薛成國

(中石化華北油氣分公司石油工程技術研究院 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

(中石化華北油氣分公司石油工程技術研究院 河南鄭州 450006)

薛成國.大牛地氣田壓裂水平井壓裂液返排率研究[J].中國海上油氣，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.

準確預測壓裂液返排率是壓裂后排液階段評價儲層壓裂效果的重要內容。依據(jù)離子濃度分析法，提出了實際壓裂液返排率計算模型，并對大牛地氣田壓裂水平井實際壓裂液返排率進行了計算分析。結果表明，實際壓裂液返排率隨返排時間的增加而趨于穩(wěn)定，此時質量濃度不再變化，可結束試氣工作，從而達到縮短試氣周期、降低施工成本的目標；當質量濃度穩(wěn)定時結束壓裂液返排，壓后返排率與實際壓裂液返排率之間呈線性關系，可根據(jù)該關系預測實際壓裂液返排率，進而快速評價水平井壓裂效果。

大牛地氣田；水平井壓裂；離子濃度分析法；實際壓裂液返排率

水力壓裂是低滲透油氣藏開發(fā)評價和增產增注必不可少的技術措施[1-3]，水力壓裂過程中壓裂液在裂縫內外壓差的作用下不可避免地會向地層內濾失，從而對儲層造成傷害，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評價壓裂效果起著重要作用。國內外部分學者根據(jù)建立的壓裂液返排數(shù)學模型或物理模型對壓裂液返排率進行了計算[4-6]，郭權[7]利用離子濃度組成分析方法對油田試油求產階段的壓裂液抽汲返排率進行了計算，但有關水平井壓裂后返排率與實際壓裂液返排率、水平井壓裂后實際返排率與壓裂效果之間關系方面的研究鮮有報道。

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進行生產，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。為了分析水平井實際壓裂液返排率，指導類似壓裂增產作業(yè)，本文根據(jù)離子濃度分析方法，計算了大牛地氣田盒1氣層水平井壓裂后試氣階段實際壓裂液返排率，并擬合得到了實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算的壓裂后返排率之間的關系，從而實現(xiàn)了快速估算試氣階段實際壓裂液返排液量，為客觀評價壓裂后返排對壓裂后改造效果的影響提供了技術支持。

1 實際壓裂液返排率計算方法

大牛地氣田氣藏類型為無邊底水定容彈性驅動巖性天然氣藏，研究表明該氣田產出的地層水是廣泛分布在儲層中的殘余地層水[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確地表示水力壓裂過程中注入地層內部的壓裂液實際返排到地面的程度。

(1)

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(3)

根據(jù)式(3)可得出水平井壓裂后試氣階段壓裂液實際返排率計算公式，即

(4)

2 計算結果及影響因素分析

2.1 計算結果

以大牛地氣田M1水平井為例，應用上述實際壓裂液返排率計算模型對該井壓后返排率與實際壓裂液返排率進行計算。M1井分13段進行壓裂，總入地液量為3 164.8 m3，返排后期返排液Cl-質量濃度穩(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-質量濃度值。以每日在井口取樣檢測的返排液Cl-質量濃度的平均值作為日排液的Cl-質量濃度值。M1井Cl-質量濃度、以返排液量計算的壓后返排率以及以壓裂液量計算的實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-質量濃度為5 000 mg/L，高于入地壓裂液Cl-質量濃度4 765 mg/L，整個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，實際壓裂液返排率增長幅度變緩，而以返排液量計算的壓后返排率繼續(xù)以較高幅度增長，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。當該井返排液Cl-質量濃度在第21天達到穩(wěn)定值27 800 mg/L時，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，當返排液Cl-質量濃度穩(wěn)定時即可結束試氣工作，不必追求過高的壓后返排率，從而達到縮短試氣周期、降低施工成本的目標。

圖1 大牛地氣田M1井返排率隨返排時間變化曲線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計算結果的影響，選取部分水平段長、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-質量濃度穩(wěn)定的大牛地氣田盒1氣層水平井計算壓裂后壓裂液返排率，結果見圖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，對于該壓裂水平井，當返排液Cl-質量濃度及日產液量穩(wěn)定即可結束試氣工作，不必追求過高壓裂后返排率，從而達到縮短試氣周期、降低施工成本的目標。

圖2 大牛地氣田盒1氣層實際壓裂液返排率與無阻流量 關系曲線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際壓裂液返排率之間的關系，并且減小由于長時間排液造成的壓裂后返排率過高對上述關系的影響，設定壓裂后返排率為水平井壓裂后Cl-質量濃度穩(wěn)定時以累積返排液量計算的返排率。根據(jù)本文計算模型計算了盒1氣層實際壓裂液返排率，將實際壓裂液返排率與壓裂后返排率數(shù)據(jù)進行擬合，結果見圖3。從圖3可以看出，對于Cl-質量濃度穩(wěn)定即結束排液的水平井，其壓裂后返排率與實際壓裂液返排率之間存在著較好的線性關系。因此，水平井結束排液后可根據(jù)上述線性關系預測壓裂液實際返排率，從而得到試氣結束時實際返排到地面的壓裂液體積，更好地指導水平井壓裂效果評價。

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

3 結論

提出了水平井壓裂后壓裂液實際返排率的計算方法。算例分析表明，當返排液Cl-質量濃度穩(wěn)定時，實際壓裂液返排率將不再變化，此時可結束試氣工作，從而達到縮短試氣周期、降低施工成本的目標。當Cl-質量濃度穩(wěn)定后結束壓裂液返排時，壓后返排率與實際壓裂液返排率之間呈線性關系，可根據(jù)該關系預測實際壓裂液返排率，進而指導水平井壓裂效果評價。

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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，男，助理研究員，2011年畢業(yè)于中科院滲流流體力學研究所流體力學專業(yè)，獲碩士學位，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號中石化華北油氣分公司石油工程技術研究院完井測試研究所(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”國家科技重大專項“低豐度致密低滲油氣藏開發(fā)關鍵技術(編號：2016ZX05048)”部分研究成果。