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，河南 鄭州 450042）

1 壓后返排機理及建模思路

就目前的水力加砂壓裂儲層改造工藝來講，壓后返排工作一定程度上影響了儲層改造效果。裂縫強制閉合過程中，油嘴過大，放噴過快，將導致支撐劑回流，影響縫口的鋪砂效果，降低有效導流能力；油嘴過小、放噴過慢，會導致液體滯留地層的時間過長，加劇入地壓裂液對地層的二次傷害，影響儲層改造效果。通過建立壓裂液返排定量計算模型，編制壓裂氣井的返排計算軟件，可以制定針對單井工程地質特征的返排制度，用來指導壓后返排提高儲層改造效果[1]。

（1）通過對水平井壓裂返排井身結構特點進行分析，建立①油嘴和井筒耦合返排流量計算模型；②攜砂液在井筒中管流壓降計算模型；③井筒與裂縫質量守恒耦合模型；④裂縫閉合和壓裂液濾失量計算模型；⑤支撐劑在裂縫中啟動模型。

（2）通過模型①②③④⑤建立水平井壓裂液返排裂縫強制閉合模型，給定生產油嘴的情況下，預測井口壓力的下降規(guī)律和裂縫閉合的時間。

（3）計算支撐劑的臨界啟動流速，通過模型①③④⑤建立最大返排油嘴與井口壓力的關系式。為了不使支撐劑大量返排，通過步驟（2）得到預測之后，可根據(jù)最大返排油嘴與井口壓力的關系式來及時更換返排油嘴尺寸，以使返排效果最優(yōu)。

（4）在理論模型研究基礎之上，編制氣井返排計算軟件，進行實例計算。

2 現(xiàn)場壓后返排特點

收集、整理了近年東勝氣田水平井分段壓裂井的壓裂試氣資料，按照試氣求產無阻流量的大小，確定無阻流量在10×104m3/d 以上的井為高產井，4～10×104m3/d 為中產井，4×104m3/d 以下為低產井，分別對不同產能的水平井壓后排液特點進行了總結分析，為壓后排液制度的優(yōu)化提供依據(jù)。

2.1 高產井（QAOF ≥10×104 m3/d）

該類氣井地層物性好，壓入地層的壓裂液很容易擴散到遠處地層，通常在放大產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，氣產量隨井口壓力升高而逐漸升高。日排液量通常會降低至30 m3以下。一般現(xiàn)場操作方法為：開始選用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，待壓力開始反彈，說明氣已經開始從地層進入井筒，壓裂彈性能和液氮助排階段基本結束，此時在保證臨界攜液流量的前提下可適當控制放噴產量。該類井通常在放噴排液階段會經歷閉合控制、放大排量和壓力上升三個階段，一般采用油嘴控制連續(xù)排液即可達到求產的條件。

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

此類氣井特點是放噴后井口壓力很快下降到很低，然后反彈，但壓力上升相對緩慢，氣產量隨著壓力的升高而逐漸升高，當壓力和氣產量基本不上升時，放大生產壓差后通常壓力會呈現(xiàn)穩(wěn)中有降的趨勢，氣產量上升幅度不大或者基本不增?，F(xiàn)場一般通過油嘴控制連續(xù)排液并可結合關開井激勵排液解堵措施達到求產條件[2]。

2.3 低產井（QAOF ≤4×104 m3/d）

此類氣井特點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，甚至無法排液。需要借助人工舉升排液方法配合排液才能實現(xiàn)自噴，目前現(xiàn)場主要是通過液氮氣舉和抽汲排液方式加以助排。

3 壓后返排制度優(yōu)化

通過返排制度優(yōu)化設計軟件對十余口井進行相關計算，并與現(xiàn)場實測生產數(shù)據(jù)進行對比，實施效果良好。

圖1 不同油嘴井口壓力隨返排時間關系圖

圖2 不同油嘴井口壓力隨臨界流速關系圖

（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，相應的井口壓力降落越快。

（2）當給定返排油嘴，通過井口壓力與返排油嘴關系式可計算出不同返排井口壓力下對應的裂縫內壓裂液的臨界流速，如圖2 所示。在返排的過程中，要想保證不出砂，必須保證支撐劑啟動模型計算的臨界流速大于該壓裂內壓裂液的臨界流速，否則需要更換較小的油嘴。

（3）不同油嘴直徑對應累積濾失量曲線見圖3。濾失量與油嘴直徑負相關，返排油嘴直徑越小，濾失量越大，可見，小油嘴返排使壓裂液儲層傷害嚴重，因次，盡可能用較大油嘴實現(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程中，井口壓力降落越來越快。通過以上分析，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系曲線及時更換油嘴進行返排[3]。

圖3 返排時間與濾失量關系圖

圖4 油嘴控制優(yōu)化示意圖

4 結語

（1）通過對氣井高、中、低產的劃分，進一步認識了不同產能水平氣井壓后排液規(guī)律。

（2）通過理論研究和現(xiàn)場實踐，結合不同放噴油嘴直徑所對應的井口壓力變化規(guī)律，形成了水平氣井壓后控制放噴的工作制度，為現(xiàn)場施工人員選擇合適的返排時機及油嘴尺寸提供了參考。

（3）水平井壓裂液返排時每一段的返排能量均不同，返排時最晚壓裂的段其返排量能量最大，只有當其壓力降低至前面施工段壓力時，前一段壓裂液才開始返排。因此在保證不出砂的情況下，應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，應優(yōu)化壓裂設計中影響返排率的液氮比例、破膠程序等參數(shù)，在確保施工質量的同時，以達到提高返排率的目的。