大牛地氣田壓裂水平井壓裂液返排率研究*

薛成國(guó)

(中石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院 河南鄭州 450006)

大牛地氣田壓裂水平井壓裂液返排率研究*

薛成國(guó)

(中石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院 河南鄭州 450006)

薛成國(guó).大牛地氣田壓裂水平井壓裂液返排率研究[J].中國(guó)海上油氣，2017,29(2)：123-126.

XUE Chengguo.Study on the flowback rate of fracturing fluids in the horizontal wells in Daniudi gas field[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(2):123-126.

準(zhǔn)確預(yù)測(cè)壓裂液返排率是壓裂后排液階段評(píng)價(jià)儲(chǔ)層壓裂效果的重要內(nèi)容。依據(jù)離子濃度分析法，提出了實(shí)際壓裂液返排率計(jì)算模型，并對(duì)大牛地氣田壓裂水平井實(shí)際壓裂液返排率進(jìn)行了計(jì)算分析。結(jié)果表明，實(shí)際壓裂液返排率隨返排時(shí)間的增加而趨于穩(wěn)定，此時(shí)質(zhì)量濃度不再變化，可結(jié)束試氣工作，從而達(dá)到縮短試氣周期、降低施工成本的目標(biāo)；當(dāng)質(zhì)量濃度穩(wěn)定時(shí)結(jié)束壓裂液返排，壓后返排率與實(shí)際壓裂液返排率之間呈線性關(guān)系，可根據(jù)該關(guān)系預(yù)測(cè)實(shí)際壓裂液返排率，進(jìn)而快速評(píng)價(jià)水平井壓裂效果。

大牛地氣田；水平井壓裂；離子濃度分析法；實(shí)際壓裂液返排率

水力壓裂是低滲透油氣藏開發(fā)評(píng)價(jià)和增產(chǎn)增注必不可少的技術(shù)措施[1-3]，水力壓裂過程中壓裂液在裂縫內(nèi)外壓差的作用下不可避免地會(huì)向地層內(nèi)濾失，從而對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，而壓裂后試氣過程中的壓裂液返排工作則是水力壓裂作業(yè)的重要環(huán)節(jié)，因此確定試氣過程中壓裂液返排率的大小對(duì)評(píng)價(jià)壓裂效果起著重要作用。國(guó)內(nèi)外部分學(xué)者根據(jù)建立的壓裂液返排數(shù)學(xué)模型或物理模型對(duì)壓裂液返排率進(jìn)行了計(jì)算[4-6]，郭權(quán)[7]利用離子濃度組成分析方法對(duì)油田試油求產(chǎn)階段的壓裂液抽汲返排率進(jìn)行了計(jì)算，但有關(guān)水平井壓裂后返排率與實(shí)際壓裂液返排率、水平井壓裂后實(shí)際返排率與壓裂效果之間關(guān)系方面的研究鮮有報(bào)道。

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部東段，目的層為典型的低孔、低滲、低壓的“三低”氣藏[8]。2011年以來，該氣田以水平井分段壓裂技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，但壓裂后試氣過程中返排出地面的液體始終為壓裂液和地層水的混合液。為了分析水平井實(shí)際壓裂液返排率，指導(dǎo)類似壓裂增產(chǎn)作業(yè)，本文根據(jù)離子濃度分析方法，計(jì)算了大牛地氣田盒1氣層水平井壓裂后試氣階段實(shí)際壓裂液返排率，并擬合得到了實(shí)際壓裂液返排率與根據(jù)返排到地面的壓裂液和地層水混合液計(jì)算的壓裂后返排率之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了快速估算試氣階段實(shí)際壓裂液返排液量，為客觀評(píng)價(jià)壓裂后返排對(duì)壓裂后改造效果的影響提供了技術(shù)支持。

1 實(shí)際壓裂液返排率計(jì)算方法

大牛地氣田氣藏類型為無邊底水定容彈性驅(qū)動(dòng)巖性天然氣藏，研究表明該氣田產(chǎn)出的地層水是廣泛分布在儲(chǔ)層中的殘余地層水[9]，基本為CaCl2水型，反映了地層具有較好的封閉環(huán)境，并且在上古生界沒有發(fā)現(xiàn)鹽層，地層水礦化度總體上表現(xiàn)出自太原組向下石盒子組逐漸降低的特征[10]。由于濾失的存在，導(dǎo)致注入地層中的壓裂液不可能完全返排到地面[11-12]。在壓裂后返排工作中，一般用返排到地面的壓裂液和地層水混合液與入地壓裂液量的比值來表示壓裂后返排率，然而由于在壓裂后返排過程中返排出地面的液體中始終為壓裂液和地層水的混合物，因此壓裂后返排率并不能準(zhǔn)確地表示水力壓裂過程中注入地層內(nèi)部的壓裂液實(shí)際返排到地面的程度。

(1)

(2)

(3)

根據(jù)式(3)可得出水平井壓裂后試氣階段壓裂液實(shí)際返排率計(jì)算公式，即

(4)

2 計(jì)算結(jié)果及影響因素分析

2.1 計(jì)算結(jié)果

以大牛地氣田M1水平井為例，應(yīng)用上述實(shí)際壓裂液返排率計(jì)算模型對(duì)該井壓后返排率與實(shí)際壓裂液返排率進(jìn)行計(jì)算。M1井分13段進(jìn)行壓裂，總?cè)氲匾毫繛? 164.8 m3，返排后期返排液Cl-質(zhì)量濃度穩(wěn)定值為27 800 mg/L，該值可以作為M1井所在區(qū)域的地層水Cl-質(zhì)量濃度值。以每日在井口取樣檢測(cè)的返排液Cl-質(zhì)量濃度的平均值作為日排液的Cl-質(zhì)量濃度值。M1井Cl-質(zhì)量濃度、以返排液量計(jì)算的壓后返排率以及以壓裂液量計(jì)算的實(shí)際壓裂液返排率在排液過程中的變化情況見圖1。

由圖1可以看出，返排第1天，返排液Cl-質(zhì)量濃度為5 000 mg/L，高于入地壓裂液Cl-質(zhì)量濃度4 765 mg/L，整個(gè)壓后返排過程中返排液始終為地層水和壓裂液破膠液的混合物。在第1天至第12天，壓后返排率略高于實(shí)際壓裂液返排率，在壓后返排第12天采取氣舉等助排措施之后，實(shí)際壓裂液返排率增長(zhǎng)幅度變緩，而以返排液量計(jì)算的壓后返排率繼續(xù)以較高幅度增長(zhǎng)，這說明大部分入地壓裂液主要是在助排措施之前的自噴階段返排到地面，助排措施之后返排液以地層水為主。當(dāng)該井返排液Cl-質(zhì)量濃度在第21天達(dá)到穩(wěn)定值27 800 mg/L時(shí)，壓后返排率為70.5%，并且該值隨著返排天數(shù)的增加而繼續(xù)增加，而實(shí)際壓裂液返排率穩(wěn)定為49.4%，不隨返排天數(shù)的增加而繼續(xù)增加。因此，在水平井壓裂作業(yè)后，當(dāng)返排液Cl-質(zhì)量濃度穩(wěn)定時(shí)即可結(jié)束試氣工作，不必追求過高的壓后返排率，從而達(dá)到縮短試氣周期、降低施工成本的目標(biāo)。

圖1 大牛地氣田M1井返排率隨返排時(shí)間變化曲線Fig .1 Relationship of flowback rate and time of Well M1 in Daniudi gas field

2.2 壓裂液返排率影響因素分析

為了消除其他因素對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，選取部分水平段長(zhǎng)、水平段鉆遇顯示、入地液量相近以及壓裂段數(shù)、壓裂后排液管柱相同，并且試氣后期Cl-質(zhì)量濃度穩(wěn)定的大牛地氣田盒1氣層水平井計(jì)算壓裂后壓裂液返排率，結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，盒1氣層水平井壓裂后無阻流量隨著實(shí)際壓裂液返排率的增大而降低，這是由于壓裂水平井所在位置儲(chǔ)層物性較好，壓裂液濾失較大，因此入地壓裂液最終返排到地面的體積也就越小。因此，對(duì)于該壓裂水平井，當(dāng)返排液Cl-質(zhì)量濃度及日產(chǎn)液量穩(wěn)定即可結(jié)束試氣工作，不必追求過高壓裂后返排率，從而達(dá)到縮短試氣周期、降低施工成本的目標(biāo)。

圖2 大牛地氣田盒1氣層實(shí)際壓裂液返排率與無阻流量 關(guān)系曲線Fig .2 Relationship of flowback rate and open-flow capacity in H1 Formation in Daniudi gas field

為了研究壓裂后返排率與實(shí)際壓裂液返排率之間的關(guān)系，并且減小由于長(zhǎng)時(shí)間排液造成的壓裂后返排率過高對(duì)上述關(guān)系的影響，設(shè)定壓裂后返排率為水平井壓裂后Cl-質(zhì)量濃度穩(wěn)定時(shí)以累積返排液量計(jì)算的返排率。根據(jù)本文計(jì)算模型計(jì)算了盒1氣層實(shí)際壓裂液返排率，將實(shí)際壓裂液返排率與壓裂后返排率數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，對(duì)于Cl-質(zhì)量濃度穩(wěn)定即結(jié)束排液的水平井，其壓裂后返排率與實(shí)際壓裂液返排率之間存在著較好的線性關(guān)系。因此，水平井結(jié)束排液后可根據(jù)上述線性關(guān)系預(yù)測(cè)壓裂液實(shí)際返排率，從而得到試氣結(jié)束時(shí)實(shí)際返排到地面的壓裂液體積，更好地指導(dǎo)水平井壓裂效果評(píng)價(jià)。

圖3 大牛地氣田盒1氣層實(shí)際壓裂液返排率與壓裂后 返排率關(guān)系曲線Fig .3 Relationship of the actual fracturing fluid flowback rate and flowback rate in H1 Formation in Daniudi gas field

3 結(jié)論

提出了水平井壓裂后壓裂液實(shí)際返排率的計(jì)算方法。算例分析表明，當(dāng)返排液Cl-質(zhì)量濃度穩(wěn)定時(shí)，實(shí)際壓裂液返排率將不再變化，此時(shí)可結(jié)束試氣工作，從而達(dá)到縮短試氣周期、降低施工成本的目標(biāo)。當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度穩(wěn)定后結(jié)束壓裂液返排時(shí)，壓后返排率與實(shí)際壓裂液返排率之間呈線性關(guān)系，可根據(jù)該關(guān)系預(yù)測(cè)實(shí)際壓裂液返排率，進(jìn)而指導(dǎo)水平井壓裂效果評(píng)價(jià)。

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(編輯：孫豐成)

Study on the flowback rate of fracturing fluids in the horizontal wells in Daniudi gas field

XUE Chengguo

(Petro-EngineeringResearchInstitute,NorthChinaOilandGasBranch,Sinopec,Zhengzhou,Henan450006,China)

Accurate prediction of the flowback rate of fracturing fluids is an important component in evaluating reservoir fracturing result. On the basis of ion concentration analysis method, a model of fracturing fluid flowback rate was proposed and the flowback rate of the horizontal wells in Daniudi gas field were calculated. The results show that the flowback rate tends to be stable upon some time elapsing. At this time, the mass concentration of the chloride ions no longer changes, so the work of gas testing can be ended to shorten the testing time and cut down the operation cost. The flowback rate and the actual flowback rate have a linear relation when the flowback is finished and the concentration of the chloride ions is stable. The flowback rate can be predicted according to the linear relation, and the fracturing effect of the horizontal wells can be evaluated quickly.

Daniudi gas field; horizontal well fracturing; ion concentration analysis; actual flowback rate

薛成國(guó)，男，助理研究員，2011年畢業(yè)于中科院滲流流體力學(xué)研究所流體力學(xué)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事低滲透油氣田開發(fā)方面的研究工作。地址：河南省鄭州市隴海西路199號(hào)中石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院完井測(cè)試研究所(郵編：450006)。E-mail:xcg1985@sina.com。

1673-1506(2017)02-0123-04

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.02.017

TE377

A

2016-03-20 改回日期：2016-05-22

*“十三五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“低豐度致密低滲油氣藏開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)(編號(hào)：2016ZX05048)”部分研究成果。