[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

说明书

本发明提供了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，获取单簇顶底、簇内射孔数、簇间距数据，建立DPM水平井单簇多射孔两相流模型，计算炮眼定砂量下的冲蚀量；获取暂堵球直径、密度参数，建立DEM模型，对DDPM模型参数进行初始化，计算体积分数，通过SCALARS交换动量，实现固液双向耦合计算。将计算数据代入公式中，得到炮眼实际直径与暂堵球直径比值范围，根据现场所使用暂堵球直径，可以计算施工状态下炮眼实际直径与磨蚀率，有效高暂堵球坐封率，提高裂缝复杂程度，增大有效改造体积，提升产量。

技术领域

本发明属于石油天然气增产领域，具体地，涉及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。

背景技术

页岩油气、致密气等非常规资源具有特殊的储集空间与形成过程，具有低孔、低渗的特点，大部分页岩气井需经水力压裂等储层改造技术才能获得商业开采价值。如今，水平井分段压裂技术已在页岩气工业开采中得到了普遍应用。伴随着关键技术的日益成熟，增产效果的增速放缓，而同期北美地区依靠缩短簇间距，提高支撑剂加量的工艺技术，实现了单井产能的大幅提高，据统计，2017年美国页岩气产量达5.264×108m3，为10年前的8.8倍。目前，涪陵、长宁等工区主要采用密切割多簇压裂技术，辅之以重复压裂当中的暂堵转向技术能够有效提升射孔孔眼的开启程度，在段数不变的情况下提高压裂级数，增加缝网的复杂程度，是一项关键的辅助技术。

暂堵转向工艺中常用途径为暂堵剂与暂堵球两种，机械暂堵应用更加广泛。射孔孔眼大小对暂堵球是否能成功坐封具有至关重要的作用，受压裂液以及支撑剂等磨蚀作用，井下孔眼大小发生变化，据此，探究炮眼的磨蚀情况以及预测井下炮眼的实际直径对压裂作业具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供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，可以预测炮眼磨蚀情况，计算施工状态下炮眼实际直径，提高暂堵球坐封率。

为了实现上述目的，本发明提供了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，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。

其中，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)