一种水平井泵送射孔临界排量控制分析方法、系统及终端

1.本发明涉及油气田开发技术领域，更具体地说，它涉及一种水平井泵送射孔临界排量控制分析方法、系统及终端。


背景技术：

2.页岩气、页岩油、致密油和致密气等非常规油气通常采用水平井加分段压裂技术开发，开发井均采用射孔完井，射孔时第一段采用连续油管射孔，其他各段均采用泵送射孔技术。
3.目前，泵送时泵送排量的精确度对于射孔枪串的运动可靠性来说至关重要，排量小则泵送液推不动射孔枪串或者枪串速度越来越小直到停止前进，排量过大则使枪串加速前行甚至拖断电缆引起井下事故。目前，传统的泵送排量是工作人员依据以往经验进行主观操作的，随着自动化、智能化控制技术的不断发展，现有技术中公开了有关于泵送射孔排量模型的相关内容，例如公告号为cn111680419a的中国专利。然而，现有的泵送射孔排量模型在实际应用时没有考虑到射孔枪串整体构造对泵送排量的影响，而且射孔枪串在实际运动时的倾斜角度并非静止不变的，导致射孔枪串在流体力学、其他环境条件影响下出现偏差频次较高，一方面难以保证射孔枪串在水平段相对稳定的均匀前进，另一方面现有的泵送射孔排量模型设计复杂，纠偏计算量大，难以实现快速响应控制。
4.因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的水平井泵送射孔临界排量控制分析方法、系统及终端是我们目前急需解决的问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种水平井泵送射孔临界排量控制分析方法、系统及终端，综合考虑套管尺寸、泵送液的性质和射孔枪串形状的影响，能够快速、准确计算所需的最小泵送排量，即临界泵送排量，有效保证了射孔枪串在水平段相对稳定的均匀前进。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.第一方面，提供了一种水平井泵送射孔临界排量控制分析方法，包括以下步骤：
8.获取水平井参数、射孔枪串参数和泵送液参数；
9.依据水平井参数、射孔枪串参数和泵送液参数进行受力平衡分析后建立临界排量模型；
10.采集射孔枪串的倾斜角度和实时泵送排量；
11.将射孔枪串的倾斜角度输入到临界排量模型后计算得到临界泵送排量；
12.依据实时泵送排量和临界泵送排量生成控制射孔枪串排量的调控策略。
13.进一步的，所述临界排量模型为不考虑枪串浮力的第一模型。
14.进一步的，所述第一模型的计算公式具体为：
[0015][0016]
其中，q
min
表示临界泵送排量，m3/min；μ表示动摩擦系数，无因次；m表示射孔枪串的质量，kg；g表示重力加速度数，取值9.8n/kg；ρ表示泵送液的密度，kg/m3；d
p
表示加重杆、定位器、射孔枪外径，mm；dc表示电缆头外径，mm；d表示套管内径，mm；db表示桥塞外径，mm；d
bt
表示桥塞工具外径，mm；θ表示射孔枪串轴线与水平井轴线之间的倾斜夹角，
°
。
[0017]
进一步的，所述临界排量模型为考虑枪串浮力的第二模型。
[0018]
进一步的，所述第二模型的计算公式具体为：
[0019][0020]
其中，q
min
表示临界泵送排量，m3/min；μ表示动摩擦系数，无因次；m表示射孔枪串的质量，kg；g表示重力加速度数，取值9.8n/kg；ρ表示泵送液的密度，kg/m3；d
p
表示加重杆、定位器、射孔枪外径，mm；dc表示电缆头外径，mm；d表示套管内径，mm；db表示桥塞外径，mm；d
bt
表示桥塞工具外径，mm；θ表示射孔枪串轴线与水平井轴线之间的倾斜夹角，
°
；v表示射孔枪串的排液体积，m3。
[0021]
进一步的，所述调控策略的生成过程具体为：
[0022]
根据实时泵送排量和临界泵送排量计算得到排量差值；
[0023]
若排量差值超过阈值时，则生成将实时泵送排量调整至临界泵送排量的调控策略。
[0024]
进一步的，所述射孔枪串的倾斜角度通过传感器组进行采集，传感器组为三轴加速度传感器、振动传感器、倾斜传感器、陀螺仪和三轴磁场传感器中的任意组合。
[0025]
第二方面，提供了一种水平井泵送射孔临界排量控制分析系统，包括：
[0026]
参数获取模块，用于获取水平井参数、射孔枪串参数和泵送液参数；
[0027]
模型构建模块，用于依据水平井参数、射孔枪串参数和泵送液参数进行受力平衡分析后建立临界排量模型；
[0028]
数据采集模块，用于采集射孔枪串的倾斜角度和实时泵送排量；
[0029]
数据计算模块，用于将射孔枪串的倾斜角度输入到临界排量模型后计算得到临界泵送排量；
[0030]
策略生成模块，用于依据实时泵送排量和临界泵送排量生成控制射孔枪串排量的调控策略。
[0031]
第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的一种水平井泵送射孔临界排量控制分析方法。
[0032]
第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的一种水平井泵送射孔临界排量控制分析方法。
[0033]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0034]
1、本发明提出的一种水平井泵送射孔临界排量控制分析方法，综合考虑套管尺寸、泵送液的性质和射孔枪串形状的影响，能够快速、准确计算所需的最小泵送排量，即临界泵送排量，有效保证了射孔枪串在水平段相对稳定的均匀前进，同时降低了偏差调整偏差和计算量；
[0035]
2、本发明提出了不考虑枪串浮力的第一模型以及考虑枪串浮力的第二模型，既可以根据应用实际情况需求灵活选择不同的临界排量模型，也可以依据偏差调整频率情况在第一模型、第二模型自动切换，整体的灵活性和适应性更强。
附图说明
[0036]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0037]
图1是本发明实施例中射孔枪串的结构示意图；
[0038]
图2是本发明实施例中射孔枪串的受力分析示意图；
[0039]
图3是本发明实施例中的流程图；
[0040]
图4是本发明实施例中的系统框图。
具体实施方式
[0041]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0042]
实施例1：一种水平井泵送射孔临界排量控制分析方法，如图3所示，包括以下步骤：
[0043]
s1：获取水平井参数、射孔枪串参数和泵送液参数；
[0044]
s2：依据水平井参数、射孔枪串参数和泵送液参数进行受力平衡分析后建立临界排量模型；
[0045]
s3：采集射孔枪串的倾斜角度和实时泵送排量；
[0046]
s4：将射孔枪串的倾斜角度输入到临界排量模型后计算得到临界泵送排量；
[0047]
s5：依据实时泵送排量和临界泵送排量生成控制射孔枪串排量的调控策略。
[0048]
本发明综合考虑套管尺寸、泵送液的性质和射孔枪串形状的影响，能够快速、准确计算所需的最小泵送排量，即临界泵送排量，有效保证了射孔枪串在水平段相对稳定的均匀前进，同时降低了偏差调整偏差和计算量。
[0049]
需要说明的是，为了保证排量控制的可靠性，水平井参数、射孔枪串参数和泵送液参数的获取可以通过传感器以定时启动方式进行实时采集，然后依据实时采集的信息动态更新临界排量模型，其实时采集的频率依据实际应用环境进行设置。
[0050]
作为一种可选的实施方式，临界排量模型为不考虑枪串浮力的第一模型。
[0051]
其中，第一模型的计算公式具体为：
[0052][0053]
其中，q
min
表示临界泵送排量，m3/min；μ表示动摩擦系数，无因次；m表示射孔枪串的质量，kg；g表示重力加速度数，取值9.8n/kg；ρ表示泵送液的密度，kg/m3；d
p
表示加重杆、定位器、射孔枪外径，mm；dc表示电缆头外径，mm；d表示套管内径，mm；db表示桥塞外径，mm；d
bt
表示桥塞工具外径，mm；θ表示射孔枪串轴线与水平井轴线之间的倾斜夹角，
°
。
[0054]
作为另一种可选的实施方式，临界排量模型为考虑枪串浮力的第二模型。
[0055]
其中，第二模型的计算公式具体为：
[0056][0057]
其中，q
min
表示临界泵送排量，m3/min；μ表示动摩擦系数，无因次；m表示射孔枪串的质量，kg；g表示重力加速度数，取值9.8n/kg；ρ表示泵送液的密度，kg/m3；d
p
表示加重杆、定位器、射孔枪外径，mm；dc表示电缆头外径，mm；d表示套管内径，mm；db表示桥塞外径，mm；d
bt
表示桥塞工具外径，mm；θ表示射孔枪串轴线与水平井轴线之间的倾斜夹角，
°
；v表示射孔枪串的排液体积，m3。
[0058]
不考虑本发明既可以根据应用实际情况需求灵活选择不同的临界排量模型，也可以依据偏差调整频率情况在第一模型、第二模型自动切换，整体的灵活性和适应性更强。
[0059]
调控策略的生成过程具体为：根据实时泵送排量和临界泵送排量计算得到排量差值；若排量差值超过阈值时，则生成将实时泵送排量调整至临界泵送排量的调控策略。
[0060]
在本实施例中，射孔枪串的倾斜角度通过传感器组进行采集，传感器组为三轴加速度传感器、振动传感器、倾斜传感器、陀螺仪和三轴磁场传感器中的任意组合。而实时泵送排量可以从控制泵的控制器采集得到，也可以采用流量计等传感器直接采集得到。
[0061]
如图1与图2所示，水平井泵送射孔工艺采用电缆传输射孔枪，射孔枪串主要由电缆头、加重杆、磁性定位器、射孔枪、桥塞工具和桥塞组成。图1中标记为1的一段为电缆头，标记为2的一段为加重杆、磁性定位器和射孔枪，标记为3的一段为桥塞工具，标记为4的一段为桥塞。
[0062]
现以一具体应用进行说明，水平井采用4.5
″
套管完井，套管内径97mm，采用φ73mm射孔枪射孔，枪串长度7m，总重100kg。电缆头外径40m，电缆头长度0.4m；射孔枪(含加重杆和磁性定位器)外径73mm，长度4m；桥塞工具外径70mm，长度1.8m；桥塞外径86mm，长度0.8m。采用密度为1000kg/m3的液体泵送，枪串与套管之间的摩擦系数取0.2，不考虑枪串的浮力，计算出的最小泵送排量为1.7m3/min。如果采用长为10m、质量为150kg的枪串，计算出的最小泵送排量为2.12m3/min。
[0063]
实施例2：一种水平井泵送射孔临界排量控制分析系统，如图4所示，包括参数获取模块、模型构建模块、数据采集模块、数据计算模块和策略生成模块。
[0064]
其中，参数获取模块，用于获取水平井参数、射孔枪串参数和泵送液参数；模型构建模块，用于依据水平井参数、射孔枪串参数和泵送液参数进行受力平衡分析后建立临界
排量模型；数据采集模块，用于采集射孔枪串的倾斜角度和实时泵送排量；数据计算模块，用于将射孔枪串的倾斜角度输入到临界排量模型后计算得到临界泵送排量；策略生成模块，用于依据实时泵送排量和临界泵送排量生成控制射孔枪串排量的调控策略。
[0065]
工作原理：本发明综合考虑套管尺寸、泵送液的性质和射孔枪串形状的影响，能够快速、准确计算所需的最小泵送排量，即临界泵送排量，有效保证了射孔枪串在水平段相对稳定的均匀前进，同时降低了偏差调整偏差和计算量。
[0066]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0067]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0068]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0069]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0070]
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。