秦 華 尹 瑯 牛會娟 王文利

（1.中石化西南工程公司井下作業(yè)分公司 四川 德陽 618000；2.中國石化西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院 四 川 德陽 618000；3.中國石油華北油田分公司第二采油廠 河北 廊坊 065709）

0 引言

水力壓裂技術(shù)是低滲透油氣井增產(chǎn)的主要方式。通過水力壓裂技術(shù)，可以改善井底附近的滲流條件，溝通油氣儲集區(qū)和改善油氣流動方式，提高油氣井的產(chǎn)能。返排工藝技術(shù)是水力壓裂技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，對于低滲致密砂巖氣藏，要求快速高效返排，減少壓裂液的濾失，從而減少對儲層的傷害；而對于低滲凝析氣藏，快速返排會造成凝析油的析出，造成液鎖現(xiàn)象而導(dǎo)致儲層傷害。國內(nèi)外學(xué)者研究了低滲凝析氣藏壓后低效的原因并提出了控制壓后返排速度的建議［1-7］，但是對于儲層傷害程度方面研究以及如何有效地指導(dǎo)現(xiàn)場壓后返排制度尚不成熟。本文以某低滲凝析氣藏A井為例，開展了巖心傷害實驗，明確了巖心傷害機理及程度，提出了控壓返排技術(shù)，編制了計算軟件，并在B井進行了先導(dǎo)試驗，有效地指導(dǎo)了現(xiàn)場返排制度，測試表明效果顯著。

1 儲層特征及測試情況

L氣藏屬于宏觀受斷層及構(gòu)造背景控制、河道控制為主的巖性凝析氣藏，氣藏壓力系數(shù)0.85～1.02，屬于正常壓力系統(tǒng)，油氣樣綜合分析井流物組成，C1含量為78.869%，C2以上含量為18.801%，N含量為3.03%，以甲烷為主生產(chǎn)氣油比為2 362，為典型的中—高含凝析油凝析氣藏。

根據(jù)A井高壓物性實驗顯示：地層流體的露點壓力為31.7 MPa，與原始地層壓力45.4 MPa相比，地露壓差為13.7 MPa；平均孔隙度為7.2%，平均滲透率0.21 mD，屬于特低孔、特低滲儲層，巖性以灰色粉砂巖為主，必須通過水力壓裂技術(shù)獲產(chǎn)。A井壓后排液過程中出現(xiàn)壓力迅速由25 MPa降至0，后期需要依靠抽吸排液，返排率僅為21%，出現(xiàn)自然產(chǎn)能較低的情況，無阻流量僅為3.2×104m3／d，增產(chǎn)效果與地質(zhì)預(yù)期相差甚遠(yuǎn)。

2 儲層傷害評價

根據(jù)Meng等人的研究成果，砂巖巖樣在水中浸泡60 min后會導(dǎo)致滲透率下降50%～90%，造成嚴(yán)重的水鎖效應(yīng)［8-9］。壓裂返排過程中凝析油的析出，會影響多孔介質(zhì)的油氣水三相流動，可能大幅度降低氣相滲透率。為明確水鎖傷害和凝析油傷害的程度，開展了儲層傷害室內(nèi)評價實驗。

2.1 水鎖傷害

水鎖傷害的室內(nèi)測試方法是首先測定巖心初始含水飽和度和初始滲透率Kg0，再采用壓裂液或破膠液進行巖心驅(qū)替。用皂沫流量計每隔1 h記錄N2流量，測定巖樣滲透率Kgi，并計算滲透率返排恢復(fù)率，監(jiān)測時間24 h。同時，水鎖傷害是隨著含水飽和度的增加逐漸增大的，根據(jù)表1的實驗結(jié)果顯示，巖心含水飽和度達(dá)到50%以上時，水鎖傷害程度可達(dá)到中等偏強（50%～70%）。因此，在氣井壓后返排時應(yīng)該立即且快速排液，將人工裂縫附近儲層中的含水飽和度降至50%以下。

表1 水鎖傷害實驗結(jié)果表

2.2 凝析油傷害

凝析油傷害的室內(nèi)實驗方法是首先對巖心反向驅(qū)替N2，然后正向驅(qū)替壓裂液破膠液再反向自吸入凝析油，最后反向返排N2，測定不同返排壓力下巖心的傷害情況。實驗結(jié)果如表2所示，凝析油傷害率在90%以上，可見凝析油對巖心的傷害比壓裂液更大。一旦人工裂縫附近壓力低于露點造成凝析油析出，若僅有少量凝析油被采出，絕大部分凝析油在人工裂縫附近儲層聚集，會進一步阻礙天然氣的滲流通道，從而嚴(yán)重影響氣井返排以及壓后的產(chǎn)能。因此，需要氣井壓后控制井底壓力高于露點壓力，避免凝析油析出。

表2 凝析油對巖心的傷害率情況表

3 控壓返排制度

對于凝析氣藏控壓返排技術(shù)的關(guān)鍵點首先在于明確儲層的露點壓力，建議井下取樣確定?？貕悍蹬艑嵤┎襟E如下：① 當(dāng)井底壓力大于露點壓力時，根據(jù)支撐劑臨界出砂流速確定返排制度，快速排液；② 當(dāng)井底壓力等于露點壓力時，設(shè)井底壓力等于露點壓力，根據(jù)產(chǎn)油氣水量反算需要控制的井口壓力，根據(jù)井口壓力利用噴嘴壓降方程計算確定當(dāng)量油嘴大?。虎?若無液體排出時測試求產(chǎn)，測試的井口壓力仍要考慮井底壓力大于露點壓力。步驟②在后期排液時應(yīng)該反復(fù)進行直到無壓裂液返出，但求產(chǎn)后建議立即關(guān)井復(fù)壓，保持地層壓力。

3.1 井底壓力計算

井底流壓的準(zhǔn)確性是實施控壓返排的前提。壓后返排過程初期為液相，后期為氣液兩相（假設(shè)凝析油未析出），可采用Beggs和Brill兩相管流計算方法［10］，對A井壓后返排數(shù)據(jù)進行計算，如圖1所示，計算結(jié)果與井下實測數(shù)據(jù)相比平均誤差為4.33%，滿足了工程誤差的需求。

3.2 臨界出砂流速計算

對臨界出砂流速計算目前主要是基于力學(xué)平衡原理，可采用實驗方法來確定臨界出砂流速［11-12］。選擇30／50目體積密度為1.72 g／cm3的陶粒支撐劑進行實驗，并采用0.35%瓜膠壓裂液的破膠液黏度50 mPa·s、20 mPa·s、10 mPa·s和3 mPa·s來模擬壓裂液的不同破膠階段。50 mPa·s和20 mPa·s代表破膠效果不好，10 mPa·s和3 mPa·s代表破膠較好。采用裂縫支撐劑閉合夾持力0.1 MPa、1 MPa、2 MPa、5 MPa和10 MPa來模擬支撐裂縫的逐漸閉合過程。在不同壓裂液黏度和裂縫支撐劑閉合夾持力的情況下，陶粒支撐劑的穩(wěn)定性通過測試支撐劑臨界回流流速來進行評價，實驗結(jié)果見表3所示。

圖1 A井計算井底壓力及實測井底壓力圖

表3 陶粒支撐劑在不同壓裂液黏度和支撐劑閉合夾持力下的臨界出砂流速表mL／min

由表3的實驗數(shù)據(jù)可知，壓裂液黏度和支撐劑閉合夾持力是影響支撐劑回流的關(guān)鍵因素。在高破膠液黏度和低支撐劑閉合夾持力下，支撐劑更容易回流。因此，在壓后排液初期，要求控制排液速度，強制裂縫閉合，待裂縫閉合后才逐步加大返排速度。考慮壓裂液充分破膠，根據(jù)返排壓裂液黏度為3 mPa·s的實驗數(shù)據(jù)建立支撐劑閉合夾持力和臨界流速的關(guān)系方程，即：

式中，y為臨界出砂流速，mL／min；x為支撐劑閉合夾持力，MPa。

其參數(shù)回歸結(jié)果為：y0＝-63.5，x0＝-4.7，A1＝24.2，A2＝20.1，t1＝11.8，t2＝12.4。

3.3 放噴油嘴當(dāng)量直徑計算

隨著返排的進行，首先是裂縫不斷閉合，作用在支撐劑上的閉合夾持力越大，可獲得不同排液階段的臨界出砂流速；其次根據(jù)壓裂設(shè)計的裂縫高度和裂縫寬度可以獲得臨界出砂流量；最后根據(jù)井口排液壓差利用噴嘴的壓降損失方程，可以獲得放噴油嘴當(dāng)量直徑。噴嘴壓降損失方程為［12］：

式中，Δp為噴嘴孔眼壓差，MPa； ρ為噴射液密度，g/cm3；Q為噴射排量，m3／min；n為噴嘴孔數(shù)，個；d為噴嘴直徑，mm；Cd為孔眼流量系數(shù)（通常取0.8～1.0），無量綱。

已知噴嘴壓力降和排量，則當(dāng)量噴嘴直徑為：

式中，de為噴嘴當(dāng)量直徑，cm；ρ為流體密度，g／cm3。

4 實例計算

基于上述計算方法，利用VB軟件編制計算程序并進行實例計算。B井為A井同層位的鄰井，現(xiàn)場采用了控壓返排技術(shù)。根據(jù)表4所示的B井地層基礎(chǔ)參數(shù)，其露點壓力為31.7 MPa，因此需要控制井底流壓高于31.7 MPa，采用臨界出砂流速模型，可以獲得不同井口壓力下對應(yīng)的臨界出砂流速及當(dāng)量油嘴直徑。如表5所示：① 排液初期井底壓力高于31.7 MPa，可以根據(jù)表5所示的制度快速排液，減少水鎖傷害。② 當(dāng)井底壓力低于31.7 MPa，如圖2所示，B井排液初期根據(jù)表5中的油嘴直徑大小排液，排液后期要求控制井底流壓高于31.7 MPa。根據(jù)圖2所示的B井實際返排數(shù)據(jù)，B井在排液至20 h時，利用兩相管流計算程序，根據(jù)測試日產(chǎn)氣量為7 746 m3，日產(chǎn)水量為190 m3，利用井底壓力31.7 MPa反算出此時井口壓力應(yīng)該控制的大小為5.86 MPa。為了控制井口壓力大于5.86 MPa，根據(jù)噴嘴壓降損失方程，可計算得到此時的當(dāng)量油嘴大小為4.5 mm，實際更換4 mm油嘴，后期進一步采用3 mm油嘴控制。B井最終測試返排率為54%，無阻流量為4.9×104m3／d，相對于A井而言分別提高157%和53%，返排效果及測試產(chǎn)量大幅提升，增產(chǎn)效果顯著。

表4 B井基礎(chǔ)參數(shù)表

表5 B井不同井口壓力下計算的臨界出砂流速表

圖2 B井壓后返排數(shù)據(jù)圖

5 結(jié)論

1）低滲凝析氣藏傷害主要是水鎖傷害和凝析油傷害，其中凝析油對滲透率傷害達(dá)到90%以上，應(yīng)該盡量避免。

2）通過室內(nèi)實驗建立的臨界出砂流速模型能更好指導(dǎo)壓后初期快速排液，提高返排率，降低水鎖傷害。

3）露點壓力的準(zhǔn)確性以及井底壓力計算的可靠性是實現(xiàn)控壓返排的關(guān)鍵。

4）建議針對低滲凝析氣藏開展控壓返排措施，確定合理的返排制度，避免凝析油的析出傷害儲層，提高單井產(chǎn)能。