遼河油田低滲透砂巖儲(chǔ)層壓裂液返排工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

李昕橋

摘 要：由于遼河油田部分去看砂巖儲(chǔ)層低孔低滲的地質(zhì)特征，通常將水平井和分段壓裂技術(shù)相結(jié)合作為砂巖油氣藏增產(chǎn)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(yè)的最后一部分。壓裂返排過程中，地層壓力逐漸降低，憑靠經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)的返排措施導(dǎo)致濾失量大、支撐劑回流、返排速度慢等現(xiàn)象的發(fā)生，直接影響了儲(chǔ)層改造的增產(chǎn)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(qiáng)化裂縫增產(chǎn)效果。因此， 本文基于前人研究成果，得到了低滲透砂巖儲(chǔ)層壓裂液返排工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，制定了壓后返排時(shí)機(jī)，裂縫閉合方式，油嘴尺寸選擇的參考準(zhǔn)則。通過實(shí)例應(yīng)用表明，本文所得到的低滲透砂巖儲(chǔ)層壓裂液返排工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)方法行之有效，切實(shí)可行。

關(guān)鍵詞：低滲透砂巖儲(chǔ)層;壓裂液返排工藝優(yōu)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(diǎn)，當(dāng)開發(fā)進(jìn)入中后期，隨著地層壓力的降低，這類油氣藏在低壓增產(chǎn)處理過程中對入壓裂液敏感程度提高，儲(chǔ)層極易受到水鎖等傷害，導(dǎo)致氣井產(chǎn)能受到影響。壓裂過程一般都會(huì)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(chǔ)層增產(chǎn)改造范圍的同時(shí)，也增大了儲(chǔ)層受到傷害的可能性，因此壓裂后返排是壓裂作業(yè)的重要環(huán)節(jié)，對壓裂效果有很大影響。目前，在水平井分段壓裂過程中，會(huì)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(yōu)化工藝以及壓裂液返排參數(shù)，從而降低壓裂對儲(chǔ)層傷害。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，返排時(shí)由于返排速度過快導(dǎo)致的支撐劑回流及壓裂液在地層中停留時(shí)間過長導(dǎo)致的壓裂液傷害地層一直是現(xiàn)場工程師所關(guān)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(shù)學(xué)模型、支撐劑運(yùn)動(dòng)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(dòng)態(tài)安全放噴油嘴半徑，確定了對返排過程的主要影響因素，進(jìn)而優(yōu)化了壓裂液返排工藝。

1.壓裂液返排工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)需要完成的內(nèi)容

1.1壓裂液返排數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)

根據(jù)體積平衡原理、流體力學(xué)、滲流力學(xué)理論等，結(jié)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(shù)學(xué)模型。并分析返排過程中井口壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律，準(zhǔn)確預(yù)測裂縫閉合時(shí)間和最終平衡時(shí)間，為更換油嘴提供最佳選擇時(shí)機(jī)。

1.2支撐劑運(yùn)動(dòng)模型和支撐劑回流模型設(shè)計(jì)

分別考慮返排開始、裂縫閉合前、裂縫閉合后三個(gè)階段支撐劑的受力情況，建立支撐劑運(yùn)動(dòng)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(shù)提供理論支撐。

1.3安全放噴油嘴尺寸的確定

結(jié)合壓裂液返排數(shù)學(xué)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(yīng)關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)對安全放噴油嘴半徑的實(shí)時(shí)控制。

1.4壓裂返排工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)及現(xiàn)場應(yīng)用

在上面的研究成果的基礎(chǔ)上，得到了遼河油田低滲透砂巖儲(chǔ)層壓裂液返排工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，制定了壓后返排時(shí)機(jī)，裂縫閉合方式，油嘴尺寸選擇的參考準(zhǔn)則;并針對某低滲透砂巖油氣藏完成返排施工方案設(shè)計(jì)。

2.壓裂液返排工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)具體內(nèi)容

返排制度的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要將從以下三個(gè)方面進(jìn)行：（1）在壓裂泵注施工結(jié)束后，選擇合理恰當(dāng)?shù)姆蹬艜r(shí)機(jī)，依據(jù)儲(chǔ)層特征和壓裂施工參數(shù)判斷是立刻返排，還是關(guān)井一段時(shí)間后再返排;（2）裂縫閉合模式的選擇。可以先對關(guān)井狀態(tài)下的裂縫自然閉合情況進(jìn)行研究分析，研究結(jié)果可對閉合模式的選擇提供參照，再選擇是用強(qiáng)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(zhǔn)則，就是以支撐劑不發(fā)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(shí)機(jī)的選擇

返排時(shí)機(jī)的確定與壓裂液的破膠時(shí)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(qiáng)制閉合模式的壓裂井而言，破膠也可在裂縫閉合前完成，應(yīng)停泵后立即返排。

（2）0

（3）t0=tc，壓后開始返排時(shí)恰在裂縫閉合之后。對于需要采用自然閉合模式，破膠時(shí)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(jìn)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(dá)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(shí)際儲(chǔ)層條件以及壓后裂縫的延伸狀況是相關(guān)的，大概可

分為以下三種情況：

（1）強(qiáng)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(nèi)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(chǔ)層的滯留時(shí)間，以此減小壓裂液對儲(chǔ)層傷害;其次可以優(yōu)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(fā)生沉降，導(dǎo)致儲(chǔ)層中的裂縫大面積閉合。

（2）自然裂縫閉合模式，適用于儲(chǔ)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(chǎn)層鋪置從而增加有效支撐縫長，是因?yàn)樗兄烊坏臑V失優(yōu)勢，可以使支撐劑有效地向產(chǎn)層運(yùn)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(chǔ)層范圍內(nèi)，可在停泵后先關(guān)井或小排量返排，待支撐劑沉降到儲(chǔ)層范圍內(nèi)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(jù)支撐劑回流模型和壓裂返排數(shù)學(xué)模型所得到的動(dòng)態(tài)安

全放噴油嘴半徑，以實(shí)時(shí)控制為基準(zhǔn)：

（1）根據(jù)壓裂液返排數(shù)學(xué)模型的計(jì)算分析可知，不同的油嘴半徑對應(yīng)的裂縫閉合時(shí)間不同，這是因?yàn)榫趬航档乃俣扰c返排流量有很大關(guān)系，返排流量越大，井口壓降越快，閉合時(shí)間就會(huì)減少。在正常情況下，與小的放噴油嘴半徑相對應(yīng)的裂縫閉合時(shí)間太長，此時(shí)應(yīng)排除小的放噴油嘴半徑，并應(yīng)選擇較大的放噴油嘴半徑。

（2）根據(jù)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(nèi)的油嘴，可保證支撐劑不發(fā)生回流。確定油嘴尺寸后，可運(yùn)用壓裂液返排數(shù)學(xué)模型得到井口壓力的變化規(guī)律。如果井口壓力下降過慢，可根據(jù)需要放大油嘴尺寸，此時(shí)為了控制支撐劑回流，可采用纖維伴注或增加裂縫數(shù)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(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況并結(jié)合已返排的流量，在返排范圍內(nèi)的，可以選擇通過慢慢增大油嘴半徑的方案。

3.結(jié)束語

本文以遼河油田低滲透砂巖儲(chǔ)層的有效壓裂為研究點(diǎn)，開展了優(yōu)化壓裂液返排工藝設(shè)計(jì)研究，通過以壓裂液對地層的低傷害及高效返排為關(guān)鍵，考慮了返排時(shí)水平井筒內(nèi)壓力變化的復(fù)雜性，建立了壓裂液返排數(shù)學(xué)模型，結(jié)合返排開始、裂縫閉合前后支撐劑的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，建立了支撐劑運(yùn)動(dòng)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(jù)實(shí)際井的相關(guān)地質(zhì)參數(shù)和水平井分段壓裂的井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)完整的致密砂巖氣藏水平井分段壓裂返排方案。

參考文獻(xiàn)：

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