深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法、计算机设备及可读存储介质与流程

1.本发明涉及深水高温高压水平井充填技术领域，更具体地，涉及深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法、计算机设备及可读存储介质。

背景技术：

2.随着钻井工艺及其它新技术的研究和发展，水平井技术已逐渐成为新油气田开发、老油气田挖潜、提高采收率的重要技术手段之一。水平井完井技术是水平井技术中的重要组成部分，由于水平井建井成本较高，人们总是希望水平井尽可能长期保持高产以获得较高的经济收益，砾石充填完井是达到这一目的的有效手段。与其它完井方式相比，水平井砾石充填具有能使油井长期保持高产、防止井壁坍塌保持井壁稳定、有效防止地层出砂以及允许放大生产压差以获得较高产能等优越性；尤其对于疏松砂岩易出砂油藏，砾石充填是水平井首选的完井方式。对于海洋深水深层油气的温变现象显著(深水低温—》深地高温)、高压低破裂以及中、高渗等极端开采情况，砾石充填施工面临极高的作业风险和关键技术难点：一方面，高孔高渗导致出砂量大，且高压低破裂现象导致施工区间狭窄；另一方面，温变现象显著(深水低温—》深地高温)导致充填液物性变化显著，造成充填摩阻、充填压力变化剧烈。为此，如何克服海洋深水水平井砾石充填的施工矛盾，实现高质量、有效充填，实现深水水平井砾石充填的最大可充填长度就成为海洋深水油气有效开发的关键技术问题。

技术实现要素：

3.本发明为提供深水高温高压水平井砾石充填模拟方法，旨在克服海洋深水水平井砾石充填的施工矛盾，实现高质量、有效充填，实现深水水平井砾石充填的最大可充填长度。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法，包括以下步骤：
5.s1：给定储层参数以及井身结构、冲管、筛管的尺寸参数；
6.s2：在给定的储层参数以及井身结构、冲管、筛管的尺寸参数基础上，选定需要优化设计的关键充填参数，所述填充参数包括：泵排量q
p
、携砂液密度ρf以及砾石密度ρ
p
；
7.s3：给定泵排量q
p
、携砂液密度ρf以及砾石密度ρ
p
的分析设计区间；
8.s4：根据泵排量q
p
的分析设计区间，将泵排量q
p
的分析设计区间分成n个离散的点值泵排量q
p
；根据携砂液密度ρf的分析设计区间，将携砂液密度ρf的分析设计区间分成m个离散的点值携砂液密度ρf；根据砾石密度ρ
p
的分析设计区间，将砾石密度ρ
p
的分析设计区间分成l个离散的点值砾石密度ρ
p
；
9.s5：将n个离散的点值泵排量q
p
、m个离散的点值携砂液密度ρf以及l个离散的点值砾石密度ρ
p
组合得到f个组合参数wi＝(q
p
，ρf，ρ
p
)，其中f为n、m与l三者的乘积，i＝1、2
……
f；
10.s6：对于第i个组合参数wi，计算搜索该组合参数下的最大可填充长度li；s7：重复步骤s6，得到f个组合参数wi分别对应的最大可填充长度l1、l2……
lf，从l1、l2……
lf获得水平井砾石充填的最大可充填长度l
max
。
11.优选地，所述步骤s6具体包括以下步骤：
12.s61：首先给定一个初始的水平井筒设计长度l0，给定水平井筒最大可充填长度的搜索步长δl；
13.s62：对于第i个组合参数wi，判断是否可完成长度为l0的水平井筒的充填，若能完成填充，则执行步骤s64，若不能完成填充，则执行步骤s64；
14.s63：增大水平井筒设计长度l0，并令l0＝l0+δl，再返回至步骤s62再进一步判断是否可完成增大后的长度为l0的水平井筒的充填；
15.s64：最后更新的且能满足填充的长度l0就是第i个组合参数的最大可充填长度，从而确定出第i个组合参数下，最大可充填长度li，并记录li＝l0。
16.优选地，在所述步骤s62中，判断是否能完成长度为l0的水平井筒的充填，具体判断条件包括：
17.(1)钻杆不堆砂：充填过程中，不会因为流速过低，而使得砾石堆积在钻杆底部，从而造成堵塞，而无法充填，充填过程钻杆不堆砂的实际流速条件为：
18.vm＞0.3048m/s
19.其中vm＝q
p
/a
up
，vm指实际流速，a
up
为α砂床上部过流面积；
20.(2)α正向充填阶段不提前砂堵的条件：平衡砂床逐渐形成并缓慢延伸，且需要求α充填平衡砂床能够到达水平井筒末端，不会发生提前堵塞，α正向充填不提前砂堵的条件为：
21.砂丘比hb/dw《0.8，(hb为平衡砂床高度,dw为井筒直径)
22.(3)充填阶段压力控制条件：充填过程中，α正向充填阶段的水平井筒跟部压力p
α
和β反向充填阶段的水平井筒跟部压力p
β
均不能超过地层破裂压力pf，否则将压破地层，无法完成充填，充填阶段压力控制条件为：
23.p
α
＜pf且p
β
＜pf24.其中，pf为储层破裂压力，为已知的储层参数，若可同时满足上述(1)-(3)的3个条件，则表明可完成l0长度的充填。
25.优选地，在所述步骤s3中：
26.泵排量q
p
分析设计区间为：5bpm-10bpm；
27.砾石密度ρ
p
分析设计区间为：1.25sg-2.5sg；
28.携砂液密度ρf分析设计区间为：1.6sg-1.7sg。
29.优选地，在所述步骤s4中，根据排量q
p
的分析设计区间，将排量泵q
p
的分析步长δq
p
设定为1bpm，则泵排量q
p
分析设计区间的离散的点值分别为[5bpm,6bpm,7bpm,8bpm,9bpm,10bpm]，共m＝6种取值。
[0030]
优选地，在所述步骤s4中，根据砾石密度ρ
p
分析设计区间，将砾石密度ρ
p
的分析步长δρ
p
设定为0.25sg，则砾石密度ρ
p
分析设计区间的离散的点值分别为[1.25sg,1.5sg,1.75sg,2.0sg,2.25sg,2.5sg]，共n＝6种取值。
[0031]
优选地，在所述步骤s4中，根据携砂液密度ρf分析设计区间，将携砂液密度ρf的分析步长δρf设定为0.5sg，则携砂液密度ρf分析设计区间的离散的点值分别为[1.6sg,1.65sg,1.7sg]，共l＝3种取值。
[0032]
优选地，在所述步骤s61中，l0＝10m，δl＝0.00125m。
[0033]
本发明另一方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
[0034]
本发明另一方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序，当所述程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述的方法的步骤。
[0035]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够通过对关键充填参数进行优化设计，在保证深水水平井砾石充填防砂的高质量、有效充填的基础上，实现深水水平井砾石充填的最大可充填长度，从而尽可能增大深水水平井的油气开采泄油面积，提高深水油气的开采效率，同时增强砾石充填技术在海洋深水长水平井防砂完井作业中的应用效果。
附图说明
[0036]
图1为本发明深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法的流程图。
具体实施方式
[0037]
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0038]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0039]
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
[0040]
实施例1
[0041]
如图1所示，深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法，包括以下步骤：
[0042]
s1：给定储层参数以及井身结构、冲管、筛管的尺寸参数；
[0043]
s2：在给定的储层参数以及井身结构、冲管、筛管的尺寸参数基础上，选定需要优化设计的关键充填参数，所述填充参数包括：泵排量q
p
、携砂液密度ρf以及砾石密度ρ
p
；
[0044]
s3：给定泵排量q
p
、携砂液密度ρf以及砾石密度ρ
p
的分析设计区间；
[0045]
s4：根据泵排量q
p
的分析设计区间，将泵排量q
p
的分析设计区间分成n个离散的点值泵排量q
p
；根据携砂液密度ρf的分析设计区间，将携砂液密度ρf的分析设计区间分成m个离散的点值携砂液密度ρf；根据砾石密度ρ
p
的分析设计区间，将砾石密度ρ
p
的分析设计区间分成l个离散的点值砾石密度ρ
p
；
[0046]
s5：将n个离散的点值泵排量q
p
、m个离散的点值携砂液密度ρf以及l个离散的点值砾石密度ρ
p
组合得到f个组合参数wi＝(q
p
，ρf，ρ
p
)，其中f为n、m与l三者的乘积，i＝1、2
……
f；
[0047]
s6：对于第i个组合参数wi，计算搜索该组合参数下的最大可填充长度li；s7：重复步骤s6，得到f个组合参数wi分别对应的最大可填充长度l1、l2……
lf，从l1、l2……
lf获得水平井砾石充填的最大可充填长度l
max
。
[0048]
在其中一个实施例中，所述步骤s6具体包括以下步骤：
[0049]
s61：首先给定一个初始的水平井筒设计长度l0，给定水平井筒最大可充填长度的搜索步长δl；
[0050]
s62：对于第i个组合参数wi，判断是否可完成长度为l0的水平井筒的充填，若能完成填充，则执行步骤s64，若不能完成填充，则执行步骤s64；
[0051]
s63：增大水平井筒设计长度l0，并令l0＝l0+δl，再返回至步骤s62再进一步判断是否可完成增大后的长度为l0的水平井筒的充填；
[0052]
s64：最后更新的且能满足填充的长度l0就是第i个组合参数的最大可充填长度，从而确定出第i个组合参数下，最大可充填长度li，并记录li＝l0。
[0053]
在其中一个实施例中，在所述步骤s62中，判断是否能完成长度为l0的水平井筒的充填，具体判断条件包括：
[0054]
(1)钻杆不堆砂：充填过程中，不会因为流速过低，而使得砾石堆积在钻杆底部，从而造成堵塞，而无法充填，充填过程钻杆不堆砂的实际流速条件为：
[0055]
vm＞0.3048m/s
[0056]
其中vm＝q
p
/a
up
，vm指实际流速，a
up
为α砂床上部过流面积；
[0057]
(2)α正向充填阶段不提前砂堵的条件：平衡砂床逐渐形成并缓慢延伸，且需要求α充填平衡砂床能够到达水平井筒末端，不会发生提前堵塞，α正向充填不提前砂堵的条件为：
[0058]
砂丘比hb/dw《0.8，(hb为平衡砂床高度,dw为井筒直径)
[0059]
(3)充填阶段压力控制条件：充填过程中，α正向充填阶段的水平井筒跟部压力p
α
和β反向充填阶段的水平井筒跟部压力p
β
均不能超过地层破裂压力pf，否则将压破地层，无法完成充填，充填阶段压力控制条件为：
[0060]
p
α
＜pf且p
β
＜pf[0061]
在本实施例中，α正向充填阶段的水平井筒内摩阻计算模型，其为：
[0062][0063]
其中，l
α
(t)为t时间α波动前沿距离；d
h.up
和d
h.an
分别表示α砂床上部和井筒环空的水力直径；a
up
为α砂床上部过流面积；q
p
为泵排量；
[0064]
β反向充填阶段的水平井筒内摩阻损失模型，其为：
[0065][0066]
其中，δp
oh.β
为β反向充填阶段井筒摩擦压降；l
β
(t)为t时间β反向充填阶段前沿距离；d
int.scr
和d
ext.wp
分别表示筛管内径和冲管外径。给定充填回流压力为地面标准大气压p0，根据得到的α正向充填阶段的水平井筒内摩阻计算模型，得到α正向充填阶段的水平井筒跟部压力p
α
＝p0+δp
oh.α
，根据β反向充填阶段的水平井筒内摩阻损失模型，得到β反向充填阶段的水平井筒跟部压力p
β
＝p0+δp
oh.β
。
[0067]
在其中一个实施例中，pf为储层破裂压力，为已知的储层参数，若可同时满足上述(1)-(3)的3个条件，则表明可完成l0长度的充填。
[0068]
在其中一个实施例中，在所述步骤s3中：
[0069]
泵排量q
p
分析设计区间为：5bpm-10bpm；
[0070]
砾石密度ρ
p
分析设计区间为：1.25sg-2.5sg；
[0071]
携砂液密度ρf分析设计区间为：1.6sg-1.7sg。
[0072]
在其中一个实施例中，在所述步骤s4中，根据排量q
p
的分析设计区间，将排量泵q
p
的分析步长δq
p
设定为1bpm，则泵排量q
p
分析设计区间的离散的点值分别为[5bpm,6bpm,7bpm,8bpm,9bpm,10bpm]，共m＝6种取值。
[0073]
在其中一个实施例中，在所述步骤s4中，根据砾石密度ρ
p
分析设计区间，将砾石密度ρ
p
的分析步长δρ
p
设定为0.25sg，则砾石密度ρ
p
分析设计区间的离散的点值分别为[1.25sg,1.5sg,1.75sg,2.0sg,2.25sg,2.5sg]，共n＝6种取值。
[0074]
在其中一个实施例中，在所述步骤s4中，根据携砂液密度ρf分析设计区间，将携砂液密度ρf的分析步长δρf设定为0.5sg，则携砂液密度ρf分析设计区间的离散的点值分别为[1.6sg,1.65sg,1.7sg]，共l＝3种取值。
[0075]
在其中一个实施例中，由于m＝6，n＝6，l＝3，f＝108，对于排量q
p
、砾石密度ρ
p
以及携砂液密度ρf这三个参数，根据各自分析设计区间内的离散取值，共组合得到108种参数组合。对于第i个组合参数，计算搜索获该组合参数下的最大可充填长度li，i＝1
…
108。
[0076]
在其中一个实施例中，在所述步骤s61中，l0＝10m，δl＝0.00125m。
[0077]
在其中一个实施例中，具体的最大可充填长度设计与预测结果如下：
[0078]
(1)破裂压力安全余量设为0psi，结果如表1。
[0079]
表1
[0080][0081]
(2)破裂压力安全余量设为50psi，结果如表2。
[0082]
表2
[0083][0084]
(3)破裂压力安全余量设为100psi，结果如表3。
[0085]
表3
[0086][0087]
实施例2
[0088]
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例1中所述方法的步骤。
[0089]
实施例3
[0090]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序，当所述程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如实施例1中所述的方法的步骤。
[0091]
在其中一个实施例中，处理器执行如实施例1中所述的方法的步骤如下：
[0092]
s1：给定储层参数以及井身结构、冲管、筛管的尺寸参数；
[0093]
s2：在给定的储层参数以及井身结构、冲管、筛管的尺寸参数基础上，选定需要优化设计的关键充填参数，所述填充参数包括：泵排量q
p
、携砂液密度ρf以及砾石密度ρ
p
；
[0094]
s3：给定泵排量q
p
、携砂液密度ρf以及砾石密度ρ
p
的分析设计区间；
[0095]
s4：根据泵排量q
p
的分析设计区间，将泵排量q
p
的分析设计区间分成n个离散的点值泵排量q
p
；根据携砂液密度ρf的分析设计区间，将携砂液密度ρf的分析设计区间分成m个离散的点值携砂液密度ρf；根据砾石密度ρ
p
的分析设计区间，将砾石密度ρ
p
的分析设计区间分成l个离散的点值砾石密度ρ
p
；
[0096]
s5：将n个离散的点值泵排量q
p
、m个离散的点值携砂液密度ρf以及l个离散的点值砾石密度ρ
p
组合得到f个组合参数wi＝(q
p
，ρf，ρ
p
)，其中f为n、m与l三者的乘积，i＝1、2
……
f；
[0097]
s6：对于第i个组合参数wi，计算搜索该组合参数下的最大可填充长度li；
[0098]
s7：重复步骤s6，得到f个组合参数wi分别对应的最大可填充长度l1、l2……
lf，从l1、l2……
lf获得水平井砾石充填的最大可充填长度l
max
。
[0099]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：

1.深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：给定储层参数以及井身结构、冲管、筛管的尺寸参数；s2：在给定的储层参数以及井身结构、冲管、筛管的尺寸参数基础上，选定需要优化设计的关键充填参数，所述填充参数包括：泵排量q
p
、携砂液密度ρ
f
以及砾石密度ρ
p
；s3：给定泵排量q
p
、携砂液密度ρ
f
以及砾石密度ρ
p
的分析设计区间；s4：根据泵排量q
p
的分析设计区间，将泵排量q
p
的分析设计区间分成n个离散的点值泵排量q
p
；根据携砂液密度ρ
f
的分析设计区间，将携砂液密度ρ
f
的分析设计区间分成m个离散的点值携砂液密度ρ
f
；根据砾石密度ρ
p
的分析设计区间，将砾石密度ρ
p
的分析设计区间分成l个离散的点值砾石密度ρ
p
；s5：将n个离散的点值泵排量q
p
、m个离散的点值携砂液密度ρ
f
以及l个离散的点值砾石密度ρ
p
组合得到f个组合参数w
i
＝(q
p
，ρ
f
，ρ
p
)，其中f为n、m与l三者的乘积，i＝1、2
……
f；s6：对于第i个组合参数w
i
，计算搜索该组合参数下的最大可填充长度l
i
；s7：重复步骤s6，得到f个组合参数w
i
分别对应的最大可填充长度l1、l2……
l
f
，从l1、l2……
l
f
获得水平井砾石充填的最大可充填长度l
max
。2.根据权利要求1所述的深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法，其特征在于，所述步骤s6具体包括以下步骤：s61：首先给定一个初始的水平井筒设计长度l0，给定水平井筒最大可充填长度的搜索步长δl；s62：对于第i个组合参数w
i
，判断是否可完成长度为l0的水平井筒的充填，若能完成填充，则执行步骤s64，若不能完成填充，则执行步骤s64；s63：增大水平井筒设计长度l0，并令l0＝l0+δl，再返回至步骤s62再进一步判断是否可完成增大后的长度为l0的水平井筒的充填；s64：最后更新的且能满足填充的长度l0就是第i个组合参数的最大可充填长度，从而确定出第i个组合参数下，最大可充填长度l
i
，并记录l
i
＝l0。3.根据权利要求2所述的深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法，其特征在于，在所述步骤s62中，判断是否能完成长度为l0的水平井筒的充填，具体判断条件包括：(1)钻杆不堆砂：充填过程中，不会因为流速过低，而使得砾石堆积在钻杆底部，从而造成堵塞，而无法充填，充填过程钻杆不堆砂的实际流速条件为：v
m
＞0.3048m/s其中v
m
＝q
p
/a
up
，v
m
指实际流速，a
up
为α砂床上部过流面积；(2)α正向充填阶段不提前砂堵的条件：平衡砂床逐渐形成并缓慢延伸，且需要求α充填平衡砂床能够到达水平井筒末端，不会发生提前堵塞，α正向充填不提前砂堵的条件为：砂丘比h
b
/d
w
＜0.8，(h
b
为平衡砂床高度，d
w
为井筒直径)(3)充填阶段压力控制条件：充填过程中，α正向充填阶段的水平井筒跟部压力p
α
和β反向充填阶段的水平井筒跟部压力p
β
均不能超过地层破裂压力p
f
，否则将压破地层，无法完成充填，充填阶段压力控制条件为：p
α
＜p
f
且p
β
＜p
f
其中，p
f
为储层破裂压力，为已知的储层参数，若可同时满足上述(1)-(3)的3个条件，则表明可完成l0长度的充填。
4.根据权利要求1至3任一项所述的深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法，其特征在于，在所述步骤s3中：泵排量q
p
分析设计区间为：5bpm-10bpm；砾石密度ρ
p
分析设计区间为：1.25sg-2.5sg；携砂液密度ρ
f
分析设计区间为：1.6sg-1.7sg。5.根据权利要求4所述的深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法，其特征在于，在所述步骤s4中，根据排量q
p
的分析设计区间，将排量泵q
p
的分析步长δq
p
设定为1bpm，则泵排量q
p
分析设计区间的离散的点值分别为[5bpm，6bpm，7bpm，8bpm，9bpm，10bpm]，共m＝6种取值。6.根据权利要求5所述的深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法，其特征在于，在所述步骤s4中，根据砾石密度ρ
p
分析设计区间，将砾石密度ρ
p
的分析步长δρ
p
设定为0.25sg，则砾石密度ρ
p
分析设计区间的离散的点值分别为[1.25sg，1.5sg，1.75sg，2.0sg，2.25sg，2.5sg]，共n＝6种取值。7.根据权利要求6所述的深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法，其特征在于，在所述步骤s4中，根据携砂液密度ρ
f
分析设计区间，将携砂液密度ρ
f
的分析步长δρ
f
设定为0.5sg，则携砂液密度ρ
f
分析设计区间的离散的点值分别为[1.6sg，1.65sg，1.7sg]，共l＝3种取值。8.根据权利要求2所述的深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法，其特征在于，在所述步骤s61中，l0＝10m，δl＝0.00125m。9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8任一项所述方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有程序，当所述程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至8任一项所述的方法的步骤。

技术总结

本发明公开深水水平井砾石充填最大可充填长度设计方法，包括给定泵排量Q

技术研发人员：

刘书杰 蒋东雷 孟文波 余意 刁欢 王恒 王应好 肖谭 曾春珉 邹鹏 彭昊 杨超 王瑞华 曹仰康 伍子登

受保护的技术使用者：

中海石油（中国）有限公司海南分公司 中海石油（中国）有限公司湛江分公司

技术研发日：

2022.08.09

技术公布日：

2022/11/2