低滲透油層水力壓裂施工曲線形態(tài)及常見問題分析

白彥嶺

（中國石化中原油田分公司濮東采油廠，河南 濮陽 457001）

水力壓裂是油氣井增產(chǎn)的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，廣泛用于低滲透油氣藏[1-2]。而壓裂施工曲線是壓裂過程的重要反映，也是壓裂效果評價(jià)的重要依據(jù)[3]?，F(xiàn)場技術(shù)人員主要依據(jù)壓裂施工曲線判斷壓裂的質(zhì)量。隨著低滲透油層的開發(fā)，壓裂施工的不成功情況時(shí)有發(fā)生，前人針對提高水力壓裂質(zhì)量方面主要在壓裂液、壓裂工藝等方面的技術(shù)改進(jìn)，并沒有直接與現(xiàn)場的操作和指揮直接結(jié)合。本文結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際，對施工曲線形態(tài)和常見問題進(jìn)行分析，總結(jié)典型常見問題，提出現(xiàn)場解決方法及預(yù)防措施，提高施工質(zhì)量，確保施工安全順利進(jìn)行。

1 水力壓裂施工曲線形態(tài)

水力壓裂施工曲線依據(jù)砂比、壓力等參數(shù)隨時(shí)間的變化形態(tài)可以分為前置液階段和攜砂液階段。前置液階段主要為裂縫形成和初步延伸階段，是形成破裂地層的第一步；攜砂液階段是裂縫延伸、支撐劑攜入及裂縫閉合于支撐劑上的階段，是裂縫延伸及最終形態(tài)形成的關(guān)鍵第二步。

1.1 前置液階段

前置液階段依據(jù)泵壓和排量變化，分為破裂地層形態(tài)和無破裂地層形態(tài)。水力破裂地層時(shí)，曲線依據(jù)泵壓和排量的變化主要表現(xiàn)出3種形態(tài)，分為泵壓迅速下降、排量上升型，泵壓不變、排量上升型和泵壓上升后迅速下降、排量不變型。無破裂地層時(shí)，壓力沒有釋放，泵壓隨排量增大而增大。

無明顯破裂顯示可能與地層的原生裂縫有關(guān)。一次破裂產(chǎn)生一條裂縫，多次破裂可能顯示多條裂縫。無明顯破裂顯示，可能并不是地層沒有形成裂縫，而有可能是地層產(chǎn)生裂縫時(shí)所引起的泵壓或排量變化在地面反映不明顯。

泵壓曲線在初期出現(xiàn)尖峰，大多數(shù)是井筒內(nèi)地層水和液體摩阻造成；泵壓由尖峰下降，這是地層被壓開標(biāo)志；泵壓降至最低點(diǎn)后，泵壓出現(xiàn)緩慢上升，是地層裂縫正常延伸，或者是液體摩阻增加影響的；泵壓降至最低點(diǎn)后，泵壓上升到一定高度后緩慢下降，這是可能是地層濾失嚴(yán)重，或者是裂縫在垂向上延伸；在前置液階段加入段塞砂時(shí)，泵壓上升了1～3個(gè)MPa，說明裂縫寬度增加。

1.2 攜砂液階段

依據(jù)攜砂液階段壓力和排量變化形態(tài)，劃分為5種類型（表1）。

攜砂液階段曲線形態(tài)影響因素及現(xiàn)場操作。

表1 攜砂液階段壓裂施工曲線形態(tài)類型Table1 Form type of fracturing flush stage

1） 加砂曲線的形態(tài)與壓裂液的性質(zhì)有關(guān)，與高粘度水基壓裂液相比，低粘度水基壓裂液造成的裂縫寬度和長度要更大。加砂曲線形態(tài)與地層性質(zhì)有關(guān)，地層物性較好，且均質(zhì)，曲線多為下降型；地層物性差異大，滲透率大小變化，攜砂液在裂縫中通過時(shí)受阻，使泵壓上、下波動，曲線多為波動型。

2）下降、下降穩(wěn)定型是現(xiàn)場施工比較理想的類型，施工成功率、有效率較高，但應(yīng)注意井淺、斷裂破碎帶、薄夾層或鄰層為高滲透層時(shí)，液體是否濾失較大。

3）斜率很小的上升型曲線屬正常的施工曲線，現(xiàn)場施工時(shí)應(yīng)采取小排量、低砂比慢速施工，擴(kuò)大施工規(guī)模。斜率近為1的上升曲線是最令人擔(dān)心曲線類型，現(xiàn)場應(yīng)合理調(diào)小砂比、排量，以便達(dá)到設(shè)計(jì)加砂量要求。若曲線斜率大于1時(shí)，應(yīng)立即停止加砂，泵入頂替液防止發(fā)生砂堵。

4）在低砂比階段，泵壓出現(xiàn)下降趨勢，是液柱壓力增加高于液體摩阻增加；在高砂比階段，泵壓出現(xiàn)上升趨勢，是液體摩阻的增加高于液柱壓力增加。

2 常見問題及解決方法

2.1 壓不開

地層壓不開主要分兩種情況：

1）目的層無注入量；

2）低排量持續(xù)，高壓不降（圖1）。

圖1 地層壓不開施工曲線特征

分析及解決方案：

1） 地質(zhì)因素：地層物性較差，吸液困難，在地面設(shè)備及井下工具所承受的壓力范圍內(nèi)無法把地層壓開，形成裂縫。射開厚度小，壓裂過程無法進(jìn)行有效的造縫等。解決辦法是使用前置酸。

2）管柱因素：施工作業(yè)隊(duì)疏忽或工人下管柱時(shí)大意，導(dǎo)致組配或井下壓裂管柱有誤；壓裂管柱不干凈、不通、有死油，或管柱內(nèi)有異物堵塞。解決方法是重新正確計(jì)算井下管柱數(shù)據(jù)，檢查并更換管柱。

3） 井身因素：a） 射孔炮眼污染嚴(yán)重：堵塞射孔炮眼常常出現(xiàn)在水井中，由于注入水中的金屬離子和雜質(zhì)，對炮眼造成污染，導(dǎo)致在管柱限壓內(nèi)壓不開；b）油井結(jié)蠟嚴(yán)重：下壓裂管柱時(shí)把死蠟推到目的層，導(dǎo)致炮眼堵塞壓不開。解決方法是壓裂前用熱水清洗油管和井筒或刮蠟；c）射孔質(zhì)量問題：射孔過程造成炮眼數(shù)量少或無炮眼，只能重新射孔。d）油套環(huán)形空間有泥漿或死油：解決方法是通過正、反洗井，將臟物洗出；瞬間起停泵憋壓放噴；大幅度上下活動管柱，通過封隔器活塞式的抽汲作用，將堵塞物排出。

2.2 壓竄

1）封隔器損害引起的套噴。

如果封隔器損壞，其膠筒不能膨脹，無法封隔油套環(huán)形空間時(shí)，則形成套噴。油套完全處于連通狀態(tài)，封隔器損壞形成的套噴現(xiàn)象非常明顯。可以通過上提驗(yàn)封來判斷是否是封隔器損壞。

2）油管打洞、斷裂引起的套噴。

壓裂施工時(shí)，當(dāng)壓力超出油管的承壓極限時(shí)，油管就會斷裂。如果是在卡距以上斷裂，那么油套連通就會形成套噴；如果斷裂處是在卡距內(nèi)，此時(shí)上級封隔器還在工作，不會有套噴現(xiàn)象，但油管會上頂，壓力也會有明顯的下降。

3）配錯(cuò)或下錯(cuò)壓裂管柱引起的套噴。

可分為2種：①單層壓裂：單層壓裂都是一封一噴或兩封一噴，可以根據(jù)管柱的實(shí)際情況，正確調(diào)整管柱深度來避免此現(xiàn)象的發(fā)生；②多層壓裂：包括壓不開、套噴、油管打洞、損壞封隔器或卡管柱等一系列嚴(yán)重問題，一旦起車有套噴現(xiàn)象，要堅(jiān)決終止施工，核對下壓裂管柱記錄或磁測找出原因。

2.3 砂堵

L118井壓裂，破壓后注入前置液期間，施工壓力突然降低10MPa后又恢復(fù)。隨著前置液量增大，施工壓力很快降低?，F(xiàn)場檢查壓裂液和施工設(shè)備均正常，按設(shè)計(jì)要求加砂，中途出現(xiàn)兩次砂堵。經(jīng)過分析可能是地層微裂縫發(fā)育良好或壓裂產(chǎn)生的微裂縫較多，壓裂液濾失量較大，導(dǎo)致砂堵。

原因分析及解決方案：

1）壓裂液性能。壓裂液濾失量過大，降低前置液利用效率，裂縫達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)模；加砂過程，壓裂液粘度變低，攜砂性能變差，易造成砂堵；壓裂液穩(wěn)定性差，抗剪切能力差，攜砂液進(jìn)入地層前已經(jīng)開始破膠。

2）地層因素。有斷層的地層，壓裂液濾失量大，易造成砂堵；油層砂體的非均質(zhì)性導(dǎo)致裂縫的規(guī)模形成受限，易砂堵；地層天然裂縫發(fā)育良好或壓裂時(shí)產(chǎn)生的微裂縫多，壓裂液濾失量大，易砂堵。

3）施工操作不當(dāng)。前置液較少，動態(tài)裂縫規(guī)模形成效果不理想，易砂堵；加砂過程，設(shè)備損壞，儀器故障停車或維修，易沉砂堵井；施工過程，混砂工將砂比提升過快，易砂堵。

解決方案：若出現(xiàn)砂堵情況，應(yīng)當(dāng)立即放噴，將泥砂噴出；或者運(yùn)用反循環(huán)洗井的方式，恢復(fù)壓力正常后，再置入前置液，通過完整的處理方式，完成砂堵的處理。

2.4 沉砂

1）加砂過程中因井口設(shè)備或地面管匯破裂停止施工，可能造成沉砂。

2）替擠過程中，由于替擠量不足，使管柱中壓裂砂未全部替入地層，從而形成沉砂。

3）壓后上提時(shí)噴砂器被打壞，返排時(shí)造成沉砂。

4）壓裂施工過程中，由于設(shè)備原因而引起的沉砂。

沉砂的解決方法：①應(yīng)及時(shí)小排量注入壓裂液，如果壓力下降，可以慢慢的提高排量，直至恢復(fù)正常。②反復(fù)執(zhí)行“開放空-關(guān)放空-注壓裂液”這一過程，即在高壓下打開放空閘門，然后迅速關(guān)閉放空閘門，馬上向井內(nèi)注入壓裂液，看壓力變化，是否有注入量，直至恢復(fù)正常。③盡快活動管柱，活動開后，用壓裂液將管柱內(nèi)的支撐劑反洗到地面或起出管柱。

3 結(jié)論

1） 通過壓裂施工曲線壓力、排量的變化，將壓裂施工前置液階段分為有破裂顯示和無破裂顯示兩種類型；通過壓裂施工曲線壓力、砂比等變化，將壓裂施工攜砂液階段分為壓力下降型、壓力下降穩(wěn)定型、壓力波動型、壓力上升型、壓力穩(wěn)定型五種類型，壓力下降型和壓力下降穩(wěn)定型是現(xiàn)場施工較理想類型。

2） 壓裂施工常見問題包括壓不開、壓竄、砂堵、沉砂等，應(yīng)當(dāng)做好預(yù)防措施，若發(fā)生這些問題應(yīng)及時(shí)處理，使壓裂現(xiàn)場施工安全，為壓裂施工質(zhì)量做出保證。