苗國晶（大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠）

2013年以來，采油九廠投產(chǎn)的致密油水平井均為體積壓裂投產(chǎn)，具有水平段長、壓裂規(guī)模大等特點(diǎn)。為了實現(xiàn)自噴生產(chǎn)階段裂縫不出砂、保持地層壓力、提高致密油水平井產(chǎn)量的目標(biāo)[1]，開展了自噴水平井科學(xué)生產(chǎn)制度研究。

1 自噴水平井“四階段”生產(chǎn)規(guī)律建立

通過對A 區(qū)塊6 口水平井自噴階段的生產(chǎn)壓力和產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合求導(dǎo)分析[2]認(rèn)為，自噴井生產(chǎn)分為初期返排、低壓自噴、間歇自噴、下泵生產(chǎn)4 個階段。每個階段地層壓力變化不同，生產(chǎn)目標(biāo)不同，合理生產(chǎn)制度確定方法不同。

1.1 初期返排階段

通過總結(jié)致密油A 區(qū)塊6 口井自噴生產(chǎn)階段生產(chǎn)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)壓裂水平井初期壓力及產(chǎn)液均會經(jīng)歷快速下降的過程[3]。例如A-平1 井，通過對初期返排段套壓與時間的變化曲線（圖1）擬合求導(dǎo)，當(dāng)時間X 為23 天時，導(dǎo)數(shù)dy 為0，壓力變化趨于平緩，此時初期返排階段結(jié)束。A區(qū)塊部分水平井初期返排階段生產(chǎn)情況見表1。

圖1 A-平1井不同自噴階段套壓與時間的變化曲線

表1 A區(qū)塊部分水平井初期返排階段生產(chǎn)情況

1.2 低壓自噴階段

低壓自噴階段壓力與產(chǎn)液下降速度緩慢，持續(xù)時間長，日產(chǎn)液均低于最大臨界排量。A-平1井低壓自噴階段套壓與時間的變化曲線見圖1，部分水平井低壓自噴階段生產(chǎn)情況見表1。

1.3 間歇自噴階段及下泵生產(chǎn)階段

間歇自噴階段油井壓力及產(chǎn)液相對低壓自噴階段進(jìn)一步降低。由圖1可知，隨著時間延長，油井壓力降到一定程度，間歇無法恢復(fù)自噴，進(jìn)入下泵生產(chǎn)階段。

2 “四階段”工作制度優(yōu)化方法

2.1 建立裂縫出砂臨界流量模型

初期返排階段管理的主要目標(biāo)為防止裂縫出砂，為此，需要建立裂縫出砂臨界流量模型[4]。

支撐劑從裂縫運(yùn)動到井筒時存在兩種運(yùn)動形式：一是懸浮于壓裂液中而隨壓裂液一起運(yùn)動；二是在流體沖擊力的作用下由裂縫滾動到井眼。兩種運(yùn)動模式中，滾動屬臨界條件最低的模式，故采用滾動模式對支撐劑進(jìn)行力矩平衡力學(xué)分析。支撐劑在裂縫中受力示意圖如圖2所示。

圖2 支撐劑在裂縫中受力示意圖

當(dāng)砂粒受到的液體沖擊力矩大于啟動力矩時，砂粒開始滾動，此時液體流速為出砂臨界流速，即

式中：ρs為支撐劑密度，kg/m3；ρ為壓裂液密度，kg/m3；ds為支撐劑粒徑，mm；g為重力加速度，m/s2；Vc為臨界流速，m/s。

目前的英語作業(yè)評估由于種種局限，沒有得到足夠重視，學(xué)生自我反思、自我評價和進(jìn)一步改進(jìn)的空間還很狹小，學(xué)生自我反思的主動性不高，自我評價能力不強(qiáng)，還需要老師引導(dǎo)。比如：筆者發(fā)現(xiàn)讓學(xué)生談 Do you think Beauty Salon can make people more beautiful?

同時，假設(shè)裂縫為標(biāo)準(zhǔn)矩形，支撐劑回流臨界流量可由下式求得：

式中：QC為現(xiàn)場返排量，m3/h；hf為儲層厚度，m；wf為裂縫寬度，m；φp為支撐剖面孔率，%；Bo為體積系數(shù)。

以A-平1井為例，根據(jù)A區(qū)塊支撐劑及裂縫參數(shù)，通過臨界流速計算公式可求得臨界出砂流速為0.06 m/s。結(jié)合該井裂縫條數(shù)、射開厚度等參數(shù)計算出臨界流量為4.9 m3/h，即壓后初期最大返排速度應(yīng)控制在118 m3/d以內(nèi)。A-平1井臨界返排計算見表2。

在明確了最大返排速度以后，需要通過油嘴來實現(xiàn)不同的井口油壓下所需的臨界流量，根據(jù)伯努利、連續(xù)性方程確定油嘴的大小。

伯努利方程：

連續(xù)性方程：

表2 A-平1井臨界返排量計算

根據(jù)以上方法，初步繪制了不同壓力與油嘴對應(yīng)排量圖版（圖3）。

圖3 不同壓力與油嘴對應(yīng)排量圖版

2.2 低壓自噴階段合理工作制度確定

在低壓自噴階段管理的主要目標(biāo)為合理利用地層能量提高采油速度。根據(jù)單井壓力情況，計算對應(yīng)的油嘴直徑，確定該階段生產(chǎn)制度。

根據(jù)工程流體力學(xué)原理[5]，當(dāng)油嘴后壓力與油嘴前壓力比小于0.5時，即嘴前壓力是嘴后壓力的2倍時，流體在油嘴處的流動達(dá)到臨界流動，此時流體流量只與嘴前壓力有關(guān)。

嘴前壓力Pt與油嘴流量q關(guān)系式為式

中：Pt為油嘴前壓力，MPa；Rn為變量；q為油嘴流量，m3/h；dm為油嘴直徑，m；c為常數(shù)。

由公式（5）可知，油嘴直徑確定時，油井產(chǎn)量和嘴前壓力呈線性關(guān)系，由此可得出不同直徑油嘴下壓力與產(chǎn)量變化關(guān)系圖（圖4），從而確定不同井口壓力下油嘴直徑。

2.3 間歇自噴階段合理工作制度確定

在間歇自噴階段管理的主要目標(biāo)是合理利用地層能量提高采油速度。理論分析及現(xiàn)場試驗表明，將被動間歇自噴轉(zhuǎn)為主動間歇自噴可提高油井產(chǎn)量[6]，結(jié)合低壓自噴階段研究結(jié)論得出間歇自噴須滿足以下條件：24 h 內(nèi)壓力恢復(fù)拐點(diǎn)值大于2 倍回壓。

油井是否需要間歇自噴生產(chǎn)，需要通過壓力恢復(fù)速度和壓力穩(wěn)定值來確定。通過對A區(qū)塊壓力恢復(fù)試驗得出該區(qū)塊滿足間歇自噴的條件：一是壓力恢復(fù)速度超過0.05 MPa/2 h；二是壓力穩(wěn)定值大于1.6 MPa（回壓0.8 MPa）。

圖4 不同直徑油嘴下壓力與產(chǎn)量變化關(guān)系圖

為了摸索間歇自噴生產(chǎn)制度，在A區(qū)塊開展了壓力恢復(fù)試驗。2 口井被動自噴與主動自噴效果對比（表3）證明，主動間歇自噴采油速度高于被動間歇自噴。

2.4 下泵時機(jī)判斷

與確定間歇自噴生產(chǎn)相同，通過壓力恢復(fù)試驗判斷油井壓力能否達(dá)到回壓的2倍，且壓力恢復(fù)速度能否超過0.05 MPa/2 h。若不能滿足以上兩個條件，該井需要下泵生產(chǎn)。由圖5可知，從壓力恢復(fù)試驗可判斷該井此時需要下泵生產(chǎn)。

圖5 A-平4井下泵前壓力恢復(fù)曲線

3 現(xiàn)場應(yīng)用

截至2019 年，在42 口致密油水平井上應(yīng)用“四階段”自噴生產(chǎn)管理制度，現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)裂縫出砂。執(zhí)行間歇自噴制度的4 口井中，單井日增油5.7 t，累計少影響產(chǎn)油236.5 t，每噸原油利潤2 249 元，創(chuàng)效益53.18萬元。

表3 2口井被動自噴與主動自噴效果對比

4 結(jié)論與認(rèn)識

1）分四個階段確定壓裂水平井合理自噴工作制度，為科學(xué)指導(dǎo)大規(guī)模壓裂水平井自噴生產(chǎn)管理提供了理論基礎(chǔ)。

2）根據(jù)裂縫出砂模型及工程流體力學(xué)計算合理的初期返排和低壓自噴階段的油嘴大小，能夠?qū)崿F(xiàn)壓裂水平井自噴階段不出砂和保持地層能量的同時提高采油速度的開發(fā)目標(biāo)。

3）通過壓力恢復(fù)試驗法確定的下泵條件，為及時安全下泵提供了現(xiàn)場指導(dǎo)。