淺析頁巖氣壓裂施工的管線刺漏和規(guī)避措施

王鑫　姜振波

摘 要：該系統(tǒng)的應(yīng)用杜絕了現(xiàn)場(chǎng)人員到高壓區(qū)附近巡檢的安全隱患，以及避免了因人員巡檢次數(shù)限制，帶來的嚴(yán)重刺漏。同時(shí)，在泵頭盤根發(fā)生輕微刺漏時(shí)及時(shí)停車，能夠減少因巡檢不到位造成的嚴(yán)重刺漏，損壞銅套和柱塞。減少了更換銅套和柱塞帶來的額外成本損失，也避免了因盤根嚴(yán)重刺漏造成泵頭刺裂報(bào)廢的情況。

關(guān)鍵詞：頁巖氣壓裂；管線刺漏；規(guī)避措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.099

1 頁巖氣壓裂及其風(fēng)險(xiǎn)

（1）頁巖氣概況：頁巖氣在全球范圍內(nèi)分布廣泛，且開發(fā)潛力巨大。20世紀(jì)90年代以來，美國(guó)、加拿大等北美國(guó)家頁巖氣勘探取得成效，開發(fā)技術(shù)趨于成熟。據(jù)測(cè)算，全球頁巖氣資源量約為456×1012m?。頁巖氣的勘探開發(fā)使美國(guó)天然氣儲(chǔ)量增加了40%。2010年美國(guó)頁巖氣產(chǎn)量接近1000×108m?，約占美國(guó)當(dāng)年天然氣總產(chǎn)量的20%，頁巖氣已經(jīng)成為美國(guó)主力氣源之一。國(guó)內(nèi)頁巖氣的勘探開發(fā)尚處于起步階段，但是發(fā)展迅速。是繼美國(guó)、加拿大之后，第三個(gè)勘探開發(fā)頁巖氣的國(guó)家。目前已經(jīng)在中國(guó)渤海灣及松遼、四川和吐哈等盆地發(fā)現(xiàn)了高含有機(jī)炭的頁巖。據(jù)預(yù)測(cè)，中國(guó)頁巖氣潛在資源量大于30×1012m?，開發(fā)潛力巨大。

（2）頁巖氣壓裂技術(shù)概況：頁巖儲(chǔ)層具有低孔特征和極低的基質(zhì)滲透率，因此壓裂是頁巖氣開發(fā)的主體技術(shù)。目前， 國(guó)內(nèi)頁巖氣逐漸形成了以水平井套管完井、分簇射孔、快速可鉆式橋塞封隔、大規(guī)模滑溜水或“滑溜水+ 線性膠”分段壓裂、同步壓裂為主， 以實(shí)現(xiàn)“體積改造”為目的的頁巖氣壓裂主體技術(shù)。

（3）頁巖氣壓裂的主要安全風(fēng)險(xiǎn)：頁巖氣壓裂施工“高壓力”“大排量”的施工模式給壓裂施工帶來相當(dāng)大的的安全隱患，長(zhǎng)時(shí)間、高壓力的流體及支撐劑沖擊會(huì)造成高壓件提前老化，壓裂作業(yè)中酸的使用更加加速了設(shè)備的腐蝕，這樣一來壓裂施工極易出現(xiàn)管線刺漏的情況。在全球范圍內(nèi)，對(duì)頁巖氣壓裂施工過程中管線爆裂的預(yù)防措施尚沒有非常好的規(guī)避措施；在國(guó)內(nèi)對(duì)于這一隱患的排查逐漸摸索出三種主要的防控措施，并在實(shí)踐中取得了較好的效果，大大避免了由于管線爆裂所造成的次生危害。

2 頁巖氣壓裂管線防爆措施：

2.1 高清攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)

在頁巖氣施工過程中，通過在現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)高清攝像頭，并將其與儀表車顯示器相連接的方式，在儀表車內(nèi)便可監(jiān)控施工過程中高壓管線的狀態(tài)，通過高頻詞的觀察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓裂施工過程中管線存在的刺漏現(xiàn)象并及時(shí)停止加砂和減低排量，刺漏嚴(yán)重的情況下停車整改，有效的避免了由于管線刺漏發(fā)現(xiàn)不及時(shí)導(dǎo)致的管線爆裂情況，降低了壓裂施工的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 泵車攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)

通過在泵車液力端安裝攝像頭的方法，避免壓裂千型車出現(xiàn)側(cè)壓蓋及盤根刺漏的現(xiàn)象。在泵車液力端柱塞運(yùn)行部位的上方安裝高清攝像頭，通過集線器將多臺(tái)千型車攝像頭的影像集中顯示在儀表車內(nèi)的顯示器上。安排泵工在儀表車內(nèi)通過顯示器觀察各個(gè)千型車的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在刺漏的車輛，降低了施工中由于車輛刺漏導(dǎo)致的對(duì)車輛的傷害，同時(shí)不需要人員在現(xiàn)場(chǎng)觀察，降低了人員傷害的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 高強(qiáng)度安全綁帶

頁巖氣壓裂施工過程中管線承受著將近80Mpa的高壓，即使通過以上方法可有效降低管線爆裂的危害，但是仍任存在一定的爆裂概率，為保證施工過程中現(xiàn)場(chǎng)人員的安全，防止管線崩裂傷人，在連接管線的過程中，在高壓管線上纏繞藍(lán)色高強(qiáng)度安全綁帶，同時(shí)在接口部位利用紅色較細(xì)的安全綁帶打扣，藍(lán)色安全綁帶穿過紅色綁帶，再用卡環(huán)鎖死。通過這種方式，即使出現(xiàn)意外的管線爆裂崩開現(xiàn)象，也可通過綁帶的束縛不使管線甩出，可有效減小管線崩開后可能對(duì)人造成的傷害。

3 壓裂施工存在較大影響

眾所周知，頁巖氣壓裂施工具有壓力高、排量大、連續(xù)性、時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，單個(gè)平臺(tái)同時(shí)進(jìn)行壓裂作業(yè)的壓裂車多達(dá)15-18臺(tái)。泵頭在長(zhǎng)時(shí)間高壓力（作業(yè)平均壓力達(dá)75Mpa以上）的流體及砂子打磨會(huì)出現(xiàn)測(cè)壓蓋刺漏、盤根刺漏、泵頭刺裂等一系列問題，這些問題不僅會(huì)對(duì)正常壓裂施工存在較大影響，而且?guī)硐喈?dāng)大的安全隱患。

傳統(tǒng)的壓裂施工過程中泵車的運(yùn)行情況由現(xiàn)場(chǎng)人員目視化判斷，在頁巖氣壓裂現(xiàn)場(chǎng)存在著壓裂設(shè)備多、密、高壓區(qū)層層隔離等特點(diǎn)，給現(xiàn)場(chǎng)人員鑒別壓裂車運(yùn)行情況造成很大障礙，不能及時(shí)有效的采取措施降低安全風(fēng)險(xiǎn)、減少設(shè)備磨損。

本成果是基于這一情況在壓裂車的泵頭液力端上部安裝一個(gè)視頻監(jiān)控?cái)z像頭，通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸?shù)絻x表車，在儀表車的顯示屏上實(shí)時(shí)監(jiān)控每臺(tái)壓裂車泵頭運(yùn)行情況的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

該系統(tǒng)由監(jiān)控顯示屏、刻錄機(jī)、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線和微型攝像頭終端組成，每臺(tái)攝像頭由網(wǎng)線連接，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)到刻錄機(jī)、顯示屏，可以對(duì)每臺(tái)壓裂車液力端運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，該系統(tǒng)有單車監(jiān)測(cè)、車組監(jiān)測(cè)、單車巡檢、視頻刻錄等功能，充分滿足實(shí)際生產(chǎn)需要切存在安全穩(wěn)定、成本小的優(yōu)點(diǎn)。

4 總結(jié)

頁巖氣壓裂施工由于壓力較高，管線長(zhǎng)時(shí)間承受高壓，隨時(shí)可能出現(xiàn)嚴(yán)重的管線爆裂現(xiàn)象，對(duì)人員的安全以及施工的質(zhì)量造成重大的傷害和損失。通過在施工過程中不斷地尋找方法，利用攝像頭監(jiān)控以及高強(qiáng)度安全綁帶的束縛作用，有效的避免了在施工出現(xiàn)的管線爆裂以及車輛刺漏的現(xiàn)象，確保了現(xiàn)場(chǎng)人員的安全和施工的質(zhì)量。