頁巖氣水平井壓后返排動態調整技術

1.目的

頁巖氣水平井壓后返排作為壓裂施工作業中的重要一環，對于整體的壓裂和生產效果都有著重要的影響。但在目前的現場實際施工中，壓后返排的工作制度往往由現場技術人員依據其自身經驗來確定，難以滿足頁巖氣開發上產愈發精細的要求。若返排時所用油嘴過大，有可能導致大量支撐劑回流，壓裂后形成的裂縫無法得到較好的支撐；采用大油嘴返排還有可能增大支撐劑破碎率和嵌入率，增加裂縫的應力敏感傷害，直接影響裂縫的有效導流能力，并且大量支撐劑的高速噴出還有可能導致地面測試流程的損壞。反之，若返排時所用油嘴過小，則有可能增大水相圈閉傷害，并且返排初期裂縫中的懸浮物、殘渣、巖屑、微料、結晶鹽等不能及時返排出來，容易造成堵塞，嚴重影響頁巖氣井產量；此外，小油嘴返排也不能滿足現場生產單位快速上產的需求。為此，亟須找到一種適合頁巖氣水平井壓后返排的油嘴調整方法，以此來減輕返排過程中對基質（堵塞、蠕變及水相圈閉等）和裂縫（喉道堵塞、支撐劑回流、破碎嵌入及應力敏感等）的傷害，減輕出砂造成的井筒、地面設備傷害，最大限度的維持縫網的復雜程度、維持壓后較高的導流能力，實現頁巖氣井單井產能提升的目標。

2.方法

基于返排設計，根據非常規試油氣錄井采集的實時數據，對現場油嘴程序進行監控和調整（圖1），以達到提高頁巖氣單井產能和單井最終可采儲量（EUR）之目的。

圖1 返排油嘴動態調整流程示意圖

具體步驟如下：①確定合理的燜井時間及開井油嘴，首先根據儲層巖石力學參數確定裂縫起裂閥值下限，然后根據燜井過程中井口壓力計算裂縫內壓力，當裂縫內流體壓力等于或略小于裂縫起裂閥值下限時即可以開井，此時裂縫已經閉合并且燜井期間的縫網擴展程度趨于最大化；②建立裂縫閉合后的氣水兩相支撐劑回流模型（砂拱模型）、孔眼節流模型、井筒壓降模型、井口油嘴節流模型及返排優化模型，以砂拱破壞準則為基礎求取返排臨界流速，從而確定開井油嘴與返排過程中的臨界油嘴尺寸；③開井之后根據非常規試油氣錄井采集實時高頻數據，采集回來的數據通過運算處理之后分析“流量因子、傷害因子、應力因子、產能因子”的動態特征，根據4項因子綜合動態表現實時判斷地層裂縫真實情況，判斷當前油嘴制度是否造成超臨界流量從而導致支撐劑回流，判斷當前油嘴制度是否造成了地層傷害加劇，判斷當前油嘴制度是否加劇了儲層應力敏感傷害，判斷當前油嘴制度是否達到了理論模型的流體產能，并據此判斷當前是否需要對油嘴進行調節，調節之后是否能夠達到測試標準；④如此循環反復，直到氣井達到測試標準。

3.作用和效果

在四川盆地威遠頁巖氣區塊開展多次應用的結果表明：較之于同平臺的鄰井，采用上述頁巖氣壓后返排動態調整技術的井折算成同一工程改造條件之后，后者測試產量更高，測試壓力更高，頁巖氣無阻流量較同平臺鄰井提高20%～40%，初期生產指標更優，預測的階段EUR更高。結論認為，該項技術能夠滿足現場生產單位快速上產的需求，在四川盆地具有良好的應用前景，并已獲得國家發明專利（圖2）。

圖2 發明專利證書