运动的方程见下式。

式中：m为粒子的质量2，kg；x为粒子从位置1运动到位置2的位移，s；t为从位置1运动到位置2所用的时间，s；V表示颗粒的矢量速度，m/s；F_drag、F_virtual_mass、F_gravitation与F_other分别表示颗粒所受的曳力、虚拟质量力、重力与其他作用力的矢量，N。

4.根据权利1所述的密切割多簇暂堵压裂中炮眼磨蚀和实际直径的预测方法，其特征在于，暂堵球的重力表示：

式中：d_m为球直径，ρ_m为球密度，g为重力加速度；

所受浮力为：

式中：ρ_w为压裂液密度；

暂堵球受到流体携带力为：

R_e＝ρd_m|u-u_m|/μ

式中：u为流体流速，u_m为暂堵球运移速度，μ为流体黏度，R_e为雷诺数，C_d为阻力系数，当R_e1000时，C_d＝0.44，当R_e≤1000时(1+0.15R_e^0.0687)/(R_e/24)。