气井压裂后排液工艺浅析

气井压裂后排液工艺浅析
李亚1，王东辉2，周莉3
（青海油田井下作业公司，青海茫崖817500）
摘要：压裂是目前油气井的主要增产措施，压裂后排液不彻底或不迅速，不仅加大对地层的二次伤害，而且影响气井的产量，本文通过对气井排液的影响因素及平1井第一层组气层压裂后排液实际情况，进行了分析，认为弹性能量与地层能量的利用与排液方法的合理利用是影响地层排液的重要因素。

关键词：压裂；气井排液；弹性能量；地层能量
Gas well fracturing fluid technology of back
LI Ya1,WANG Dong-hui2,ZHOU Li3
(Qinghai Oilfield Downhole Operation Company,Qinghai,mangya 817500)
Abstract: fracture is the major oil and gas well stimulation measures, fracturing fluid is not completely back rapidly or not, not only increase the formation of two injuries, but also influence the deliverability of gas well, the gas discharge and the influence factors of Ping 1 well group gas reservoir fracturing fluid first layer back is actual circumstance, undertook an analysis, think elastic energy and formation energy utilization and liquid discharging method is reasonable using is the important factor influencing the drainage of formation.
Key words: gas well fracturing; drainage; elastic energy; energy of formation
引言
在对气层进行压裂酸化改造过程中，大量液体将进入地层，作业后如不彻底将这些液体排出，就会对地层造成二次伤害，严重影响压裂酸化效果；同时，排液速度的快慢也制约着生产的进度；此外，排液的彻底与否，对试气产量的确定、储层的评价认识都有一定的影响。

气井排液根据是否采用诱喷手段可分为井筒排液和地层排液两种方式。

井筒排液是指压裂酸化施工结束后，弹性能量或地层压力不足，需靠反替、气举和抽汲等井筒助排技术达到诱喷目的的排液方式。

地层排液是指不需诱喷，而仅采取放喷就能将入井液体排出的排液方式。

不难看出，井筒排液是能否快速顺利排液的关键，它需要借助井筒助排措施才能将液体排出。

能否将井筒液体排出、排出时间长短、排液措施的经济实用与否，均有很强的技术性。

因此，对天然气井的井筒排液技术进行分析、总结与研究是很有必要的。

1 井筒排液影响因素分析
通过压裂改造不仅可以减轻钻井后泥浆对近井地层造成的污染，而且可以在地层形成裂缝，将带有支撑剂（一般为石英砂）的压裂液注入裂缝，使裂缝向前延伸，并在裂缝中填充支撑剂。

这样，在停泵后即可在地层中形成足够长度、一定宽度及高度的填砂裂缝。

由于这个裂缝扩大了油气流动通道，改善了地层渗透性，从而减少地层流体的流动阻力，起到增产的效果。

但在对气层进行压裂酸化改造的过程中，大量施工液体必将进入地层，作业后如不能及时、彻底地将这些液体排出，就会对地层造成二次伤害，严重影响压裂酸化效果。

而井筒排液是能否快速顺利是排液的关键。

图1是放喷开始时地层及井筒压力示意图，图中P 地为地层原始压力；P 井底为井内油管鞋处压力；P 1为施工压开地层裂缝口的压力；P 2为液体在裂缝相对深处形成的压力。

图1放喷开始井筒及地层压力示意图 停泵后由于裂缝的闭合，岩层挤压裂缝内液体产生弹性能量，使得P 2>P 1，在此压差下，裂缝内流体在放喷时可以流动到井筒；放喷开始时，P 井底>P 液柱+P 阻+P 井口，依靠施工后的弹性能量举升液体。

弹性能量消失后，依靠地层能量要达到连续自喷并喷通的条件是：P 地>P 井底>P 液柱+P 阻+P 井口。

对于含气层，随着排液时间的延续，天然气会通过裂缝到达井筒，气体进入井筒后可降低液柱压力，气体在井筒上升并排出过程中可携带出液体，实现地层排液。

1.1 压裂改造措施对井筒排液的影响
在进行压裂后，即使在一定程度上改善了储层物性，但由于作用距离长，工作液在地层里停留时间较久，容易对储层产生二次污染，堵塞渗滤通道，再次降低储层渗透率，影响排液效果。

压裂P 1 P 1 P 2 P 2
P 阻 P 液柱 P 井 P 井底 P 地 P 地
液在足够高的压力下被挤入地层，滤液进入地层孔隙介质内与储层流体及粘土矿物发生物理和化学反映，使地层粘土水化膨胀、细微颗粒分散、运移，导致储层孔隙结构变化，压裂液破胶后存在不溶水的固相微粒即压裂残渣引起固相堵塞；压裂液进入地层后，在地层的压力、温度的作用下会产生垢，压裂液在地层内的时间越长产生的垢就越多，堵塞孔隙孔道，大大降低了地层渗透率，造成储集层伤害。

所以压裂的施工过程及压裂液的物理化学特性和在地层内的时间都会对地层产生变化，从而也影响了井筒的排液。

1.2 施工后弹性能量的利用对井筒排液的影响
低压气田，其压力系数一般小于1．0，仅靠地层压力是不能举升全井筒的静液柱的，必须依靠施工后的弹性能量尽可能多地排出井筒液体，因此能否利用好施工后的弹性能量往往是整个排液的关键。

即使在气层产气量很少，甚至于小产气的情况下，依靠施工后的弹性能量也能排出一部分井筒液体。

但弹性能量将随着时间的增长逐渐扩散掉。

弹性能量的扩散与渗透性和关井时间有关，渗透性越好的地层越易扩散掉。

1.3 弹性能量消失后地层能量对井筒排液影响
对于低压气层，弹性能量消失后，地层压力是举升井内液体返出的重要能量来源。

若地层压力低了，井内液体是不会自喷的，地层压力低于井筒液柱压力，仅靠地层能量是不能举升满井筒液体的。

需要采取一些措施来降低井筒液量或关井来恢复地层压力，达到地层压力大于井筒液柱压力的条件时，是可以将井筒液体排出的。

2 气层压裂后放喷工艺
压裂后分为三个阶段：
2.1 闭合期
压裂后关井扩压，地层逐渐闭合，产生弹性能量。

2.2 放喷期
用油嘴控制放喷，利用弹性能量将压裂残液带出井外，更换不同大小的油嘴放喷以不出砂为原则。

2.3 压力回升与间歇排液期
通过反复开关井，激动地层压力，疏通地层孔道，并通过改变井内的压力改变天然气在压裂残液中的溶解度，压力增大天然气的溶解度随之增大，压力增大一倍，天然气的溶解度也成倍增长，从而使井筒内气水充分溶解、混合，形成泡沫，然后放喷时大量气水混合物（泡沫）便被较高的地层能量带出来。

3 应用井例
3.1 平1井简况
平1井，地理位置距离冷湖镇直线距离约40.8km，方位124°，属柴达木盆地北缘块断带平台构造，该井第Ⅰ层组试油井段：1157.50-1161.00m，厚度3.50m，层号：51，层位：E1+2，解释结论：气层。

表1 第Ⅰ层组MFE测试地层压力及温度数据
位置深度
(m)
实测静压
(MPa)
一关终压
(MPa)
一关外推
(MPa)
压力系数
(无因次)
测点温度
(℃/m)
测点1141.81 37.2/1141.81 产层中部1159.25 10.6758 0.9397
表2 第Ⅰ层组地层参数分析
分析方法双对数分析叠加分析霍纳分析地层系数（×10-3μm2•m） 1.2381
渗透率（×10-3μm2）0.3537
表皮系数 2.7209
附加压降（MPa） 1.8930
井筒储集系数（×10-3m3/MPa）489.2817
堵塞比
调查半径（m）
井到边界的距离（m）
由上表可知平1井第Ⅰ层组地层压力系数为0.9397小于1，属于低压气层。

渗透率为0.3537，
渗透率较低，可利用压裂措施改造，提高地层渗透率，从而使气产量提高。

3.2 施工过程
平1井第一层组于2011年5月27日1:55射孔，射孔方式：油管传输负压射孔，射后显示弱，至5
月27日6:00观察井口，泡泡头显示由弱变强，至5月28日经多次开关井放喷后用8mm油嘴求产，气产
量：Q=1713m3/d，因井内水垫液面为850.00m，有300.00m水垫未排出，影响气产量。

故在5月29日下
MFE测试管柱，测试地层各项参数，测试管柱内不加水垫，MFE上界深度1143.90m，井内液柱高度仅
为：13.60m，开井后用8mm、10mm、12mm油嘴放喷求产，气产量分别为： 3104m3/d、3352m3/d、3588m3/d，
获得了工业气流。

至6月9日地层测试关井，定压裂措施。

6月9日至6月11日压裂前准备及压裂施工，泵入压裂液总液量：135.30m3（其中砂：16 m3，净
液量：119.30 m3，地层破裂压力：27.7MPa）
压裂后排液分为三个时期：
3.2.1 闭合期
6月11日15:39-18:40压裂后关井扩压，油压8.20MPa↓8.10MPa，套压0。

压力下降较低，说明弹性能量较高。

3.2.2 放喷期
6月11日至6月13日放喷排液，用4mm、6mm油嘴控制放喷及畅放，累计喷出压裂残液：51.20 m3，压裂砂：0.08m3。

施工过程中我们采用采油树两侧各接一个三通油嘴套和一条放喷管线（如图2所示）。

放喷时只用一条，如果放喷过程中油压升高、产量减少说明该管线的油嘴堵了；如果油压降低、产量增加说明该管线的油嘴被刺大。

出现上述情况后，则关闭此条放喷管线进行更换油嘴，同时打开另一条放喷管线放喷，避免了关井更换油嘴的情况。

好处有以下三点：
1．使检查更换油嘴时间不占用放喷时间，加快放喷速度，减少了放喷实际使用时间，尽量在短的时间内放出较多的压裂残液，减少了压裂残液对地层的破坏与污染。

2．避免了关井更换油嘴、使油压升高、再用同样油嘴放喷时因地层压差较大而出砂。

3．两条管线同时放喷，可选择2个不同油嘴进行组合，以不出砂为原则尽量加快放喷速度。

不同油嘴的孔眼面积为：2mm油嘴：S=πmm2； 3mm油嘴：S=2.25πmm2； 4mm油嘴：S=4πmm2； 5mm
油嘴：S=6.25πmm2； 6mm油嘴：S=9πmm2；由此可见：若5mm油嘴放喷出砂，4mm不出砂，则可以试一下4mm加2mm油嘴放喷，看是否出砂，若不出砂采用此种方式放喷可以加大排液量，减少放喷时间。

若井上5mm油嘴全部损坏，而又需要用5mm油嘴放喷，则可以用3mm加4mm油嘴放喷，两者孔眼面积相等。

对于野外的施工队伍，领材料不方便，这种做法无疑解决了很大困难，使作业能够顺利进行。

图2 采油树接双放喷管线示意图3.2.3 压力回升与间歇放喷期三通油嘴套
三通油嘴套
放喷管线
6月15日至6月19日反复开关井放喷，经过关井，油压最高6.30MPa，放喷时，喷出压裂残液：3.66 m3，累计返出压裂残液：64.18 m3。

用 4mm油嘴放喷：
1．油压6.00 MPa，用临界速度流量计测气，孔板Φ25mm，绝对上流压力0.20MPa，绝对上流温度:285K，产气量:18130m3/d。

2．油压4.00MPa，用临界速度流量计测气，孔板Φ25mm，绝对上流压力0.14MPa，绝对上流温度:287K，产气量:12646m3/d。

3．油压2.00MPa，用临界速度流量计测气，孔板Φ25mm，绝对上流压力0.10MPa，绝对上流温度:288K，产气量:9017m3/d。

4．油压1.20MPa，用垫圈流量计测气，孔板Φ28mm，平均汞柱压差:126.0mm，平均上流温
度:286.00K，产气量:7543m3/d。

以上数据说明，地层还存有较多的压裂残液，当压裂残液进入井筒，导致油压降低，气产量降低。

为了进一步排除压裂残液采用抽汲排液措施，但是气井抽汲有较大的危险性，所以在6月20日起出压裂管柱后下MFE测试管柱，利用MFE测试器可地下开关井，开井放喷恢复液面、关井后抽汲排出油管内压裂残液，杜绝了气井抽汲可能发生的危险。

至6月22日排出压裂残液：7.84 m3，累计返出压裂残液72.02 m3，返排率：60.36％。

6月22日至6月27日关井后放喷，没有喷出压裂残液，说明剩余压裂残液已扩散至地层，很难再排出井外，也不会对气产量有较大的影响了。

在6月27日用4mm油嘴放喷，油压5.20↘2.30 MPa，6月27日12:00-21:11用4mm油嘴求产，油压2.10-2.30 MPa，其中18:00用临界速度流量计测气：孔板Φ25mm，绝对上流压力：0.12MPa，上流温度：299K，气产量：10624 m3/d。

经过压裂后的一系列排液措施，使平1井第Ⅰ层组气产量由3588m3/d至10624 m3/d。

取得了较好的压裂效果。

4 结论
1.平1井第Ⅰ层组，压裂后采取充分利用地层能量、反复开关井激动地层、通过MFE测试器使放喷和抽汲安全有效结合的方法排液。

使该井气产量获得了较大提高。

使压裂效果达到最佳状态。

这说明此种排液方式适合平1井地层压力系数低、且不产地层水的压裂气井。

2．压裂后弹性能量的利用情况、地层能量的大小以及改造措施是影响井筒排液的重要因素，利用好施工后弹性能量和地层能量往往是顺利快速排液的关键。

3．气井压裂后反复开关井放喷时，必须缓慢打开节流管汇的针形阀，防止瞬间气量过大，带出压裂砂，破坏地层。

同时，关井时关多长时间、压力达到多少、放喷时放多长时间、如何去放才能尽多的带出压裂液，而不带出砂，既使压裂液尽快返排，不污染地层，又能使压裂效果达到最佳状
态。

应根据各井的实际现场情况进行分析，对出现的情况进行总结，从而采用更合适的方法。

4．气井抽汲具有危险性，在井内液柱压力降低后，会发生顶抽、井喷等事故。

建议在井内下入MFE测试器，利用MFE测试器可地下开关井的特性，在开井时放喷，关井时抽出剩余井筒液，大大提高了操作安全性。

5．压裂后放喷建议使用采油树两侧都接放喷管线，既加快排液时间，在单个油嘴不合适的情况下，可随意进行两个油嘴的组合，使放喷达到最佳的效果。

参考文献
［1］李士伦天然气工程［M］北京: 石油工业出版社 2000年
［2］杨川东采气工程［M］北京: 石油工业出版社 2000年
［3］王鸿勋水力压裂原理［M］北京: 石油工业出版社 2003年
作者简介：毕业于西南石油大学自动化专业，现在青海油田井下作业公司S06830(09-1)队从事技术员工作。