技術(shù)監(jiān)督在水力壓裂過程中的應(yīng)用分析

王鯤鵬

長慶油田分公司 第八采油廠 （陜西 西安 710021）

技術(shù)監(jiān)督在水力壓裂過程中的應(yīng)用分析

王鯤鵬

長慶油田分公司 第八采油廠 （陜西 西安 710021）

從壓裂方案的設(shè)計與施工過程入手，針對各道工序的技術(shù)要點及控制關(guān)鍵，全面分析技術(shù)監(jiān)督的重要意義和對施工質(zhì)量的影響，以求提高作業(yè)質(zhì)量，增加油水井措施效果。

方案設(shè)計 技術(shù)監(jiān)督 水力壓裂

油水井壓裂是指在井筒中形成高壓，迫使地層形成人工裂縫的施工過程。壓裂通常是指水力壓裂，應(yīng)用水力傳壓原理，從地面泵入攜帶支撐劑的高壓工作液，使地層形成并保持裂縫。人造填砂裂縫由于被支撐劑充填，其高導(dǎo)流能力相當于擴大了井筒半徑，增加了泄流面積，大大降低了滲流阻力，改變了流體在井底附近地層的流動狀況，使井的產(chǎn)量成倍提高，因而能大幅度提高油井產(chǎn)量和水井注入量，提高采油速度和水驅(qū)程度，縮短開采周期，降低采油成本。但是壓裂措施不當，也會給油層帶來傷害，傷害機理不僅涉及到儲集層本身，而且會貫穿于單井生產(chǎn)乃至整個油藏的開發(fā)過程。通過加強壓裂技術(shù)的全程監(jiān)督，揚長避短，提高措施效果，對油氣田的開發(fā)具有重要意義。

方案設(shè)計與技術(shù)監(jiān)督

方案設(shè)計是實施壓裂油水井改造措施的第一步，壓裂地質(zhì)方案、工藝和施工設(shè)計必須由具有資質(zhì)的單位和人員編制，編制的工藝與施工設(shè)計應(yīng)符合SY/T 5836-1993的規(guī)定。

1 地質(zhì)方案

地質(zhì)方案是施工實施的第一準繩，必須做到資料齊全，數(shù)據(jù)準確，要求達到七清，即：井史清；井身結(jié)構(gòu)清；套管狀況清；地層壓力清；生產(chǎn)（或吸水）剖面清；作業(yè)目的和要求清；審批意見清。地質(zhì)方案應(yīng)通過優(yōu)化，明確加砂量、砂比和排量等參數(shù)，加砂量直接決定著縫長，砂比和排量影響著縫寬和縫高，這些都受限于油層的巖性、儲層的物性、夾層的厚度以及井間距等，過小會影響措施效果，過大可能會引起災(zāi)難性破壞。

2 工藝設(shè)計

工藝設(shè)計必須了解施工井的地質(zhì)方案和具體要求，明確施工目的，根據(jù)地質(zhì)方案優(yōu)選壓裂工藝，進一步細化壓裂參數(shù)，明確施工程序。工藝設(shè)計必須滿足地質(zhì)方案要求和井下作業(yè)技術(shù)標準，工序要科學合理，施工參數(shù)要經(jīng)過數(shù)值模擬科學計算，預(yù)計破裂壓裂，選擇壓裂液，確定最小排量、各階段支撐劑用量、砂比、壓裂液用量，預(yù)測分析實施效果，優(yōu)化選擇最佳設(shè)計。

3 施工方案

施工方案是根據(jù)地質(zhì)方案和工藝設(shè)計編制完成的一個具體實施細則，它要完全符合滿足地質(zhì)和工藝設(shè)計，實現(xiàn)壓裂施工的具體實施，內(nèi)容要涉及人員計劃、時間計劃、材料計劃、設(shè)備計劃、工用具計劃、工序安排、安全措施、環(huán)保要求和生產(chǎn)組織等。它是作業(yè)隊伍現(xiàn)場實施的指導(dǎo)書，要求工序在能滿足施工要求的條件下，要求井下管柱越簡單越好，能用簡單管柱解決的問題，不采用復(fù)雜的管柱結(jié)構(gòu)解決。

4 技術(shù)監(jiān)督

監(jiān)督人員應(yīng)注意核查方案設(shè)計的審批程序，嚴格杜絕設(shè)計不全或未審批的方案施工，查看工藝與施工設(shè)計的工序合理性及健康、安全、環(huán)境保護措施等，發(fā)現(xiàn)設(shè)計有缺陷時，必須及時向設(shè)計部門申報，提出修改意見，從源頭上確保措施質(zhì)量。

施工準備與技術(shù)監(jiān)督

施工準備是保證作業(yè)質(zhì)量的一道重要工序，是提高措施效果的一個重要環(huán)節(jié)，也是技術(shù)監(jiān)督的一項重要內(nèi)容。施工準備主要包括：壓裂配液及材料、設(shè)備及輔助設(shè)施、井下工具的準備、地面流程管匯的準備等。

1 壓裂配液及材料

壓裂液的主要功能是傳遞能量，使油層張開形成裂縫并輸送支撐劑的，它的性能對于能否造出一條足夠尺寸并有足夠?qū)Я髂芰Φ奶钌傲芽p是密切相關(guān)的。壓裂液的各項技術(shù)指標應(yīng)符合SY/T 6376-1998要求，要嚴格按照設(shè)計的化學藥品規(guī)格型號配足配夠。支撐劑是用來支持裂縫，阻止裂縫重新閉合一種固體顆粒，它的規(guī)格型號和數(shù)量對于壓裂施工同樣重要，一定要按照設(shè)計準備，確保各項性能指標達到要求。

2 設(shè)備及輔助設(shè)施

壓裂設(shè)備主要包括壓裂車、混砂車、儀表車和管匯車等，它們是一個整體系統(tǒng)，是壓裂過程中能量的發(fā)源地，因此要求它們的性能參數(shù)必須協(xié)調(diào)一致，相互匹配。輔助設(shè)施主要包括壓裂井口、壓裂管匯、投球器、活動彎頭、井口控制器、各類閘門及連接管線等。為了保證壓裂的順利進行，所有的設(shè)備裝置與流程管匯的承壓能力均要求達到施工壓力上限要求，所有控制閘門必須靈活好用，開關(guān)自如[1]。

3 井下管柱及工具

常用井下管柱可以分為籠統(tǒng)壓裂管柱和分層壓裂管柱，主要由壓裂油管、封隔器、噴砂器、水力錨等組成，井下工具的選擇要根據(jù)設(shè)計要求選擇，滿足各項性能指標。按照設(shè)計組配壓裂管柱，計算卡點深度，在丈量和組配過程中要考慮油管因溫度效應(yīng)、活塞效應(yīng)、膨脹效應(yīng)、彎曲效應(yīng)引起的長度變化；一般要求最下一級封隔器以下的尾管長度不小于8m，壓裂管柱底端距砂面或人工井底不少于15m。

4 壓前作業(yè)準備

壓前作業(yè)是為保障壓裂施工順利進行的準備，主要內(nèi)容包括起原井管柱、通洗井、探砂面、沖砂、壓裂層預(yù)處理、下壓裂管柱等，這些工序必須按照設(shè)計方案根據(jù)作業(yè)。壓裂施工前要嚴格控制壓井作業(yè)，如需壓井作業(yè)，應(yīng)按規(guī)定履行審批手續(xù)；對新井射孔前已壓井的及確定井內(nèi)有污染物的井壓裂前要進行替噴作業(yè)，替凈井內(nèi)的壓井液及污染物，所用清水量要求大于井筒容積的2.5倍以上，替噴時要求一次完成，不得間斷。

5 技術(shù)監(jiān)督

壓裂施工所用的材料、工具性能檢測必須由具有資質(zhì)的單位完成和提供。依據(jù)設(shè)計核查施工單位所使用的工具、材料的生產(chǎn)合格證、型號和數(shù)量，必要時可以對其性能提出復(fù)檢要求。按照設(shè)計深度核實施工管柱結(jié)構(gòu)和深度等。依據(jù)設(shè)計核查施工井口、油管及地面管線承壓能力并檢查加固措施，檢查施工現(xiàn)場相應(yīng)的健康、安全、環(huán)保要求的落實情況。

壓裂施工與技術(shù)監(jiān)督

壓裂施工一般包括循環(huán)、試壓、試擠、壓裂、加砂、替擠和活動管柱，特殊情況下需要加入酸處理、小型壓裂測試、壓后壓降監(jiān)測等工序。壓裂過程中要執(zhí)行國家標準、行業(yè)標準及企業(yè)技術(shù)標準的要求，確保各道工序施工質(zhì)量。

1 循環(huán)

循環(huán)的目的是鑒定各種設(shè)備的性能，檢查地面循環(huán)管線是否暢通，各種泵上水情況是否良好，同時通過循環(huán)可以使罐內(nèi)的壓裂液得到攪拌，以達到溫度和黏度的均勻。循環(huán)時要求壓裂泵機組排擋由小到大，逐臺車循環(huán)一次，循環(huán)時單車泵的排量不低于1.0m3/min，時間不少于30s；循環(huán)的標準是以循環(huán)至出口排液正常為合格，在冬季施工時可根據(jù)具體情況延長循環(huán)時間。

2 試壓

試壓的目的是檢查井口總閘門以上的設(shè)備、井口、地面連接管線能否承受高壓作用。試驗壓力為預(yù)測泵壓的1.2～1.5倍，壓力上升后穩(wěn)壓5min，各承壓部件不刺不漏，壓力不下降為合格。試壓時，壓裂泵應(yīng)緩慢地提壓，以防試壓設(shè)備、管線及井口等因強度不夠或固定不牢而造成事故[2]。

3 試擠

試擠的目的是檢查井下管柱、井下工具工作是否正常，下井管柱下入位置是否正確，估計最高破裂壓力和掌握油層吸水指數(shù)。地面試壓合格后，打開總閘門，關(guān)閉循環(huán)放空閘門，逐臺啟動壓裂車，按照施工設(shè)計規(guī)定的試擠排量將壓裂液試擠入地層，壓力由低到高至穩(wěn)定為止。如果試擠壓力和排量能夠穩(wěn)定在設(shè)計規(guī)定范圍內(nèi)，則證明預(yù)壓層的吸水能力能夠滿足施工要求。

4 壓裂

試擠正常后，逐臺啟動壓裂車。很快加大排量，使井底壓力迅速上升，直到使油層壓開裂縫。此時不能急于加砂，還要繼續(xù)用幾分鐘的時間以高壓、大排量往井中泵入前置液，使裂縫延伸，如果排量小，裂縫就不能延伸。壓裂時可以通過設(shè)備工作狀況和壓力曲線來判斷裂縫是否形成。當工作壓力達到管柱承受最高壓力仍無法壓開形成裂縫時，應(yīng)立即停泵，打開放空閘門放空，進行分析原因，再定下步措施。

5 加砂

油層裂縫形成，泵壓及排量穩(wěn)定后便可加砂。加砂時要嚴格按照設(shè)計要求控制好分段砂比，砂比要逐漸加大，加砂要均勻；加砂過程要始終保持壓裂設(shè)備處于良好工作狀態(tài)，不能中途停泵，要保持加砂的連續(xù)性；加砂壓力要平穩(wěn)，最高工作壓力不能超過管柱的最高承壓能力，加砂排量按照設(shè)計要求進行，保持穩(wěn)定，不準隨意升降。

6 替擠

設(shè)計砂量加完或者因為某種特殊原因，決定停止加砂時，立即泵入頂替液，將攜砂液替擠到油層裂縫中去。替擠液量要適當，應(yīng)等于油管串內(nèi)容積、高壓管線和混砂罐內(nèi)液面以下容積的總和。量多會把砂推向裂縫遠處，造成井壁附近裂縫閉合，達不到預(yù)期要求，影響壓裂效果，量少會使砂沉于井底，可能造成砂卡事故。

7 關(guān)井擴散壓力

壓裂施工完后，要關(guān)閉所有井口進出口閘門，等待壓裂液的破膠、濾失及裂縫的閉合，防止支撐劑隨著高黏液體返出裂縫，造成裂縫部分閉合，影響措施效果。擴散時間應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求，不能少于壓裂液破膠時間。

8 活動管柱

活動管柱時，負荷不能超過井內(nèi)管柱懸重的200kN，上提速度控制在0.5m/min以內(nèi)，活動行程不小于5m。要達到管柱提放自如，管柱懸重拉力顯示正常。以上工序全部完成后，關(guān)井、拆除管線及有關(guān)設(shè)備，壓裂施工結(jié)束。

9 技術(shù)監(jiān)督

依據(jù)設(shè)計要求對井口及管線試壓，確認設(shè)備正常后啟動驗封試擠，待確認管柱正常后開始壓裂。壓裂施工中要有完整的壓裂曲線，實時監(jiān)測施工中壓力、排量、砂比等施工參數(shù)；壓裂后替擠量和關(guān)井擴散壓力時間要嚴格按照設(shè)計執(zhí)行，壓裂液的返排要定時觀察，了解壓裂液破膠水化情況。施工過程要嚴格執(zhí)行HSE規(guī)定，嚴禁在井場附近隨意排放廢水廢液。

監(jiān)督驗收與評價

施工結(jié)束應(yīng)對施工設(shè)計及工藝設(shè)計的合理性、施工準備情況、液體質(zhì)量、設(shè)備能力、泵注程序記錄、施工參數(shù)控制及曲線齊全準確性、事故處理能力做一驗收評價。有下列情況之一的施工質(zhì)量可以確認不合格。施工曲線記錄不全；砂比變化大于設(shè)計要求的10%；進入目的層砂量探井小于設(shè)計要求的90%，生產(chǎn)井小于設(shè)計要求的95%；過量頂替；有重大人員傷亡、工程事故及環(huán)境污染之一者。

結(jié)論與認識

（1）技術(shù)監(jiān)督是壓裂過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)，監(jiān)督人員的專業(yè)技術(shù)水平和協(xié)調(diào)處理能力直接影響著油水井措施的質(zhì)量和效果。

（2）監(jiān)督不僅僅局限于作業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)督，還涵蓋于壓裂的整個過程，它有利于方案設(shè)計的完善和有效地實施，保障了施工規(guī)范和技術(shù)標準的執(zhí)行。

（3）技術(shù)監(jiān)督有利于控制生產(chǎn)成本，降低施工周期，避免工程事故，確保安全生產(chǎn)。提高施工質(zhì)量 ，保證措施效果，增加經(jīng)濟效益。

[1]吳奇.井下作業(yè)監(jiān)督[M].2版.北京:石油工業(yè)出版社，2003.

[2]李健.壓裂工藝現(xiàn)場施工的質(zhì)量控制措施[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2008，24（9）：28-30.

The paper firstly discusses the design of fracturing plan and the construction process.Then,according to the technical points and controlling keys of every working procedure,an overall analysis focuses on the significance of technology supervision and its influence on construction quality in order to improve the operation quality and increase the effect of oil-water well measures.

planning design;technology supervision;hydraulic fracturing

王鯤鵬（1976-），男，工程師，主要從事油氣田開發(fā)工作。

2010-07-22