壓裂施工管柱摩阻計算

壓裂施工管柱摩阻計算蘇權生摘要：壓裂施工管柱摩阻計算對壓裂施工過程中壓力波動判斷和壓后凈壓力擬合具有重要意義。目前對壓裂液在層流狀態(tài)下的摩阻計算比較成熟，計算結果可信度高，但對壓裂液在紊流狀態(tài)下性質(zhì)還未找出一定的規(guī)律，摩阻計算結果誤差較大。本文以降阻比法為基礎進行壓裂管柱摩阻計算，通過理論計算與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)進行對比分析，提高計算精度。關鍵詞：管柱摩阻紊流降阻比計算精度壓裂管柱摩阻計算是壓裂施工過程中壓力變化判斷的基礎，是進行井底壓力和裂縫凈壓力計算的關鍵。在實際壓裂設計中經(jīng)常采用經(jīng)驗估計法對管柱摩阻進行粗略計算，往往不能準確地預測實際管柱摩阻。本文以降阻比法為基礎，分別對HPG壓裂液的前置液、攜砂液沿程管柱摩阻進行理論計算，并結合勝利油田現(xiàn)場施工井的實際數(shù)據(jù)進行對比分析，對影響管柱摩阻計算的影響因素進行修正，提高理論計算和現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)的一致性，形成適合勝利油田壓裂施工管柱摩阻計算的相關計算程序。1、降阻比管柱摩阻計算Lord和MCGowen等人在前人研究的基礎上提出了HPG壓裂液前置液，攜砂液摩阻計算的新方法，稱為降阻比法，其基本原理是在相同條件(如排量、管徑、管長相同)下，壓裂液摩阻與清水摩阻之比稱為降阻比，用公式表示為：―(△P)p ⑴(△Pf)w式中：(APf)/壓裂液摩阻，Mpa；ePf)w:清水摩阻，Mpa；8:降阻比系數(shù)，無單位。1.1清水摩阻計算從公式(1)可以看出，降阻比法要首先計算清水摩阻，且其值的準確性對壓裂液摩阻計算有較大的影響，水力學中伯拉休斯清水摩阻計算式：AP=7.779*106*Dt.75*Q1.75*L 小、1 (2)式中： △「：清水摩阻，Mpa；D：管柱內(nèi)徑，m；Q：施工排量Q：施工排量m3/s；L:管柱長度，m；用車古201井數(shù)據(jù)進行清水摩阻驗證，車古201井酸化施工管柱為①73mm光油管，下深4505m,施工前用20m3清水正洗井降溫，排量1.5m3/min，測得沿程管路摩阻為31Mpa，用公式(2)計算管柱摩阻值為30Mpa，計算值與實際值誤差3.2%。1.2壓裂液摩阻計算Lord和MC.Gowen研究認為，降阻比系數(shù)5是壓裂液平均流速v，稠化劑濃度C^和支撐劑濃度七的函數(shù)，即5=f(v,Cg,C)，通過對大量數(shù)據(jù)的線性回歸，提出了礦物條件下適用于HPG壓裂液體系的降阻比經(jīng)驗關系式：1 D2 D2 C 01198ln5=2.38-1.16*10-4—-0.285*10-4C?萬-0.16392而疏+0.234Cecs (3)未加砂時C^=0，將設計參數(shù)帶入式(3),即可求得壓裂液降阻比系數(shù)5，進而用式(1)計算壓裂液摩阻。根據(jù)式(1)，(2)，(3)對勝利油田部分壓裂施工井沿程管路摩阻進行計算，結果顯示最大誤差47.9%，最小誤差35.0%，計算摩阻值與實測值一致性較差，需要對計算方法進行改進。表1管柱摩阻實測值與計算值施工井號油層中深m施工排量M3/minCgKg/m3實測摩阻Mpa清水摩阻Mpa計算摩阻Mpa相對誤差%樊18-134873.156.015.030.59.41-37.3埕913-1221693.275.010.022.76.17-38.3牛37-131993.645.520.043.611.62-41.9萬3-730132.885.513.226.67.95-39.8義102-4431424.106.018.343.511.26-38.5純42-X1325923.836.014.833.39.13-38.3義102-4231784.105.520.152.413.07-35.0純42-x627412.595.510.516.65.47-47.9河125-630342.505.59.520.75.18-45.5河2-x830173.516.016.436.210.17-38.0埕913-x526684.005.519.541.310.74-44.9濱4-2015492.876.012.834.98.31-35.11.3壓裂液摩阻計算方法改進從本質(zhì)上講，降阻比是牛頓流體與非牛頓流體的不同流變特性在摩阻方面的表現(xiàn)，其值大小主要受物料來源、交聯(lián)特性兩方面的影響。目前勝利油田所用HPG壓裂液體系與國外存在著較大的差異。因此，認為計算摩阻值與實測摩阻值誤差較大的主要原因在于計算降阻比與目前所用HPG壓裂液體系實際降阻能力不符。為此，在不改變降阻比影響因素的情況下，以實測摩阻數(shù)據(jù)為基礎，通過改變式(3)的系數(shù)，對計算方法進行改進：TOC\o"1-5"\h\z、1 D2 -D2 ……、C-% ,、ln =X-X——-XC -——-0.1639ln— +XCecs (4)己 己 X4通過實測管柱摩阻數(shù)據(jù)，運用正交方法對公式(4)中未知系數(shù)進行計算，最終確定勝利油田所用HPG壓裂液體系降阻比計算式：ln-=1.4902-1.1525*10-4D--0.28194*10-4C-生-0.1639ln—C—5 Q gQ 0.119830.11983-3.015*10-4*Cs*eCg ⑸2、壓裂施工管柱摩阻計算實例以改進的摩阻計算方法為基礎，用VB語言編制管柱摩阻計算程序，應用該程序?qū)Ρ?1)管柱摩阻進行重新計算，計算結果顯示最大誤差8.9%，最小誤差0.1%，計算結果與實測結果一致性較高。表2管柱摩阻實測值與計算值施工井號實測摩阻Mpa清水摩阻Mpa阻降比5計算摩阻Mpa相對誤差%阻降比5計算摩阻Mpa相對誤差%改進前改進后樊18-115.030.50.309.41-37.30.5015.312.1埕913-1210.022.70.276.17-38.30.4410.010.1牛37-120.043.60.2711.62-41.90.4318.71-6.5萬3-713.226.60.307.95-39.80.4912.85-2.7義102-4418.343.50.2611.26-38.50.4318.531.3純42-X1314.833.30.279.13-38.30.4414.860.4義102-4220.152.40.2513.07-35.00.3920.552.2純42-x610.516.60.325.47-47.90.539.57-8.9河125-69.520.70.255.18-45.50.4910.025.5河2-x816.436.20.2810.17-38.00.4616.591.2埕913-x519.541.30.2610.74-44.90.4017.92-8.1濱4-2012.834.90.248.31-35.10.3913.525.63、結論及認識（1） 本文用現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對降阻比計算方法進行改進，得到了適合勝利油田現(xiàn)場壓裂施工管柱摩阻計算的新方法，適用于HPG壓裂液體系在油管注入方式下的壓裂液管柱摩阻計算。（2） 施工參數(shù)（排量，管柱結構，粉比等不同，降阻比系數(shù)變化范圍較大，表（2）各井降阻比變化范圍在0.39-0.53之間（3） 用VB語言編制了摩阻計算程序，可以用來在施工前進行地面施工壓力預測，也可用來在施工過程中進行井底壓力，凈壓力的計算分析。（4） 建議增加帶井下壓溫計施工井數(shù)量，以便獲得精確的管柱摩阻數(shù)據(jù)，不斷對管柱摩阻計算方法進行修正，提高計算精度。參考文獻袁恩熙.工程流體力學.北京：石油工業(yè)出版社，1996.3王鴻勛，張