1.目的

頁巖氣水平井壓后返排作為壓裂施工作業(yè)中的重要一環(huán)，對于整體的壓裂和生產(chǎn)效果都有著重要的影響。但在目前的現(xiàn)場實際施工中，壓后返排的工作制度往往由現(xiàn)場技術(shù)人員依據(jù)其自身經(jīng)驗來確定，難以滿足頁巖氣開發(fā)上產(chǎn)愈發(fā)精細的要求。若返排時所用油嘴過大，有可能導(dǎo)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(yīng)力敏感傷害，直接影響裂縫的有效導(dǎo)流能力，并且大量支撐劑的高速噴出還有可能導(dǎo)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(jié)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(chǎn)量；此外，小油嘴返排也不能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)單位快速上產(chǎn)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(diào)整方法，以此來減輕返排過程中對基質(zhì)（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(yīng)力敏感等）的傷害，減輕出砂造成的井筒、地面設(shè)備傷害，最大限度的維持縫網(wǎng)的復(fù)雜程度、維持壓后較高的導(dǎo)流能力，實現(xiàn)頁巖氣井單井產(chǎn)能提升的目標。

2.方法

基于返排設(shè)計，根據(jù)非常規(guī)試油氣錄井采集的實時數(shù)據(jù)，對現(xiàn)場油嘴程序進行監(jiān)控和調(diào)整（圖1），以達到提高頁巖氣單井產(chǎn)能和單井最終可采儲量（EUR）之目的。

圖1 返排油嘴動態(tài)調(diào)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(jù)儲層巖石力學(xué)參數(shù)確定裂縫起裂閥值下限，然后根據(jù)燜井過程中井口壓力計算裂縫內(nèi)壓力，當(dāng)裂縫內(nèi)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(jīng)閉合并且燜井期間的縫網(wǎng)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(jié)流模型、井筒壓降模型、井口油嘴節(jié)流模型及返排優(yōu)化模型，以砂拱破壞準則為基礎(chǔ)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(jù)非常規(guī)試油氣錄井采集實時高頻數(shù)據(jù)，采集回來的數(shù)據(jù)通過運算處理之后分析“流量因子、傷害因子、應(yīng)力因子、產(chǎn)能因子”的動態(tài)特征，根據(jù)4項因子綜合動態(tài)表現(xiàn)實時判斷地層裂縫真實情況，判斷當(dāng)前油嘴制度是否造成超臨界流量從而導(dǎo)致支撐劑回流，判斷當(dāng)前油嘴制度是否造成了地層傷害加劇，判斷當(dāng)前油嘴制度是否加劇了儲層應(yīng)力敏感傷害，判斷當(dāng)前油嘴制度是否達到了理論模型的流體產(chǎn)能，并據(jù)此判斷當(dāng)前是否需要對油嘴進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)之后是否能夠達到測試標準；④如此循環(huán)反復(fù)，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(qū)塊開展多次應(yīng)用的結(jié)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(tài)調(diào)整技術(shù)的井折算成同一工程改造條件之后，后者測試產(chǎn)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(chǎn)指標更優(yōu)，預(yù)測的階段EUR更高。結(jié)論認為，該項技術(shù)能夠滿足現(xiàn)場生產(chǎn)單位快速上產(chǎn)的需求，在四川盆地具有良好的應(yīng)用前景，并已獲得國家發(fā)明專利（圖2）。

圖2 發(fā)明專利證書