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专利号: 2020104131426
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种变流量脉冲水力压裂方法,其特征在于:其包括以下步骤:S1、压裂施工现场设备及人员准备就绪后,按照压裂方法设计的初始恒定流量注入压裂液,记录井口压力随注液时间的变化,当井口压力达到设备的安全压力阈值时,停止注液并确认停注时刻,之后恢复井口压力至注液前状态;

S2、根据管柱及压裂液性质参数计算压裂液中压力波传播速度C;

S3、根据井深及压力波传播速度C计算流量调节时刻t1;

S4、根据记录的井口压力随时间变化情况分别找出停注时刻及流量调节时刻对应的井口压力,并计算两个时刻对应的压力差,根据该压力差计算流量调节幅值ΔQ;

S5、根据步骤S4的计算结果重新设计脉冲变化的流量注入方案,该脉冲变化的流量注入方案在初始恒定流量的基础上叠加升‑降‑升的流量调节方式再次进行步骤S1中的压裂作业,使得脉冲压力波到达井底的时刻恰好为极限压力限制条件下井底压力的最大值,此时修正后的恒定注入流量所产生的稳态井底压力Pj与脉冲突变注入流量所产生的脉冲压力波动幅值ΔPd相互叠加,进而在井底产生最大的施工压力Pt。

2.根据权利要求1所述的变流量脉冲水力压裂方法,其特征在于:步骤S5中所述的脉冲变化的流量注入方案在初始恒定流量的基础上叠加升‑降‑升的流量调节方式具体为:初始阶段以初始恒定流量Q0注入压裂液,在计算得到的t1时刻通过调整压裂泵工作转速或开启备用压裂泵的方式提升注入流量,使得流量提升幅值满足ΔQs=ΔQ,以该修正后的恒定注入流量持续短暂时间to后瞬速降低注入流量,同样使流量降低幅值满足ΔQj=ΔQ,持续相同短暂时间to后恢复注入流量为初始恒定流量Q0状态。

3.根据权利要求1所述的变流量脉冲水力压裂方法,其特征在于:步骤S2中压力波传播速度C的计算公式如下:

式中:E为液体的弹性模量,单位为Pa;ρ为液体的密度,单位为kg/m3;D为管柱内壁直径,单位为m;E0为管柱的弹性模量,单位为Pa;e为管柱的壁厚,单位为m。

4.根据权利要求3所述的变流量脉冲水力压裂方法,其特征在于:步骤S3中流量调节时刻t1的计算公式如下:

式中:L为井深,单位为m;t2为停注时刻,单位为s。

5.根据权利要求4所述的变流量脉冲水力压裂方法,其特征在于:步骤S4中流量调节幅值ΔQ的计算公式如下:

式中:ΔP为停注时刻及流量调节时刻对应的井口压力差,单位为Pa;η为与管柱及液体弹性相关的特性系数。

6.根据权利要求5所述的变流量脉冲水力压裂方法,其特征在于:步骤S4中流量调节幅值ΔQ也可以通过精确计算得到,具体地,流量调节幅值ΔQ精确计算方法通过建立管柱内流体的瞬态动力学方程,进而由下面的控制方程及边界条件与初始条件得到安全压力阈值限制下的流量调节幅值ΔQ:

边界条件及初始条件:

式中:z为沿管柱轴线方向位移,单位为m;v为流体速度,单位为m/s;P为液体压力,单位2

为Pa;D为管柱内壁直径,单位为m;L为管柱长度,单位为m;g为重力加速度,单位为m/s ;β为管柱轴线与水平面间夹角,单位为rad;f为阻力系数;k3为计算系数;Q(t)为注入流量,其变3

化幅值为ΔQ,单位为m/min;P0入口处的初始压力,单位为Pa。