页岩气水平井压后返排动态调整技术

1.目的

页岩气水平井压后返排作为压裂施工作业中的重要一环，对于整体的压裂和生产效果都有着重要的影响。但在目前的现场实际施工中，压后返排的工作制度往往由现场技术人员依据其自身经验来确定，难以满足页岩气开发上产愈发精细的要求。若返排时所用油嘴过大，有可能导致大量支撑剂回流，压裂后形成的裂缝无法得到较好的支撑；采用大油嘴返排还有可能增大支撑剂破碎率和嵌入率，增加裂缝的应力敏感伤害，直接影响裂缝的有效导流能力，并且大量支撑剂的高速喷出还有可能导致地面测试流程的损坏。反之，若返排时所用油嘴过小，则有可能增大水相圈闭伤害，并且返排初期裂缝中的悬浮物、残渣、岩屑、微料、结晶盐等不能及时返排出来，容易造成堵塞，严重影响页岩气井产量；此外，小油嘴返排也不能满足现场生产单位快速上产的需求。为此，亟须找到一种适合页岩气水平井压后返排的油嘴调整方法，以此来减轻返排过程中对基质（堵塞、蠕变及水相圈闭等）和裂缝（喉道堵塞、支撑剂回流、破碎嵌入及应力敏感等）的伤害，减轻出砂造成的井筒、地面设备伤害，最大限度的维持缝网的复杂程度、维持压后较高的导流能力，实现页岩气井单井产能提升的目标。

2.方法

基于返排设计，根据非常规试油气录井采集的实时数据，对现场油嘴程序进行监控和调整（图1），以达到提高页岩气单井产能和单井最终可采储量（EUR）之目的。

图1 返排油嘴动态调整流程示意图

具体步骤如下：①确定合理的焖井时间及开井油嘴，首先根据储层岩石力学参数确定裂缝起裂阀值下限，然后根据焖井过程中井口压力计算裂缝内压力，当裂缝内流体压力等于或略小于裂缝起裂阀值下限时即可以开井，此时裂缝已经闭合并且焖井期间的缝网扩展程度趋于最大化；②建立裂缝闭合后的气水两相支撑剂回流模型（砂拱模型）、孔眼节流模型、井筒压降模型、井口油嘴节流模型及返排优化模型，以砂拱破坏准则为基础求取返排临界流速，从而确定开井油嘴与返排过程中的临界油嘴尺寸；③开井之后根据非常规试油气录井采集实时高频数据，采集回来的数据通过运算处理之后分析“流量因子、伤害因子、应力因子、产能因子”的动态特征，根据4项因子综合动态表现实时判断地层裂缝真实情况，判断当前油嘴制度是否造成超临界流量从而导致支撑剂回流，判断当前油嘴制度是否造成了地层伤害加剧，判断当前油嘴制度是否加剧了储层应力敏感伤害，判断当前油嘴制度是否达到了理论模型的流体产能，并据此判断当前是否需要对油嘴进行调节，调节之后是否能够达到测试标准；④如此循环反复，直到气井达到测试标准。

3.作用和效果

在四川盆地威远页岩气区块开展多次应用的结果表明：较之于同平台的邻井，采用上述页岩气压后返排动态调整技术的井折算成同一工程改造条件之后，后者测试产量更高，测试压力更高，页岩气无阻流量较同平台邻井提高20%～40%，初期生产指标更优，预测的阶段EUR更高。结论认为，该项技术能够满足现场生产单位快速上产的需求，在四川盆地具有良好的应用前景，并已获得国家发明专利（图2）。

图2 发明专利证书