CN110173225B - 页岩气水平井压裂后控砂返排工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩气水平井压裂后控砂返排工艺，采用2mm油嘴对已压裂完成的页岩气水平井进行开井排液，记录井口压力变化，若连续10小时内压降速率低于0.05MPa/h，则增加为3mm油嘴排液；开井排液72小时后，根据是否见气采取措施：若未见气，则根据井口压力计算井底缝内压力，若缝内压力大于该区域地层闭合压力，则继续采用3mm油嘴排液直到地层闭合；若缝内压力小于该区域地层闭合压力；若见气，则直接增大为4mm油嘴排液，在地层未出砂前提下，连续12小时内压降速率低于0.2 MPa/h时，则以1mm为单位逐级增大油嘴至测试工作制度，求取该井测试产量。本方法对返排过程中裂缝闭合程度、气液比和井筒流态的实时判断，实时优化返排制度，有效控制返排初期的井筒出砂量。
Description
技术领域
本发明涉及油气田勘探和开发领域中的油气井压裂返排测试作业技术领域，具体涉及页岩气水平井分段压裂改造后的控砂返排方法。
背景技术
国内页岩气开发普遍采用水平井分段压裂改造，改造完成后均需利用地层自身能量进行排液，达到一定返排率后才具备测试求产条件。但目前压后返排过程中地层出砂现象时常发生，出砂后地层能量不足以将水平井筒内的支撑剂携带出井，导致砂埋射孔段，液体流动通道受阻，排液速度迅速降低，严重影响压后产量求取。地层出砂后一般可以采用以下两种措施进行处理：①首先是增大排液速率，利用液体流速将井筒内的支撑剂携带出井；②若方法①无效，则下入连续油管进行冲砂。上述2种方法存在以下难点：方法①难点在于对地层是否出砂的准确判断和返排速率的控制；方法②对于采用大通径桥塞分段的水平井，由于压后大通径桥塞一直置放在水平段内，且通径一般介于65-76mm之间，与套管内通径（110-115mm）存在一定差值，即水平井筒在桥塞座封处有多个缩径处，如果地层出砂，将会在缩径处堆积，连续油管下入后存在无法顺利通过大通径桥塞和冲洗不到位的情况。
发明内容
本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种页岩气水平井压裂后控砂返排工艺，本工艺方法过对返排过程中裂缝闭合程度、气液比和井筒流态的实时判断，实时优化返排制度，有效控制返排初期的井筒出砂量，并可实现压裂井出砂后通过地层能量的举升排砂，对页岩气水平井压后出砂提供了针对性解决方法，有效解决了常规排液出现的难题。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种页岩气水平井压裂后控砂返排工艺，其特征在于步骤如下：
（1）采用2mm油嘴对已压裂完成的页岩气水平井进行开井排液，不间断记录井口压力变化，若连续10小时内压降速率低于0.05MPa/h，则增加为3mm油嘴排液，2mm和3mm油嘴排液时间之和不低于72小时；
（2）开井排液72小时后，根据是否见气采取以下两种措施：
若未见气，则根据井口压力计算井底缝内压力，若缝内压力大于该区域地层闭合压力，则继续采用3mm油嘴排液直到地层闭合；若缝内压力小于该区域地层闭合压力，此时地层已闭合，增大为4mm油嘴排液，在地层未出砂的情况下，以24小时为时间间隔，1mm为单位逐级增大油嘴至见气为止；
若见气，则直接增大为4mm油嘴排液，在地层未出砂前提下，连续12小时内压降速率低于0.2 MPa/h时，则以1mm为单位逐级增大油嘴至测试工作制度，求取该井测试产量。
所述步骤（2）中，判断地层是否出砂以及出砂后工作制度调整的具体方法如下：
对于正常返排井，井口压力随着油嘴工作制度的调整呈规律性变化，若井口压力出现异常响应，通过压降速率分析，直接判断地层是否出砂；
确定地层出砂后，根据井筒流态实时计算当前油嘴制度下井筒举升效率，再结合出砂程度调整油嘴，利用地层能量携砂，直到井口压力恢复正常且地面流程未见砂返出后，调整至原来油嘴工作制度继续排液。
所述通过压降速率分析，判断地层是否出砂进一步包括：
记录每小时井口压力，通过前后3个小时压力变化求取压降速率，计算公式为：
K=（P1-P3）/2
其中P1为T1时刻井口压力，P3为T1时刻2小时后井口压力。
判断地层是否出砂依据为：
a、记录压力时间段内未更换油嘴工作制度， K>1时，则判断为地层已出砂；
b、记录压力时间段内已更换油嘴工作制度， P1和P3值均取更换油嘴后的井口压力值计算，当K>1时，则判断为地层已出砂。
所述根据井筒流态实时计算当前油嘴制度下井筒举升效率，确定油嘴调整制度的具体方式如下：
a、未见气时出砂，井筒为液相流，直接根据单位时间内排液量计算井筒内液体速率，若低于0.5m/s，则调整为液体速率为2m/s所对应油嘴；
b、见气时出砂，此时井筒内液相从连续相过度到分散相，气相逐步从分散相过渡到连续相，气体持续上升并举升液体到一定高度后下落且不断重复上述过程，井筒内呈两相流过渡状态，气举效率低于纯气相流；先根据单位时间内产气量计算纯气相流举升效率，再结合产液量考虑举升效率的设定附加系数，当计算的举升效率低于40%时，则直接增大油嘴至12mm或使用针阀排液；举升效率高于40%时，则在现有油嘴工作制度上增大2mm排液。
所述设定系数为：每小时排液量<10m3/h，则附加系数0.9；每小时排液量11~30m3/h，则附加系数0.8；每小时排液量31~50 m3/h，则附加系数0.7；每小时排液量51~70 m3/h，则附加系数0.5；每小时排液量>70 m3/h，则附加系数0.4。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：
1、本发明采用在页岩气水平井排液初期采用小油嘴工作制度，量化排液时间，同时根据储层是否闭合和见气配套相应油嘴工作制度调整原则，有利于降低返排初期地层出砂风险；
2、本发明通过井口压降速率分析判断地层是否出砂，可及时采取措施降低砂埋水平段的风险；
3、本发明地层出砂后，通过井筒流态分析以及井筒举升效率的计算控制进行返排制度的调整，实现压裂井出砂后通过地层能量的举升排砂，对页岩气水平井的压后出砂提供了简单、低成本、低风险的解决方法；
4、本发明不需要动用其他冲砂设备，解决了部分不具备冲砂条件水平井的出砂后排液难题。
5、综上所述，本发明通过对排液速率的控制，降低地层出砂机率；计算缝内净压力，判断地层闭合后及时逐级增大油嘴提高排液速率；见气后利用气液两相流的变化分析井筒流态，判断井筒举升效率，作为调整油嘴的依据。同时，若地层出砂，本发明通过对地面排液制度的优化，可利用地层自身能量进行冲砂。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明工艺流程图；
图2为实施例4中出砂情况示意图。
具体实施方式
实施例1
作为本发明的一较佳实施方式，其公开了一种页岩气水平井压裂后控砂返排工艺，其步骤如下：
（1）采用2mm油嘴对已压裂完成的页岩气水平井进行开井排液，不间断记录井口压力变化，若连续10小时内压降速率低于0.05MPa/h，则增加为3mm油嘴排液，2mm和3mm油嘴排液时间之和不低于72小时；
（2）开井排液72小时后，根据是否见气采取以下两种措施：
若未见气，则根据井口压力计算井底缝内压力，若缝内压力大于该区域地层闭合压力，则继续采用3mm油嘴排液直到地层闭合；若缝内压力小于该区域地层闭合压力，此时地层已闭合，增大为4mm油嘴排液，在地层未出砂的情况下，以24小时为时间间隔，1mm为单位逐级增大油嘴至见气为止；
若见气，则直接增大为4mm油嘴排液，在地层未出砂前提下，连续12小时内压降速率低于0.2 MPa/h时，则以1mm为单位逐级增大油嘴至测试工作制度，求取该井测试产量。
实施例2
在实施例1的基础上，所述步骤（2）中，判断地层是否出砂以及出砂后工作制度调整的具体方法如下：
对于正常返排井，井口压力随着油嘴工作制度的调整呈规律性变化，若井口压力出现异常响应，通过压降速率分析，直接判断地层是否出砂；
确定地层出砂后，根据井筒流态实时计算当前油嘴制度下井筒举升效率，再结合出砂程度调整油嘴，利用地层能量携砂，直到井口压力恢复正常且地面流程未见砂返出后，调整至原来油嘴工作制度继续排液。
实施例3
作为本发明的最佳实施方式，其包括如下步骤：
a、采用2mm油嘴对已压裂完成的页岩气水平井进行开井排液，不间断记录井口压力变化，若连续10小时内压降速率低于0.05MPa/h，则增加为3mm油嘴排液，2mm和3mm油嘴排液时间之和不低于72小时；
b、开井排液72小时后，根据是否见气采取以下两种措施：
①若未见气，则根据井口压力计算井底缝内压力，若缝内压力大于该区域地层闭合压力，则继续采用3mm油嘴排液直到地层闭合；若缝内压力小于该区域地层闭合压力，此时地层已闭合，增大为4mm油嘴排液，在地层未出砂的情况下，以24小时为时间间隔，1mm为单位逐级增大油嘴至见气为止；
②若见气，则直接增大为4mm油嘴排液，在地层未出砂前提下，连续12小时内压降速率低于0.2 MPa/h时，则以1mm为单位逐级增大油嘴至测试工作制度，求取该井测试产量。
所述步骤b具体包括：
b1、通过压降速率分析，对地层是否出砂进行判断。
记录每小时井口压力，通过前后3个小时压力变化求取压降速率，计算公式为：
K=（P1-P3）/2
其中P1为T1时刻井口压力，P3为T1时刻2小时后井口压力。
判断地层是否出砂依据为：
记录压力时间段内未更换油嘴工作制度，则K>1时，则判断为地层已出砂；
记录压力时间段内已更换油嘴工作制度，则P1和P3值均取更换油嘴后的井口压力值计算，当K>1时，则判断为地层已出砂。
b2、根据井筒流态实时计算当前油嘴制度下井筒举升效率，确定油嘴调整制度。
未见气时出砂，井筒为液相流，可直接根据单位时间内排液量计算井筒内液体速率，若低于0.5m/s，则调整为液体速率为2m/s所对应油嘴；
见气时出砂，此时井筒内液相从连续相过度到分散相，气相逐步从分散相过渡到连续相，气体持续上升并举升液体到一定高度后下落且不断重复上述过程，井筒内呈两相流过渡状态，气举效率低于纯气相流。先根据单位时间内产气量计算纯气相流举升效率，再结合产液量考虑举升效率的附加系数（见下表）。
表1 不同排液速率下的举升效率系数
| 小时排液量m<sup>3</sup>/h | <10 | 11~30 | 31~50 | 51~70 | >70 |
| 附加系数 | 0.9 | 0.8 | 0.7 | 0.5 | 0.4 |
当计算的举升效率低于40%时，则直接增大油嘴至12mm或使用针阀排液；举升效率高于40%时，则在现有油嘴工作制度上增大2mm排液。
b3、井口压力恢复至出砂前水平且地面流程未见砂返出后，调整至原来油嘴工作制度继续排液。
实施例4：实施实例
A井为一口页岩气水平井，完钻井深4500m，水平段长1950m，采用大通径桥塞完成33段压裂改造，累计注入压裂液61630m3，支撑剂2360t。
该井压裂完成后关井5天后开井排液，具体排液步骤如下：
（1）采用2mm油嘴开井排液，开井压力29.17MPa，返排第14~24小时，小时压降速率稳定在0.02~0.04MPa，第24小时后更换为3mm油嘴排液；
（2）3mm油嘴排液至66小时，压力迅速下降，2个小时后由19.36MPa下降至15.6MPa，计算压降速率K值分别为1.05和1.88，判断地层已出砂；此时未见气，井筒为液相流，小时排液量3m3/h，液体流速为0.08m/s，不足以携砂出井，根据计算2m/s流速所需油嘴尺寸为6mm；
（3）第68小时，更换6mm油嘴排液，小时排液量增加至18.5m3，地面流程见砂返出，压力持续上涨至22.9MPa，恢复正常压力值，2小时后地面流程未见砂返出，表明井筒内支撑剂已有效清除；
（4）返排第90小时见气，第95小时压力从21.5MPa开始下降，第96小时压力为16.2MPa，压降速率K值为2.2，判断地层已出砂，此时排液速率为19m3/h，阶段产气量为58m3/h，计算井筒举升效率不足40%；立即采用6mm油嘴+针阀排液，1小时后压力开始恢复，面流程不再出砂，关闭针阀，恢复6mm油嘴正常排液；
（5）后期排液过程中压力正常，未见出砂现象，经过最终测试，本井产气量为27.3万方/天，取得了理想的效果。
综上所述，本实施例采用的页岩气水平井压裂后控砂返排工艺在返排初期采用小油嘴工作制度，有效避免了初期出砂；中途通过压降速率分析及时判断地层出砂并采取对应措施，并利用地层能量排砂，有效解决了大通径桥塞无法利用设备冲砂到位的难题。
本实施例没有详细叙述的步骤和计算方法属本行业的常用手段或公知方法，这里不一一叙述。
Claims (6)
1.一种页岩气水平井压裂后控砂返排工艺，其特征在于步骤如下：
（1）采用2mm油嘴对已压裂完成的页岩气水平井进行开井排液，不间断记录井口压力变化，若连续10小时内压降速率低于0.05MPa/h，则增加为3mm油嘴排液，2mm和3mm油嘴排液时间之和不低于72小时；
（2）开井排液72小时后，根据是否见气采取以下两种措施：
若未见气，则根据井口压力计算井底缝内压力，若缝内压力大于该区域地层闭合压力，则继续采用3mm油嘴排液直到地层闭合；若缝内压力小于该区域地层闭合压力，此时地层已闭合，增大为4mm油嘴排液，在地层未出砂的情况下，以24小时为时间间隔，1mm为单位逐级增大油嘴至见气为止；
若见气，则直接增大为4mm油嘴排液，在地层未出砂前提下，连续12小时内压降速率低于0.2 MPa/h时，则以1mm为单位逐级增大油嘴至测试工作制度，求取该井测试产量。
2.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井压裂后控砂返排工艺，其特征在于：所述步骤（2）中，判断地层是否出砂以及出砂后工作制度调整的具体方法如下：
对于正常返排井，井口压力随着油嘴工作制度的调整呈规律性变化，若井口压力出现异常响应，通过压降速率分析，直接判断地层是否出砂；
确定地层出砂后，根据井筒流态实时计算当前油嘴制度下井筒举升效率，再结合出砂程度调整油嘴，利用地层能量携砂，直到井口压力恢复正常且地面流程未见砂返出后，调整至原来油嘴工作制度继续排液。
3.根据权利要求2所述的一种页岩气水平井压裂后控砂返排工艺，其特征在于：所述通过压降速率分析，判断地层是否出砂进一步包括：
记录每小时井口压力，通过前后3个小时压力变化求取压降速率，计算公式为：
K=（P1-P3）/2
其中P1为T1时刻井口压力，P3为T1时刻2小时后井口压力。
4.根据权利要求3所述的一种页岩气水平井压裂后控砂返排工艺，其特征在于：判断地层是否出砂依据为：
a、记录压力时间段内未更换油嘴工作制度， K>1时，则判断为地层已出砂；
b、记录压力时间段内已更换油嘴工作制度， P1和P3值均取更换油嘴后的井口压力值计算，当K>1时，则判断为地层已出砂。
5.根据权利要求2所述的一种页岩气水平井压裂后控砂返排工艺，其特征在于：所述根据井筒流态实时计算当前油嘴制度下井筒举升效率，确定油嘴调整制度的具体方式如下：
a、未见气时出砂，井筒为液相流，直接根据单位时间内排液量计算井筒内液体速率，若低于0.5m/s，则调整为液体速率为2m/s所对应油嘴；
b、见气时出砂，此时井筒内液相从连续相过度到分散相，气相逐步从分散相过渡到连续相，气体持续上升并举升液体到一定高度后下落且不断重复上述过程，井筒内呈两相流过渡状态，气举效率低于纯气相流；先根据单位时间内产气量计算纯气相流举升效率，再结合产液量考虑举升效率的设定附加系数，当计算的举升效率低于40%时，则直接增大油嘴至12mm或使用针阀排液；举升效率高于40%时，则在现有油嘴工作制度上增大2mm排液。
6.根据权利要求5所述的一种页岩气水平井压裂后控砂返排工艺，其特征在于：所述设定系数为：每小时排液量<10m3/h，则附加系数0.9；每小时排液量11~30m3/h，则附加系数0.8；每小时排液量31~50 m3/h，则附加系数0.7；每小时排液量51~70 m3/h，则附加系数0.5；每小时排液量>70 m3/h，则附加系数0.4。
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