遼河油田低滲透砂巖儲層壓裂液返排工藝優化設計研究

李昕橋

摘 要：由于遼河油田部分去看砂巖儲層低孔低滲的地質特征，通常將水平井和分段壓裂技術相結合作為砂巖油氣藏增產增注的的重要手段，壓裂液返排是水力壓裂的重要組成部分，也是壓裂作業的最后一部分。壓裂返排過程中，地層壓力逐漸降低，憑靠經驗主導的返排措施導致濾失量大、支撐劑回流、返排速度慢等現象的發生，直接影響了儲層改造的增產效果。因此，形成一套合理的壓后返排工藝體系有利于提高壓裂液返排效率，控制支撐劑回流，強化裂縫增產效果。因此， 本文基于前人研究成果，得到了低滲透砂巖儲層壓裂液返排工藝優化設計方法，制定了壓后返排時機，裂縫閉合方式，油嘴尺寸選擇的參考準則。通過實例應用表明，本文所得到的低滲透砂巖儲層壓裂液返排工藝優化設計方法行之有效，切實可行。

關鍵詞：低滲透砂巖儲層;壓裂液返排工藝優化;遼河油田

前言

由于低滲透砂巖油氣藏典型的低孔、低滲特點，當開發進入中后期，隨著地層壓力的降低，這類油氣藏在低壓增產處理過程中對入壓裂液敏感程度提高，儲層極易受到水鎖等傷害，導致氣井產能受到影響。壓裂過程一般都會引入外來流體，造成地層孔隙吼道的堵塞，影響壓裂效果。尤其是水平井分段壓裂，在增大了儲層增產改造范圍的同時，也增大了儲層受到傷害的可能性，因此壓裂后返排是壓裂作業的重要環節，對壓裂效果有很大影響。目前，在水平井分段壓裂過程中，會對井筒射孔附近的地層造成一定程度的傷害，一方面需要壓裂液自身性能控制;另一方面，可以通過優化工藝以及壓裂液返排參數，從而降低壓裂對儲層傷害。通過調研發現，返排時由于返排速度過快導致的支撐劑回流及壓裂液在地層中停留時間過長導致的壓裂液傷害地層一直是現場工程師所關注的問題。因此，為既能控制支撐劑回流，又能使壓裂液盡快返排出地層，本文建立了壓裂液返排數學模型、支撐劑運動和回流模型，得到了支撐劑回流閉合前后臨界返排流速和動態安全放噴油嘴半徑，確定了對返排過程的主要影響因素，進而優化了壓裂液返排工藝。

1.壓裂液返排工藝優化設計需要完成的內容

1.1壓裂液返排數學模型設計

根據體積平衡原理、流體力學、滲流力學理論等，結合返排液的二維濾失模型和擬三維裂縫模型建立壓裂液返排數學模型。并分析返排過程中井口壓力隨時間的變化規律，準確預測裂縫閉合時間和最終平衡時間，為更換油嘴提供最佳選擇時機。

1.2支撐劑運動模型和支撐劑回流模型設計

分別考慮返排開始、裂縫閉合前、裂縫閉合后三個階段支撐劑的受力情況，建立支撐劑運動模型和支撐劑回流模型，確定裂縫閉合前后支撐劑臨界返排流速，為壓后返排控制支撐劑回流工藝技術提供理論支撐。

1.3安全放噴油嘴尺寸的確定

結合壓裂液返排數學模型井口壓力壓降曲線及支撐劑回流模型裂縫閉合前后臨界返排流速，建立井口壓力與安全放噴油嘴尺寸的對應關系，以實現對安全放噴油嘴半徑的實時控制。

1.4壓裂返排工藝優化設計及現場應用

在上面的研究成果的基礎上，得到了遼河油田低滲透砂巖儲層壓裂液返排工藝的優化設計方法，制定了壓后返排時機，裂縫閉合方式，油嘴尺寸選擇的參考準則;并針對某低滲透砂巖油氣藏完成返排施工方案設計。

2.壓裂液返排工藝優化設計具體內容

返排制度的優化設計主要將從以下三個方面進行：（1）在壓裂泵注施工結束后，選擇合理恰當的返排時機，依據儲層特征和壓裂施工參數判斷是立刻返排，還是關井一段時間后再返排;（2）裂縫閉合模式的選擇。可以先對關井狀態下的裂縫自然閉合情況進行研究分析，研究結果可對閉合模式的選擇提供參照，再選擇是用強制閉合模式還是自然閉合模式;（3）返排過程中裂縫閉合前后放噴油嘴半徑的選擇準則，就是以支撐劑不發生回流為首要，其次是壓裂液對地層的低傷害及高效返排。

2.1返排時機的選擇

返排時機的確定與壓裂液的破膠時間、裂縫閉合模式的選擇是緊密相連的，因此可分為以下四種情況：

（1）t 0=0，壓后開始返排。對于需要采用強制閉合模式的壓裂井而言，破膠也可在裂縫閉合前完成，應停泵后立即返排。

（2）0

（3）t0=tc，壓后開始返排時恰在裂縫閉合之后。對于需要采用自然閉合模式，破膠時間要求比較寬松，只要在裂縫閉合前完成便可，在裂縫閉合后可再進行返排。

（4）t0>tc，利用壓裂液的自然濾失完成裂縫閉合乃至達到最終平衡的全過程。

2.2裂縫閉合模式的選擇

裂縫的閉合模式的確定與實際儲層條件以及壓后裂縫的延伸狀況是相關的，大概可

分為以下三種情況：

（1）強制裂縫閉合模式，適用于低滲透、低孔隙度的壓裂井，或者壓裂層內裂縫向上向下保持良好延伸的情況。這種模式主要可以減少壓裂液在儲層的滯留時間，以此減小壓裂液對儲層傷害;其次可以優化裂縫垂直方向上分布的支撐劑，以避免裂縫底部的支撐劑集中在縫口發生沉降，導致儲層中的裂縫大面積閉合。

（2）自然裂縫閉合模式，適用于儲層滲透率、孔隙度較高的壓裂井。這種壓裂井能較好的使支撐劑在產層鋪置從而增加有效支撐縫長，是因為它有著天然的濾失優勢，可以使支撐劑有效地向產層運移。

（3）有控制的返排方式，適用于壓裂效果很好或者延伸距離很長的裂縫。為了使支撐劑集中在儲層范圍內，可在停泵后先關井或小排量返排，待支撐劑沉降到儲層范圍內再更換大尺寸油嘴，使裂縫快速閉合。

2.3放噴油嘴半徑的選擇

放噴油嘴半徑的確定就是根據支撐劑回流模型和壓裂返排數學模型所得到的動態安

全放噴油嘴半徑，以實時控制為基準：

（1）根據壓裂液返排數學模型的計算分析可知，不同的油嘴半徑對應的裂縫閉合時間不同，這是因為井口壓降的速度與返排流量有很大關系，返排流量越大，井口壓降越快，閉合時間就會減少。在正常情況下，與小的放噴油嘴半徑相對應的裂縫閉合時間太長，此時應排除小的放噴油嘴半徑，并應選擇較大的放噴油嘴半徑。

（2）根據支撐劑回流模型，可得到一定地層條件下的安全放噴油嘴半徑，選取安全放噴油嘴半徑內的油嘴，可保證支撐劑不發生回流。確定油嘴尺寸后，可運用壓裂液返排數學模型得到井口壓力的變化規律。如果井口壓力下降過慢，可根據需要放大油嘴尺寸，此時為了控制支撐劑回流，可采用纖維伴注或增加裂縫數量、控制返排流速等方法。

（3）小排量的壓裂井，油嘴半徑的選擇可根據現場實際情況并結合已返排的流量，在返排范圍內的，可以選擇通過慢慢增大油嘴半徑的方案。

3.結束語

本文以遼河油田低滲透砂巖儲層的有效壓裂為研究點，開展了優化壓裂液返排工藝設計研究，通過以壓裂液對地層的低傷害及高效返排為關鍵，考慮了返排時水平井筒內壓力變化的復雜性，建立了壓裂液返排數學模型，結合返排開始、裂縫閉合前后支撐劑的運動規律，建立了支撐劑運動模型和支撐劑回流模型，分析了對支撐劑回流臨界返排流速的影響因素，確定了合理返排流速和安全放噴油嘴尺寸。最終，根據實際井的相關地質參數和水平井分段壓裂的井身結構數據，設計完整的致密砂巖氣藏水平井分段壓裂返排方案。

參考文獻：

[1] 陳作，田助紅，曾斌.超深、致密砂巖氣藏壓裂優化技術[J].天然氣工業，2001，21（6）：63～66.