[发明专利]一种页岩气多级压裂水平井井筒压力及入流量预测方法

摘要

本发明涉及一种页岩气多级压裂水平井井筒压力及入流量预测方法，步骤如下：S1、沿井筒长度进行分段，并根据已知的上一点流体流动参数，估算下一点压力降和温度降；S2、计算流体物性参数，并根据压降方程和能量守恒方程计算压力降和温度降；S3、根据计算段是否存在裂缝和桥塞，计算由裂缝进入井筒的气液两相入流量、注入干扰压降损失和桥塞压降损失，并更新井筒内气液两相流量以及压力降；S4、将步骤S2和S3计算得到的压力降和温度降与估算值比较，重复步骤S1～S4直到压力降和温度降同时满足精度要求；S5、重复步骤S1～S5直到所有分段计算结束。本发明考虑井筒气液两相流动、水平井筒变质量流动以及储层渗流与井筒多相流耦合，建立了页岩气多级压裂水平井井筒气液两相流动规律与入流量的预测方法，弥补了页岩气多级压裂水平井井底压力与入流量剖面预测的技术空白，能够提高现场工程师对页岩气井生产动态的认识，加强页岩气井日常管理。

主权项

1.一种页岩气多级压裂水平井井筒压力及入流量预测方法，步骤如下：S1、沿井筒进行分段，根据上一点的压力和温度，估算该计算段的压力降ΔP和温度降ΔT，并根据平均压力和温度计算该段流体的物性参数；S2、判断计算段是否位于水平段，若是，则根据式(1)计算沿程流体压力降ΔP’，若否，则根据公式(2)计算沿程流体压力降ΔP’；公式(1)～(2)中，P表示井筒内流体压力(单位Pa)，l表示沿井筒深度(单位m)，A表示管道截面积(单位m2)，m表示气液两相混合物质量流量(单位kg/s)，ρ表示气液两相混合物密度(单位kg/m3)，ρl表示液体密度(单位kg/m3)，ρg表示页岩气密度(单位kg/m3)，fl表示持液率，M表示页岩气相对分子量(单位kg/mol)，R表示气体常数(单位J/(mol·K))，T表示流体温度(单位K)，τ表示气液两相与管壁之间的剪切应力(单位N/m)，D表示管道内径(单位m)，v表示气液两相混合物平均流速(单位m/s)，vsg表示页岩气表观流速(单位m/s)，C0表示常数，βT表示液体膨胀系数(单位1/K)，g表示重力加速度(单位m·s‑2)，λ表示流动阻力系数，G表示混合物的质量流量(单位kg/s)；S3、判断计算段是否存在裂缝，若否，则进入步骤S4，若是，则根据式(3)和(4)计算由裂缝进入井筒的气体和液体入流量；其中，A和B为系数，根据下式(5)和(6)计算，其中，β为紊流速度系数，根据下式(7)计算，公式(3)～(7)中，Pei表示储层压力(单位Pa)，Pwfi表示第i个裂缝对应的井底流压(单位Pa)，qfi表示经第i个裂缝流入井筒内的液体体积流量(单位m3/s)，qgi表示经第i个裂缝流入井筒内的气体体积流量(单位m3/s)，μl表示液体动力粘度(单位Pa·s)，μg表示气体动力粘度(单位mPa·s)，B表示液体的体积系数，K表示储层岩石的渗透率(单位10‑3μm2)，Kf表示裂缝的渗透率(单位10‑3μm2)，h表示储层厚度(单位m)，ai表示第i个裂缝的裂缝间距(单位m)，b表示储层宽度(单位m)，Lf表示裂缝长度(单位m)，w表示裂缝宽度(单位m)，rw表示井眼半径(单位m)，s表示表皮系数，Z表示气体的压缩系数，T表示气体温度(单位K)，γg表示气体的相对密度；根据气液两相入流量更新下一点气液两相流量，Qfi+1＝Qfi+1‑qfi    (8)Qgi+1＝Qgi+1‑qgi     (9)根据式(10)计算注入压降损失ΔPm，并更新计算段压力降：ΔP’＝ΔP’+ΔPm，其中，fT为注入干扰阻力系数，根据下式(11)计算，流体雷诺数Re则根据下式(12)计算，公式(10)～(12)中，ΔPm表示注入干扰压降损失(单位Pa)，fT表示注入干扰阻力系数，D表示管道内径(单位m)，ρ表示气液两相混合物密度(单位kg/m3)，v表示气液两相混合物的流速(单位m/s)，dl表示裂缝间距(单位m)，Re表示流体雷诺数，qin表示从裂缝进入水平井筒的质量流量(单位kg/s)，Q表示水平井筒主流流体质量流量(单位kg/s)，v表示气液两相混合物的流速(单位m/s)，ρl表示液体密度(单位kg/m3)，ρg表示页岩气密度(单位kg/m3)，fl表示持液率，μl表示液体动力粘度(单位Pa·s)，μg表示气体动力粘度(单位Pa·s)；S4、判断计算段是否存在桥塞，若否，则进入步骤S5，若是，则根据式(13)计算桥塞压降损失ΔPJ，并更新计算段压力降：ΔP’＝ΔP’+ΔPJ；其中，ΔPJ表示桥塞节流压降损失(单位Pa)，ζc表示节流损失系数，Cc表示收缩系数，A表示管道截面积(单位m2)，Ac表示桥塞截面积(单位m2)，ρ表示气液两相混合物密度(单位kg/m3)，v表示气液两相混合物的流速(单位m/s)；S5、根据能量方程(14)计算温度降ΔT’；其中，T表示井筒内流体温度(单位K)，Te表示环境温度(单位K)，l表示沿井筒深度(单位m)，ρl表示液体密度(单位kg/m3)，ρg表示页岩气密度(单位kg/m3)，fl表示持液率，vl表示液体流速(单位m/s)，vg表示气体流速(单位m/s)，Cpl表示液体定压比热容(单位J/(kg·K))，Cpg表示液体定压比热容(单位J/(kg·K))，Rt表示热阻(单位K/W)；S6、判断估算压力降与温度降是否精确，如果︱ΔP‑ΔP’︱≤ε且︱ΔT‑ΔT’︱≤ε，则进入步骤S7；如果︱ΔP‑ΔP’︱＞ε，则更新ΔP＝(ΔP+ΔP’)/2，︱ΔT‑ΔT’︱＞ε，则更新ΔT＝(ΔT+ΔT’)/2，重复步骤S2～S6，直到︱ΔP‑ΔP’︱≤ε且︱ΔT‑ΔT’︱≤ε为止，步骤S6中，ε表示精度要求；S7、重复上述步骤S1～S6，直到计算完所有分段。