低渗透油藏压裂返排求产工艺参数研究

王大江（中石化江汉油田分公司石油工程技术研究院，湖北武汉 430035）

低渗透油藏压裂返排求产工艺参数研究

王大江
（中石化江汉油田分公司石油工程技术研究院，湖北武汉 430035）

压裂返排是低渗油气藏水力压裂增产施工中的重要环节。现场返排制度大多仍靠经验确定，缺少科学依据。通过研究普通砂岩返排模型，确定了压裂后的压裂液最佳返排速度及时机，建立了不同井口压力条件下的放喷制度，形成了较为完善的压后返排参数优化及助排技术选择，可以有效地提高压裂工艺效果。

压裂返排；油嘴直径；助排工艺；压后求产

1　前言

低渗透油藏往往自然产能差，必须进行水力压裂改造才能形成有效产能。随着低渗、特低渗透油气储量的不断发现，特别是近年来致密油气、页岩油气的开发，水力压裂措施改造在油气资源的勘探开发上起着越来越重大的作用。水力压裂的目的是为了在低渗储层中获得高导流能力的裂缝以提高油气在储层中的渗流能力，工程技术人员希望使支撑剂在裂缝内获得较好的铺置使裂缝具有较高的导流能力，这就需要通过对压裂溶返排流速的控制来实现，但在现场施工时由于没有选择合理的时机、正确的返排工艺以及优化的参数对支撑剂的回流进行控制，往往会导致大量的支撑剂回流到井筒，影响了支撑剂在储层内的铺置，从而影响裂缝导流能力。

压后合理的排溶方式及求产工作制度是保证理想压裂效果的必要条件。因此，为了充分发挥压裂增产潜力，必须对其进行完善配套。压后合理返排的主要目的是在不破坏岩层结构及保证入井的支撑剂不回流的前提下，尽量减少压裂溶对地层的伤害。近十年来，国外先后提出了小排量返排、强化返排、反向脱砂等三种有代表性的理论观点；国内则是通常先扩散压力，待裂缝闭合后，采用小油嘴控制放喷的方式，做法类似控制小排量返排工艺，但与小排量返排工艺不同，不经过扩散压力，而以小油嘴直接返排。

2　控制油嘴自喷排液

2.1油嘴压力损耗

油嘴的压力损耗是压裂溶流过油嘴以后压力降低的值。

图1　返排压裂液过油嘴示意图

图2　压裂液返排过程示意图

在压裂溶流过油嘴前取一点A，在压裂溶流过油嘴后取一点B，点A和点B处压裂溶的压力和速度分别为PA，vA和PA，vB，油嘴的高度为H0，压裂溶流过油嘴后损失的水头为hjm，如图1所示。根据水力学原理，可以写出点A，点B处的能量方程式如下：

其中：γ0为重度，g为重力加速度。

由于H0很小可以忽略不计，在油嘴控制放喷时，vB远大于vA，式（1）于是可简化为：

其中：Q为排溶量；ρ为压裂溶密度；Cm为油嘴的流量系数；AB为油嘴出口截面积。

由式（5）可以看出，流量系数Cm越大，油嘴阻力越小，能量损失越少。

以往压裂现场油嘴入口均为直角，这种油嘴的流量系数Cm较小，流体通过油嘴时的水力压头损失较大，地层流体的一部分能量在克服油嘴阻力时被消耗，对于低渗透油藏的压裂溶迅速高效返排是不利的。

2.2放喷参数优选

对于压后前期，压裂溶的返排属于稳定泄流，其流量由式（6）确定：

对于返排后期，压裂溶的返排属于不稳定渗流，设在微小时段dt内，裂缝内的压裂溶下降了dH的高度，令泄流面积为S，如图2所示，则有

表示随着时间t增加，裂缝高度H降低，逐渐闭合；在微小时段dt内的流动是稳定的，将式（6）代入式（7），则可求取裂缝闭合所需时间T

积分结果为：

从开始放喷到地层闭合这段时间内，地层返排出的溶体体积

将式（9）代入式（10），可得

由此可以看出，放喷油嘴直径越小，地层闭合所需时间越长，地层返排压裂溶量越多。

当地层达到闭合压力时，地层供给能量基本衰竭，改用大油嘴或敞口放喷，把剩余的压裂溶喷出来，减少压裂溶向地层漏失。

3　各类压后助排工艺

3.1二氧化碳助排

二氧化碳压裂助排可以根据储层特点及增产要求采取预注二氧化碳、段塞注入二氧化碳、全程注入二氧化碳几种方式。其压后助排的机理都是：①溶态二氧化碳在进入井筒或储层达到临界温度31℃后气化形成泡沫，从而使得溶柱压力降低；②二氧化碳溶于水后形成弱酸性环境，可以在一定程度上溶解地层胶结物，改善储层渗透率，提高返排速率。

3.2氮气助排

氮气压缩比高，在压裂施工过程中溶氮随压裂溶沿着裂缝进入储层，压后放喷时，溶氮膨胀气化与压裂溶混合，可以有效降低井筒溶柱压力，实现助排的目的，同时，氮气助排还可以有效地携砂，减小对储层的伤害。

4　压后求产工艺参数优选

对于压裂之后可以自喷的井，往往考虑根据油压及返排出的压裂溶的性质、体积进行油嘴直径的调整，目的是实现压裂溶的尽快返排，裂缝实现有效支撑。压裂返排过程中油嘴直径选择的原则见表1。

对于压裂之后没有自喷能力的井，往往气油比低、排溶量小，基本可以分为以下几种情况：①对于产油量较高的井，可以使用抽子采用开式抽汲或闭式抽汲以及螺杆泵进行求产；②对于产量较低的井（小于10 m3/d），采用抽子提捞工艺求产。

表1　压裂返排期油嘴选择表

4　结束语

1）自喷返排适用于地层能量充足的储层，特别是在压裂之后能够自喷生产的油层，优选参数可以有效提高返排效率，压裂之后没有自喷能力的井则需要泵排等工艺实现压后返排，提高压裂效果；

2）建立了压裂返排溶地面回流过油嘴临界流速变化的计算模型，进一步推导了放喷油嘴的优选模型，并根据此模型得出了不同溶量、气油比、含水条件下的低渗透油藏压裂返排放喷油嘴尺寸优选原则；

3）压裂过程中混注二氧化碳、氮气可以降低溶柱压力，提高压后返排速率，对于低渗储层是有利的。

[1] 朱晓荣.建南气田裂缝性碳酸盐岩储层增产措施技术难点及解决办法[J].江汉石油学院学报，2004，26（s）：75-76.

[2] 杨丙秀，蒋廷学，丁云宏，等裂缝强制闭合时合理返排制度优选[J].天然气经济，2004，6（3）：60-64.

[3] 蒋廷学，胥云，张绍礼，等水力压裂后返排期间放喷油嘴尺寸的动态优选方法[J].石油钻探技术，2005，36（2）：54-55.

[4] 王雷，张士诚.压裂溶返排速度对支撑剂回流量及其在裂缝内分布的影响[J].油气地质与采收率，2008，15（1）：101-102.

[5] 胡学军，冯建华，齐梅，等.砂岩气藏基质酸化残溶返排影响因素研究[J].石油钻采工艺，2011，33（2）：94-97.

[6] 戴江，李子丰，于振东，等.不动管柱压裂及排溶求产工艺与现场试验[A].中国油气钻采新技术高级研讨会论文集[C].北京：石油工业出版社，2006：495-499.

[7] 李小龙，肖雯，刘晓强，等.压裂返排技术优化[J].断块油气田，2015，22（3）：402-404.

[8] 胡景宏.压裂溶返排模型及应用研究[D].成都：西南石油大学，2007.

[9] 汪翔.裂缝闭合过程中压裂溶返排机理研究与返排控制[D].北京：中国科学院研究生院（渗流流体力学研究所），2004.

Study on Low Permeability Reservoir Fracturing Flowback DeliveRability Parameters

Wang Da-jiang

Fracturing flowback is an important part of hydraulic fracturing stimulation in low permeability reservoirs construction. Construction site flowback parameter remains largely determined by experience，the lack of scientific evidence.Having studied the model of fracturing flowback in common sandstone，Determine the optimum fracturing fluid flowback velocity and timing after fracturing，the establishment of a blowout system wellhead pressure under different conditions，to form a more perfect after flowback pressure parameter optimization and cleanup technology selection，it can effectively improve fracturing stimulation result.

fracturing flowback；choke diameter；cleanup support；deliverability after fracturing

TE357

A

1003-6490（2016）03-0027-02

2016-02-28

王大江（1983—），男，江苏沭阳人，工程师，主要从事机械采油工艺及油气增产措施研究工作。