延長油田雙S壓裂監(jiān)控軟件砂比、砂量計算公式的制定及應(yīng)用

劉明輝，薛 利，呼延源，焦 雄

(延長油田 井下作業(yè)工程公司，陜西 延安 716000)

2009年初，美國雙S公司生產(chǎn)的兩套2000型壓裂機(jī)組在井下作業(yè)工程公司投入使用。在進(jìn)行調(diào)試階段，設(shè)備的先進(jìn)性能在壓裂施工中得到了體現(xiàn)，但是雙S壓裂監(jiān)控軟件(AccuFrac PC)(以下簡稱軟件)其部分參數(shù)的測量并不適合延長油田各采油廠的壓裂施工設(shè)計要求。

1 存在問題

延長油田各采油廠的施工設(shè)計是砂液比，即支撐劑的砂堆體積與攜砂液體積之比(SY/T5289－2008)，雙S壓裂監(jiān)控軟件只能顯示混合液的密度，沒有砂液比項顯示，而且軟件累計砂量與實際加砂量存在較大的誤差，其監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)不到施工設(shè)計的要求。因此，我們必須來解決這些問題。

2 解決問題方法的提出

軟件測量的基本參數(shù)如排量、壓力、密度、絞龍轉(zhuǎn)速等，是可以直接采集到的，而雙S監(jiān)控軟件提供了“數(shù)學(xué)通道”供用戶自定義進(jìn)行設(shè)置，因此我們只要能制定出新的計算方法，通過測量到的基本參數(shù)，應(yīng)用數(shù)學(xué)計算方法，可以得到正確的砂比及累計砂量顯示。

3 新計算方法的制定

3.1 砂比計算公式的制定

設(shè)有一定體積的砂(V砂)與攜砂液(V液)，混合后砂子在水中的體積為0.62 V砂(0.62為水砂系數(shù)，等于砂的體積密度/顆粒密度)。則混合液的體積為:0.62 V砂+V液，設(shè)混合液密度為ρ(可由密度計測得)，則由質(zhì)量守恒定律可得:

式中砂為蘭州石英砂:體積密度1.63 g/cm3，顆粒密度2.65 g/cm3，攜砂液密度1.02 g/cm3則 V砂/V液=(ρ －1.02)/(1.63 －0.62ρ)［2］即 砂比 =(ρ－1.02)/(1.63－0.62ρ)×100%［3］

3.2 砂量計算公式的制定

3.2.1 通過絞龍轉(zhuǎn)速計算砂量

軟件提供了一個total()函數(shù)，可以計算出測量實時量在一定時間內(nèi)的累積量。在此我們提出一個即時砂量的概念，即為實時排出的砂量，計算公式如下:

式中絞龍轉(zhuǎn)速為絞龍1和絞龍2轉(zhuǎn)速的和。

我們可以對其進(jìn)行累計得到總砂量，total(即時砂量)即為總的累計砂量。雙S公司測試的絞龍輸砂量為0.01 m3/轉(zhuǎn)。

累計砂量 =Total(即時砂量)/60［5］。

式中60:total()函數(shù)要求用其除以60將單位換算為分鐘。

但是通過絞龍轉(zhuǎn)速計算砂量存在一個問題，就是絞龍空轉(zhuǎn)時，砂量也進(jìn)行累計，此時就要求混砂車操作人員在絞龍空轉(zhuǎn)時，停止其轉(zhuǎn)速。因此我們決定再通過另一種方法即密度計測量的密度進(jìn)行砂量計算。

3.2.2 通過密度計測量計算砂量

式(2)分母同時加上0.62倍的分子，可變?yōu)?/p>

式中V砂/(V液+0.62V砂)即為混合液中的含砂量。

即時砂量=V砂/(V液+0.62V砂)×排量［7］，

即時砂量 =(ρ－1.02)/((1.63－0.62ρ)+0.62(ρ －1.02)) × 排量［8］，

累計砂量 =Total(即時砂量)/60［9］。

3.3 混砂車砂比的精確控制

綜合式(4)、式(8)可得:

綜合式(2)、式(10)可得:

我們過去的砂比控制是利用經(jīng)驗值控制混砂車的轉(zhuǎn)速，然后通過密度計測量得到實際砂比，如果達(dá)不到施工設(shè)計砂比，則反饋給混砂車，再進(jìn)行絞龍轉(zhuǎn)速大小的調(diào)節(jié)，因此施工中砂比誤差較大，式(11)的價值在于當(dāng)知道設(shè)計的砂比和排量后，可以直接計算出混砂車絞龍需要達(dá)到的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到了精確控制砂比的目的。

4 現(xiàn)場應(yīng)用及誤差分析

4.1 砂量準(zhǔn)確性驗證及誤差分析

公式設(shè)定后，我們跟蹤現(xiàn)場施工，進(jìn)行實際驗證。我們的誤差計算方法為:│累積砂量－設(shè)計砂量│/設(shè)計砂量×100%，誤差要小于5%(SY/T5298－2008)。表1是延長油田某采油廠5口井的現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)對比。

表1 某采油廠5口井的現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)對比

問題分析:

①密度計累計砂量誤差均在5%以下。

②3007－3井存在砂子較濕的問題，故絞龍輸砂效率較低，累計砂量較高。

③絞龍輸砂量誤差較大，均偏高，是絞龍輸砂效率的問題，即絞龍的輸砂量少于0.01m3/轉(zhuǎn)，綜合4口井的累計砂量分析，通過計算，我們確定絞龍輸砂量為0.0095m3/轉(zhuǎn)，相當(dāng)于砂量公式變?yōu)?

校正后重新現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)驗證，表2是延長油田某采油廠4口井的現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)對比。

表2 延長油田某采油廠4口井的現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)對比

誤差均在5%以下，達(dá)到我們的目的。

4.2 砂比準(zhǔn)確性驗證

密度計的砂量計算公式是通過砂比計算公式得來的，而砂量計算公式中的排量因子，在施工中的測量值是非常準(zhǔn)確的，因此，砂比的誤差與砂量的誤差是相同的。

5 結(jié)束語

雙S壓裂監(jiān)控軟件制定的砂比，砂量計算公式經(jīng)過現(xiàn)場測試證明，能準(zhǔn)確反映施工過程中的砂比、砂量。達(dá)到了我們最初的目的。總結(jié)起來有以下幾點:

第一、混砂車操作工得到指揮的指令是絞龍轉(zhuǎn)速調(diào)到多少轉(zhuǎn)，而不是模糊的砂比調(diào)到多少的指令。混砂車砂比的誤差能嚴(yán)格控制在3%左右。極大的提高了設(shè)計符合率。

第二、砂比的準(zhǔn)確控制，使指揮能更準(zhǔn)確的掌握實際砂比，提高壓裂施工成功率和加砂完成率。

第三、經(jīng)過實踐修改后的砂比、砂量計算公式，將采集數(shù)據(jù)的誤差控制在3%左右，提高了壓裂施工資料的準(zhǔn)確性，為以后的產(chǎn)能分析提供了更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

第四、本公式適用于各種支撐劑，只需要將公式中與砂密度相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行更換即可。

［1］采油技術(shù)手冊(修訂本).第九分冊壓裂酸化工藝技術(shù)［M］.525.

［2］油氣水井壓裂設(shè)計與施工效果評估方法(SY/T5298－2008).1 －2，4.

［3］Accu Frac PC混砂自動控制操作手冊.45－48.