低滲透油藏壓裂返排求產工藝參數研究

王大江（中石化江漢油田分公司石油工程技術研究院，湖北武漢 430035）

低滲透油藏壓裂返排求產工藝參數研究

王大江
（中石化江漢油田分公司石油工程技術研究院，湖北武漢 430035）

壓裂返排是低滲油氣藏水力壓裂增產施工中的重要環節。現場返排制度大多仍靠經驗確定，缺少科學依據。通過研究普通砂巖返排模型，確定了壓裂后的壓裂液最佳返排速度及時機，建立了不同井口壓力條件下的放噴制度，形成了較為完善的壓后返排參數優化及助排技術選擇，可以有效地提高壓裂工藝效果。

壓裂返排；油嘴直徑；助排工藝；壓后求產

1　前言

低滲透油藏往往自然產能差，必須進行水力壓裂改造才能形成有效產能。隨著低滲、特低滲透油氣儲量的不斷發現，特別是近年來致密油氣、頁巖油氣的開發，水力壓裂措施改造在油氣資源的勘探開發上起著越來越重大的作用。水力壓裂的目的是為了在低滲儲層中獲得高導流能力的裂縫以提高油氣在儲層中的滲流能力，工程技術人員希望使支撐劑在裂縫內獲得較好的鋪置使裂縫具有較高的導流能力，這就需要通過對壓裂溶返排流速的控制來實現，但在現場施工時由于沒有選擇合理的時機、正確的返排工藝以及優化的參數對支撐劑的回流進行控制，往往會導致大量的支撐劑回流到井筒，影響了支撐劑在儲層內的鋪置，從而影響裂縫導流能力。

壓后合理的排溶方式及求產工作制度是保證理想壓裂效果的必要條件。因此，為了充分發揮壓裂增產潛力，必須對其進行完善配套。壓后合理返排的主要目的是在不破壞巖層結構及保證入井的支撐劑不回流的前提下，盡量減少壓裂溶對地層的傷害。近十年來，國外先后提出了小排量返排、強化返排、反向脫砂等三種有代表性的理論觀點；國內則是通常先擴散壓力，待裂縫閉合后，采用小油嘴控制放噴的方式，做法類似控制小排量返排工藝，但與小排量返排工藝不同，不經過擴散壓力，而以小油嘴直接返排。

2　控制油嘴自噴排液

2.1油嘴壓力損耗

油嘴的壓力損耗是壓裂溶流過油嘴以后壓力降低的值。

圖1　返排壓裂液過油嘴示意圖

圖2　壓裂液返排過程示意圖

在壓裂溶流過油嘴前取一點A，在壓裂溶流過油嘴后取一點B，點A和點B處壓裂溶的壓力和速度分別為PA，vA和PA，vB，油嘴的高度為H0，壓裂溶流過油嘴后損失的水頭為hjm，如圖1所示。根據水力學原理，可以寫出點A，點B處的能量方程式如下：

其中：γ0為重度，g為重力加速度。

由于H0很小可以忽略不計，在油嘴控制放噴時，vB遠大于vA，式（1）于是可簡化為：

其中：Q為排溶量；ρ為壓裂溶密度；Cm為油嘴的流量系數；AB為油嘴出口截面積。

由式（5）可以看出，流量系數Cm越大，油嘴阻力越小，能量損失越少。

以往壓裂現場油嘴入口均為直角，這種油嘴的流量系數Cm較小，流體通過油嘴時的水力壓頭損失較大，地層流體的一部分能量在克服油嘴阻力時被消耗，對于低滲透油藏的壓裂溶迅速高效返排是不利的。

2.2放噴參數優選

對于壓后前期，壓裂溶的返排屬于穩定泄流，其流量由式（6）確定：

對于返排后期，壓裂溶的返排屬于不穩定滲流，設在微小時段dt內，裂縫內的壓裂溶下降了dH的高度，令泄流面積為S，如圖2所示，則有

表示隨著時間t增加，裂縫高度H降低，逐漸閉合；在微小時段dt內的流動是穩定的，將式（6）代入式（7），則可求取裂縫閉合所需時間T

積分結果為：

從開始放噴到地層閉合這段時間內，地層返排出的溶體體積

將式（9）代入式（10），可得

由此可以看出，放噴油嘴直徑越小，地層閉合所需時間越長，地層返排壓裂溶量越多。

當地層達到閉合壓力時，地層供給能量基本衰竭，改用大油嘴或敞口放噴，把剩余的壓裂溶噴出來，減少壓裂溶向地層漏失。

3　各類壓后助排工藝

3.1二氧化碳助排

二氧化碳壓裂助排可以根據儲層特點及增產要求采取預注二氧化碳、段塞注入二氧化碳、全程注入二氧化碳幾種方式。其壓后助排的機理都是：①溶態二氧化碳在進入井筒或儲層達到臨界溫度31℃后氣化形成泡沫，從而使得溶柱壓力降低；②二氧化碳溶于水后形成弱酸性環境，可以在一定程度上溶解地層膠結物，改善儲層滲透率，提高返排速率。

3.2氮氣助排

氮氣壓縮比高，在壓裂施工過程中溶氮隨壓裂溶沿著裂縫進入儲層，壓后放噴時，溶氮膨脹氣化與壓裂溶混合，可以有效降低井筒溶柱壓力，實現助排的目的，同時，氮氣助排還可以有效地攜砂，減小對儲層的傷害。

4　壓后求產工藝參數優選

對于壓裂之后可以自噴的井，往往考慮根據油壓及返排出的壓裂溶的性質、體積進行油嘴直徑的調整，目的是實現壓裂溶的盡快返排，裂縫實現有效支撐。壓裂返排過程中油嘴直徑選擇的原則見表1。

對于壓裂之后沒有自噴能力的井，往往氣油比低、排溶量小，基本可以分為以下幾種情況：①對于產油量較高的井，可以使用抽子采用開式抽汲或閉式抽汲以及螺桿泵進行求產；②對于產量較低的井（小于10 m3/d），采用抽子提撈工藝求產。

表1　壓裂返排期油嘴選擇表

4　結束語

1）自噴返排適用于地層能量充足的儲層，特別是在壓裂之后能夠自噴生產的油層，優選參數可以有效提高返排效率，壓裂之后沒有自噴能力的井則需要泵排等工藝實現壓后返排，提高壓裂效果；

2）建立了壓裂返排溶地面回流過油嘴臨界流速變化的計算模型，進一步推導了放噴油嘴的優選模型，并根據此模型得出了不同溶量、氣油比、含水條件下的低滲透油藏壓裂返排放噴油嘴尺寸優選原則；

3）壓裂過程中混注二氧化碳、氮氣可以降低溶柱壓力，提高壓后返排速率，對于低滲儲層是有利的。

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Study on Low Permeability Reservoir Fracturing Flowback DeliveRability Parameters

Wang Da-jiang

Fracturing flowback is an important part of hydraulic fracturing stimulation in low permeability reservoirs construction. Construction site flowback parameter remains largely determined by experience，the lack of scientific evidence.Having studied the model of fracturing flowback in common sandstone，Determine the optimum fracturing fluid flowback velocity and timing after fracturing，the establishment of a blowout system wellhead pressure under different conditions，to form a more perfect after flowback pressure parameter optimization and cleanup technology selection，it can effectively improve fracturing stimulation result.

fracturing flowback；choke diameter；cleanup support；deliverability after fracturing

TE357

A

1003-6490（2016）03-0027-02

2016-02-28

王大江（1983—），男，江蘇沭陽人，工程師，主要從事機械采油工藝及油氣增產措施研究工作。