辽河油田低渗透砂岩储层压裂液返排工艺优化设计研究

李昕桥

摘 要：由于辽河油田部分去看砂岩储层低孔低渗的地质特征，通常将水平井和分段压裂技术相结合作为砂岩油气藏增产增注的的重要手段，压裂液返排是水力压裂的重要组成部分，也是压裂作业的最后一部分。压裂返排过程中，地层压力逐渐降低，凭靠经验主导的返排措施导致滤失量大、支撑剂回流、返排速度慢等现象的发生，直接影响了储层改造的增产效果。因此，形成一套合理的压后返排工艺体系有利于提高压裂液返排效率，控制支撑剂回流，强化裂缝增产效果。因此， 本文基于前人研究成果，得到了低渗透砂岩储层压裂液返排工艺优化设计方法，制定了压后返排时机，裂缝闭合方式，油嘴尺寸选择的参考准则。通过实例应用表明，本文所得到的低渗透砂岩储层压裂液返排工艺优化设计方法行之有效，切实可行。

关键词：低渗透砂岩储层;压裂液返排工艺优化;辽河油田

前言

由于低渗透砂岩油气藏典型的低孔、低渗特点，当开发进入中后期，随着地层压力的降低，这类油气藏在低压增产处理过程中对入压裂液敏感程度提高，储层极易受到水锁等伤害，导致气井产能受到影响。压裂过程一般都会引入外来流体，造成地层孔隙吼道的堵塞，影响压裂效果。尤其是水平井分段压裂，在增大了储层增产改造范围的同时，也增大了储层受到伤害的可能性，因此压裂后返排是压裂作业的重要环节，对压裂效果有很大影响。目前，在水平井分段压裂过程中，会对井筒射孔附近的地层造成一定程度的伤害，一方面需要压裂液自身性能控制;另一方面，可以通过优化工艺以及压裂液返排参数，从而降低压裂对储层伤害。通过调研发现，返排时由于返排速度过快导致的支撑剂回流及压裂液在地层中停留时间过长导致的压裂液伤害地层一直是现场工程师所关注的问题。因此，为既能控制支撑剂回流，又能使压裂液尽快返排出地层，本文建立了压裂液返排数学模型、支撑剂运动和回流模型，得到了支撑剂回流闭合前后临界返排流速和动态安全放喷油嘴半径，确定了对返排过程的主要影响因素，进而优化了压裂液返排工艺。

1.压裂液返排工艺优化设计需要完成的内容

1.1压裂液返排数学模型设计

根据体积平衡原理、流体力学、渗流力学理论等，结合返排液的二维滤失模型和拟三维裂缝模型建立压裂液返排数学模型。并分析返排过程中井口压力随时间的变化规律，准确预测裂缝闭合时间和最终平衡时间，为更换油嘴提供最佳选择时机。

1.2支撑剂运动模型和支撑剂回流模型设计

分别考虑返排开始、裂缝闭合前、裂缝闭合后三个阶段支撑剂的受力情况，建立支撑剂运动模型和支撑剂回流模型，确定裂缝闭合前后支撑剂临界返排流速，为压后返排控制支撑剂回流工艺技术提供理论支撑。

1.3安全放喷油嘴尺寸的确定

结合压裂液返排数学模型井口压力压降曲线及支撑剂回流模型裂缝闭合前后临界返排流速，建立井口压力与安全放喷油嘴尺寸的对应关系，以实现对安全放喷油嘴半径的实时控制。

1.4压裂返排工艺优化设计及现场应用

在上面的研究成果的基础上，得到了辽河油田低渗透砂岩储层压裂液返排工艺的优化设计方法，制定了压后返排时机，裂缝闭合方式，油嘴尺寸选择的参考准则;并针对某低渗透砂岩油气藏完成返排施工方案设计。

2.压裂液返排工艺优化设计具体内容

返排制度的优化设计主要将从以下三个方面进行：（1）在压裂泵注施工结束后，选择合理恰当的返排时机，依据储层特征和压裂施工参数判断是立刻返排，还是关井一段时间后再返排;（2）裂缝闭合模式的选择。可以先对关井状态下的裂缝自然闭合情况进行研究分析，研究结果可对闭合模式的选择提供参照，再选择是用强制闭合模式还是自然闭合模式;（3）返排过程中裂缝闭合前后放喷油嘴半径的选择准则，就是以支撑剂不发生回流为首要，其次是压裂液对地层的低伤害及高效返排。

2.1返排时机的选择

返排时机的确定与压裂液的破胶时间、裂缝闭合模式的选择是紧密相连的，因此可分为以下四种情况：

（1）t 0=0，压后开始返排。对于需要采用强制闭合模式的压裂井而言，破胶也可在裂缝闭合前完成，应停泵后立即返排。

（2）0

（3）t0=tc，压后开始返排时恰在裂缝闭合之后。对于需要采用自然闭合模式，破胶时间要求比较宽松，只要在裂缝闭合前完成便可，在裂缝闭合后可再进行返排。

（4）t0>tc，利用压裂液的自然滤失完成裂缝闭合乃至达到最终平衡的全过程。

2.2裂缝闭合模式的选择

裂缝的闭合模式的确定与实际储层条件以及压后裂缝的延伸状况是相关的，大概可

分为以下三种情况：

（1）强制裂缝闭合模式，适用于低渗透、低孔隙度的压裂井，或者压裂层内裂缝向上向下保持良好延伸的情况。这种模式主要可以减少压裂液在储层的滞留时间，以此减小压裂液对储层伤害;其次可以优化裂缝垂直方向上分布的支撑剂，以避免裂缝底部的支撑剂集中在缝口发生沉降，导致储层中的裂缝大面积闭合。

（2）自然裂缝闭合模式，适用于储层渗透率、孔隙度较高的压裂井。这种压裂井能较好的使支撑剂在产层铺置从而增加有效支撑缝长，是因为它有着天然的滤失优势，可以使支撑剂有效地向产层运移。

（3）有控制的返排方式，适用于压裂效果很好或者延伸距离很长的裂缝。为了使支撑剂集中在储层范围内，可在停泵后先关井或小排量返排，待支撑剂沉降到储层范围内再更换大尺寸油嘴，使裂缝快速闭合。

2.3放喷油嘴半径的选择

放喷油嘴半径的确定就是根据支撑剂回流模型和压裂返排数学模型所得到的动态安

全放喷油嘴半径，以实时控制为基准：

（1）根据压裂液返排数学模型的计算分析可知，不同的油嘴半径对应的裂缝闭合时间不同，这是因为井口压降的速度与返排流量有很大关系，返排流量越大，井口压降越快，闭合时间就会减少。在正常情况下，与小的放喷油嘴半径相对应的裂缝闭合时间太长，此时应排除小的放喷油嘴半径，并应选择较大的放喷油嘴半径。

（2）根据支撑剂回流模型，可得到一定地层条件下的安全放喷油嘴半径，选取安全放喷油嘴半径内的油嘴，可保证支撑剂不发生回流。确定油嘴尺寸后，可运用压裂液返排数学模型得到井口压力的變化规律。如果井口压力下降过慢，可根据需要放大油嘴尺寸，此时为了控制支撑剂回流，可采用纤维伴注或增加裂缝数量、控制返排流速等方法。

（3）小排量的压裂井，油嘴半径的选择可根据现场实际情况并结合已返排的流量，在返排范围内的，可以选择通过慢慢增大油嘴半径的方案。

3.结束语

本文以辽河油田低渗透砂岩储层的有效压裂为研究点，开展了优化压裂液返排工艺设计研究，通过以压裂液对地层的低伤害及高效返排为关键，考虑了返排时水平井筒内压力变化的复杂性，建立了压裂液返排数学模型，结合返排开始、裂缝闭合前后支撑剂的运动规律，建立了支撑剂运动模型和支撑剂回流模型，分析了对支撑剂回流临界返排流速的影响因素，确定了合理返排流速和安全放喷油嘴尺寸。最终，根据实际井的相关地质参数和水平井分段压裂的井身结构数据，设计完整的致密砂岩气藏水平井分段压裂返排方案。

参考文献：

[1] 陈作，田助红，曾斌.超深、致密砂岩气藏压裂优化技术[J].天然气工业，2001，21（6）：63～66.