楊加加，楊海盼（華北石油工程有限公司井下作業(yè)分公司HB-SY105/DX501隊(duì)，河南 鄭州 450042）

1 壓后返排機(jī)理及建模思路

就目前的水力加砂壓裂儲(chǔ)層改造工藝來(lái)講，壓后返排工作一定程度上影響了儲(chǔ)層改造效果。裂縫強(qiáng)制閉合過(guò)程中，油嘴過(guò)大，放噴過(guò)快，將導(dǎo)致支撐劑回流，影響縫口的鋪砂效果，降低有效導(dǎo)流能力；油嘴過(guò)小、放噴過(guò)慢，會(huì)導(dǎo)致液體滯留地層的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，加劇入地壓裂液對(duì)地層的二次傷害，影響儲(chǔ)層改造效果。通過(guò)建立壓裂液返排定量計(jì)算模型，編制壓裂氣井的返排計(jì)算軟件，可以制定針對(duì)單井工程地質(zhì)特征的返排制度，用來(lái)指導(dǎo)壓后返排提高儲(chǔ)層改造效果[1]。

（1）通過(guò)對(duì)水平井壓裂返排井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，建立①油嘴和井筒耦合返排流量計(jì)算模型；②攜砂液在井筒中管流壓降計(jì)算模型；③井筒與裂縫質(zhì)量守恒耦合模型；④裂縫閉合和壓裂液濾失量計(jì)算模型；⑤支撐劑在裂縫中啟動(dòng)模型。

（2）通過(guò)模型①②③④⑤建立水平井壓裂液返排裂縫強(qiáng)制閉合模型，給定生產(chǎn)油嘴的情況下，預(yù)測(cè)井口壓力的下降規(guī)律和裂縫閉合的時(shí)間。

（3）計(jì)算支撐劑的臨界啟動(dòng)流速，通過(guò)模型①③④⑤建立最大返排油嘴與井口壓力的關(guān)系式。為了不使支撐劑大量返排，通過(guò)步驟（2）得到預(yù)測(cè)之后，可根據(jù)最大返排油嘴與井口壓力的關(guān)系式來(lái)及時(shí)更換返排油嘴尺寸，以使返排效果最優(yōu)。

（4）在理論模型研究基礎(chǔ)之上，編制氣井返排計(jì)算軟件，進(jìn)行實(shí)例計(jì)算。

2 現(xiàn)場(chǎng)壓后返排特點(diǎn)

收集、整理了近年?yáng)|勝氣田水平井分段壓裂井的壓裂試氣資料，按照試氣求產(chǎn)無(wú)阻流量的大小，確定無(wú)阻流量在10×104m3/d 以上的井為高產(chǎn)井，4～10×104m3/d 為中產(chǎn)井，4×104m3/d 以下為低產(chǎn)井，分別對(duì)不同產(chǎn)能的水平井壓后排液特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析，為壓后排液制度的優(yōu)化提供依據(jù)。

2.1 高產(chǎn)井（QAOF ≥10×104 m3/d）

該類(lèi)氣井地層物性好，壓入地層的壓裂液很容易擴(kuò)散到遠(yuǎn)處地層，通常在放大產(chǎn)量放噴階段壓裂注入的壓力基本釋放掉，然后油壓迅速反彈，并逐漸升高至較高水平，且上升速度較快，氣產(chǎn)量隨井口壓力升高而逐漸升高。日排液量通常會(huì)降低至30 m3以下。一般現(xiàn)場(chǎng)操作方法為：開(kāi)始選用3～5 mm 油嘴排液，排液1～2 h 后不出砂的情況下更換大油嘴快速排液，待壓力開(kāi)始反彈，說(shuō)明氣已經(jīng)開(kāi)始從地層進(jìn)入井筒，壓裂彈性能和液氮助排階段基本結(jié)束，此時(shí)在保證臨界攜液流量的前提下可適當(dāng)控制放噴產(chǎn)量。該類(lèi)井通常在放噴排液階段會(huì)經(jīng)歷閉合控制、放大排量和壓力上升三個(gè)階段，一般采用油嘴控制連續(xù)排液即可達(dá)到求產(chǎn)的條件。

2.2 中產(chǎn)井（4×104 m3/d ≤QAOF ≤10×104 m3/d）

此類(lèi)氣井特點(diǎn)是放噴后井口壓力很快下降到很低，然后反彈，但壓力上升相對(duì)緩慢，氣產(chǎn)量隨著壓力的升高而逐漸升高，當(dāng)壓力和氣產(chǎn)量基本不上升時(shí)，放大生產(chǎn)壓差后通常壓力會(huì)呈現(xiàn)穩(wěn)中有降的趨勢(shì)，氣產(chǎn)量上升幅度不大或者基本不增?，F(xiàn)場(chǎng)一般通過(guò)油嘴控制連續(xù)排液并可結(jié)合關(guān)開(kāi)井激勵(lì)排液解堵措施達(dá)到求產(chǎn)條件[2]。

2.3 低產(chǎn)井（QAOF ≤4×104 m3/d）

此類(lèi)氣井特點(diǎn)是壓裂放噴后井口壓力很快下降到很低的程度，甚至為零，基本不反彈或者反彈到很低的程度，排液量也隨著壓力下降而迅速下降到很低的水平，排液困難，甚至無(wú)法排液。需要借助人工舉升排液方法配合排液才能實(shí)現(xiàn)自噴，目前現(xiàn)場(chǎng)主要是通過(guò)液氮?dú)馀e和抽汲排液方式加以助排。

3 壓后返排制度優(yōu)化

通過(guò)返排制度優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件對(duì)十余口井進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)施效果良好。

圖1 不同油嘴井口壓力隨返排時(shí)間關(guān)系圖

圖2 不同油嘴井口壓力隨臨界流速關(guān)系圖

（1）選取不同直徑油嘴返排的壓力降落曲線，如圖1 所示。選取不同油嘴返排，井口壓降速度不同，油嘴直徑越大，返排越快，相應(yīng)的井口壓力降落越快。

（2）當(dāng)給定返排油嘴，通過(guò)井口壓力與返排油嘴關(guān)系式可計(jì)算出不同返排井口壓力下對(duì)應(yīng)的裂縫內(nèi)壓裂液的臨界流速，如圖2 所示。在返排的過(guò)程中，要想保證不出砂，必須保證支撐劑啟動(dòng)模型計(jì)算的臨界流速大于該壓裂內(nèi)壓裂液的臨界流速，否則需要更換較小的油嘴。

（3）不同油嘴直徑對(duì)應(yīng)累積濾失量曲線見(jiàn)圖3。濾失量與油嘴直徑負(fù)相關(guān)，返排油嘴直徑越小，濾失量越大，可見(jiàn)，小油嘴返排使壓裂液儲(chǔ)層傷害嚴(yán)重，因次，盡可能用較大油嘴實(shí)現(xiàn)破膠壓裂液的快速返排。

（4）圖4 表明，在油嘴由小到大的變化過(guò)程中，井口壓力降落越來(lái)越快。通過(guò)以上分析，可知要使壓裂液返排制度最優(yōu)化，要根據(jù)井口壓力和壓裂液在裂縫中臨界流速關(guān)系曲線及時(shí)更換油嘴進(jìn)行返排[3]。

圖3 返排時(shí)間與濾失量關(guān)系圖

圖4 油嘴控制優(yōu)化示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)氣井高、中、低產(chǎn)的劃分，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了不同產(chǎn)能水平氣井壓后排液規(guī)律。

（2）通過(guò)理論研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，結(jié)合不同放噴油嘴直徑所對(duì)應(yīng)的井口壓力變化規(guī)律，形成了水平氣井壓后控制放噴的工作制度，為現(xiàn)場(chǎng)施工人員選擇合適的返排時(shí)機(jī)及油嘴尺寸提供了參考。

（3）水平井壓裂液返排時(shí)每一段的返排能量均不同，返排時(shí)最晚壓裂的段其返排量能量最大，只有當(dāng)其壓力降低至前面施工段壓力時(shí)，前一段壓裂液才開(kāi)始返排。因此在保證不出砂的情況下，應(yīng)盡可能增加排液速度，提高返排率。

（4）合理的壓后排液制度是提高返排率的有效手段，但并不是影響返排率的唯一因素，應(yīng)優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)中影響返排率的液氮比例、破膠程序等參數(shù)，在確保施工質(zhì)量的同時(shí)，以達(dá)到提高返排率的目的。