致密油氣橋塞體積壓裂工藝異常分析及解決措施

王永偉 姬君翯 張康(川慶鉆探長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西 西安 710018)

1 致密油氣與體積壓裂

致密油氣簡(jiǎn)而言之就是致密儲(chǔ)層油氣，指以吸附或游離狀態(tài)賦存于生油巖中，或與生油巖互層、緊鄰的致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲(chǔ)集巖中，未經(jīng)過(guò)大規(guī)模長(zhǎng)距離運(yùn)移的油氣聚集[1]。長(zhǎng)慶油田根據(jù)儲(chǔ)層特征及開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，將地面氣測(cè)滲透率為0.1～0.3mD 的油藏劃為致密油氣層范疇[2]。致密油氣資源高效開(kāi)發(fā)離不開(kāi)關(guān)鍵技術(shù)即水平鉆井及多段體積壓裂技術(shù)。體積壓裂工藝?yán)么笠毫?、高排?8～12m3/min)、低砂比、低粘壓裂液等措施，促使致密儲(chǔ)層開(kāi)啟天然裂縫、使裂縫表面產(chǎn)生剪切滑移形成自支撐裂縫、溝通人工與天然裂縫的方式改造儲(chǔ)層形成復(fù)雜縫網(wǎng)，擴(kuò)大縫網(wǎng)網(wǎng)格與油藏接觸面積，提高壓裂效果。

為滿足體積壓裂工藝需求，目前長(zhǎng)慶區(qū)域致密油氣體積壓裂設(shè)備配備為8-14 臺(tái)2000 型/2300 型主壓車、1-2 臺(tái)100 桶混砂車、1-2 臺(tái)8～12m3/min 混配車、1-3 套測(cè)井設(shè)備及其他配屬設(shè)備。參與壓裂施工的單位主要有測(cè)井公司、壓裂大隊(duì)、試油氣隊(duì)等多家單位緊密配合完成。所以眾多設(shè)備的穩(wěn)定性、多家施工單位的溝通協(xié)調(diào)、物資的保障等因素也是制約致密油氣資源快速有效開(kāi)發(fā)的重要原因。

2 體積壓裂施工異常及應(yīng)對(duì)措施

目前長(zhǎng)慶區(qū)域致密油氣開(kāi)發(fā)多采用橋塞細(xì)分割體積壓裂技術(shù)。施工流程可分為兩大部分：

(1)水力泵送橋塞射孔聯(lián)作。

(2)投球封堵壓裂。從現(xiàn)場(chǎng)施工來(lái)看，這兩部分皆會(huì)出現(xiàn)施工異常。本文總結(jié)了各種常見(jiàn)異常且做定性分析并提出避免及解決措施。

2.1 水力泵送橋塞射孔聯(lián)作施工異常

2.1.1 槍串上頂卡死

儲(chǔ)層壓裂后，井筒里存在較高壓力。出于安全，需要在上井口至防噴管中注入與井筒等額的壓力，這個(gè)壓力稱之為井口平衡壓力。由于防噴管至管線段內(nèi)容積較小(約0.2m3)，注入平衡壓力時(shí)液流在防噴管內(nèi)帶動(dòng)射孔槍串快速上行，噴撞到防噴管上部密封裝置，造成上頂遇阻。為避免此類異常，需要在注入平衡壓力時(shí)精細(xì)化操作，利用壓裂車自動(dòng)試壓功能，時(shí)間間隔設(shè)置為50ms，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速700～800R/min，緩慢注入平衡壓力至既定壓力值可徹底避免此種異常。

2.1.2 泵送橋塞遇阻

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工統(tǒng)計(jì)分析，泵送橋塞遇阻的主要原因有：

(1)套管形變。

(2)井筒異物。

(3)橋塞異常坐封。

(4)井筒異常泄壓。不同遇阻原因表現(xiàn)跡象也不同。套管形變導(dǎo)致的橋塞遇阻多發(fā)生在水平井入窗點(diǎn)附近，施工表現(xiàn)為遇阻位置固定。井筒異物造成的橋塞遇阻多表現(xiàn)為多點(diǎn)遇阻且無(wú)固定位置。橋塞異常坐封引起的主要原因?yàn)闃蛉|(zhì)量問(wèn)題、測(cè)井儀器異常、井筒壓力異常激動(dòng)。井筒異常泄壓造成的橋塞電纜卡死，主要是由于多家單位交叉作業(yè)時(shí)不慎造成下電纜作業(yè)時(shí)地面流程倒錯(cuò)造成，要建立嚴(yán)格的責(zé)任區(qū)及交接班制度來(lái)避免這種人為因素所造成的事故。根據(jù)不同遇阻跡象可判斷具體的遇阻原因，采取相應(yīng)措施，避免造成事故復(fù)雜。

施工中途橋塞遇阻，不論哪種原因，在多次泵送無(wú)果后應(yīng)起出射孔槍串，大排量(6～8m3/min)清掃井筒后再行泵送。若為套管形變所引起，則需通井修復(fù)套管。嚴(yán)禁提高泵送排量強(qiáng)行推動(dòng)橋塞下行通過(guò)遇阻位置，強(qiáng)行泵送易產(chǎn)生壓力激動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致電纜斷裂或橋塞半座封，造成事故復(fù)雜。對(duì)于井筒異物導(dǎo)致的遇阻，一般大排量清掃井筒后可解決，若無(wú)果則需通井或打撈。對(duì)于橋塞異常坐封，可溶橋塞可通過(guò)泵注10%KCL 溶液解卡，不可溶橋塞需利用連續(xù)油管穿心打撈的方式解決。

2.2 投球封堵壓裂施工異常

2.2.1 堵球遇阻及橋塞移位

此種異常在橋塞體積壓裂施工時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)，具體表現(xiàn)為泵送堵球理論到位但施工壓力無(wú)到位跡象。造成的主要原因有：

(1)假性投球。

(2)井眼軌跡不規(guī)則。

(3)套管射孔毛刺。

(4)橋塞移位。

(5)儲(chǔ)層低壓。

在泵送堵球時(shí)，若注入液量超過(guò)井筒容積5～10m3可判定出現(xiàn)異常，應(yīng)再次投球泵送，解決假性投球造成的異常。若二次送球后無(wú)到位跡象，則提高施工排量(4～6m3/min)注入1.2 倍井筒容積液量解決井眼軌跡不規(guī)則及套管射孔毛刺所造成的堵球遇阻異常。若提排量泵送還無(wú)到位跡象，則需測(cè)井下工具探橋塞位置，排除由橋塞移位引起的送球異常。如果橋塞無(wú)位移則判斷為儲(chǔ)層低壓，若橋塞發(fā)生位移則需再次泵送橋塞。泵送堵球施工時(shí)，壓裂隊(duì)與測(cè)井隊(duì)要雙方把關(guān)，杜絕假性投球造成的異常，利用上述方案，循序漸進(jìn)解決各類原因造成的送球異常。嚴(yán)禁無(wú)明顯堵球到位跡象及判定為儲(chǔ)層低壓而繼續(xù)壓裂施工，這不僅會(huì)在壓裂階段出現(xiàn)壓力激動(dòng)造成套管、井口及壓裂設(shè)備的損壞，更會(huì)造成上段重復(fù)壓裂而降低儲(chǔ)層改造效果，浪費(fèi)油氣資源。

2.2.2 施工壓力突降及異常低壓

施工壓力突降引起的主要原因有：

(1)橋塞移位。

(2)堵球碎裂。

(3)套管脫扣。

(4)地面設(shè)施設(shè)備損壞。

在壓裂施工階段遇到壓力突降的情況，無(wú)論哪種原因，首先要及時(shí)停泵查看地面高壓管線、壓裂井口及壓裂設(shè)備是否完好，排出地面泄壓原因。再次投球泵送，排出驗(yàn)證由堵球碎裂造成的壓力突降。若二次送球無(wú)起壓則考慮套管脫扣及橋塞移位的原因。此時(shí)需要探橋塞位置及檢測(cè)套管完整性。

壓裂施工異常低壓的主要原因?yàn)椋?/p>

(1)臨井串。

(2)套管破損。

由于水平井各段巖性較為一致，同排量下各段施工壓力接近，若某一段的施工壓力低于各段平均壓力5～8Mpa，可判斷為異常低壓。壓裂施工中出現(xiàn)異常低壓，要及時(shí)通知各作業(yè)方，時(shí)刻監(jiān)測(cè)臨井狀況，若臨井出現(xiàn)壓力上漲要及時(shí)停泵，避免造成臨井壓裂井噴。時(shí)刻監(jiān)測(cè)表套與生產(chǎn)套管環(huán)空壓力，避免套管損壞造成的壓裂井控事故。

2.2.3 施工壓力異常高

水平井壓裂施工，因其儲(chǔ)層固有的儲(chǔ)層特性及穩(wěn)定的液性，施工壓力會(huì)保持在一個(gè)固定的范圍內(nèi)波動(dòng)，若施工壓力高于該范圍，則定義為施工壓力異常高，主要原因有：

(1)裂縫彎曲或縫口摩阻較大。

(2)近井地帶污染。

(3)壓裂未造出主裂縫。

異常高壓出現(xiàn)在前置液階段，此時(shí)可通過(guò)小段塞(60～ 80kg/m3)來(lái)判具體原因。若段塞進(jìn)入地層后壓力明顯下降可判斷為裂縫彎曲或縫口摩阻所導(dǎo)致的異常高壓，此時(shí)可通過(guò)多個(gè)段塞打磨孔眼及彎曲縫口，降低施工壓力。若段塞進(jìn)入地層后壓力上漲，則判定為近井地帶污染或壓裂未造出主裂縫所導(dǎo)致的異常高壓，近井地帶污染可通過(guò)擠酸解除儲(chǔ)層污染降低施工壓力。若壓裂時(shí)未造出主縫，而是形成了多條微裂縫，此時(shí)可用段塞封堵微裂縫迫使儲(chǔ)層造出主縫，降低施工至正常范圍，繼續(xù)后續(xù)施工。

2.2.4 壓裂砂堵

壓裂施工與儲(chǔ)層特性及壓裂液性能息息相關(guān)，壓裂砂堵一般有以下種因素。

(1)儲(chǔ)層因素，經(jīng)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層因素造成的砂堵，與該儲(chǔ)層巖石的滲透率成正相關(guān)，如致密氣山西組儲(chǔ)層平均滲透率比石盒子組要大，表現(xiàn)在壓裂施工中為，山西組加40-70 目陶粒壓裂正常及至換加20-40 目陶粒，砂濃300～380kg/m3易出現(xiàn)壓力直線上漲造成砂堵。對(duì)于此類儲(chǔ)層應(yīng)建議調(diào)整兩種陶粒的數(shù)量比及20-40 目陶粒施工砂比，避免出現(xiàn)砂堵。

(2)液體因素。由于混配車故障或水質(zhì)原因，造成所配液體粘度不達(dá)標(biāo)，此時(shí)若強(qiáng)行加砂，則會(huì)出現(xiàn)由于攜砂液性能不足導(dǎo)致的脫砂跡象，壓力表現(xiàn)為持續(xù)的快速上漲。對(duì)于這種情況第一要及時(shí)判明原因，不能盲目加砂提砂比。第二要從根源上預(yù)防問(wèn)題，混配車在配液前要落實(shí)清水水質(zhì)是否滿足配液要求，然后采用做小樣的方式確定各影響配液質(zhì)量的因素，最后在正常配液中途需每5min 取一次樣測(cè)量配液粘度及PH 值，從而在源頭上杜絕液體質(zhì)量所造成的壓裂砂堵。

(3)設(shè)備因素。近年來(lái)，體積壓裂技術(shù)不斷成熟，長(zhǎng)慶油田及中油油服等多家單位聯(lián)合，提出了提速增效的目標(biāo)，為了緩解壓裂設(shè)備需求與壓裂工藝更新的矛盾，提出了人休機(jī)不停的全天候壓裂作業(yè)，這樣勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致壓裂設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備的穩(wěn)定性下降所造成的施工壓裂砂堵。主要表現(xiàn)在混砂車吸入泵及排除泵的損壞，若發(fā)生在注攜砂液階段，則勢(shì)必會(huì)造成砂堵的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工，混砂車若出現(xiàn)故障，有兩類解決辦法。一是混砂車排出泵故障，則需立即停砂，倒直通流程將井筒及管線中攜砂液全部頂替到位，避免井筒砂堵造成井下事故。二是若混砂車吸入泵出現(xiàn)故障則需采用連接混配車為主壓車供液，將攜砂液全部頂替到位。此兩種方法能夠有效的解決混砂車設(shè)備故障所帶來(lái)的砂堵風(fēng)險(xiǎn)。

(4)人為因素。長(zhǎng)慶區(qū)域體積壓裂改造時(shí)40-70 目、20-40目等多種支撐劑組合使用，多種支撐劑預(yù)裝在砂漏中，在注攜砂液時(shí)通過(guò)閘門控制支撐劑型號(hào)。此時(shí)若混砂車操作工倒錯(cuò)閘門，使得大粒徑的支撐劑優(yōu)先注入，則易造成砂堵。其次緩沖罐中的液位高低是導(dǎo)致混砂車走空的首要因素，混砂車走空易導(dǎo)致瞬間高砂濃導(dǎo)致的砂堵或支撐劑將攪拌罐埋掉的更加嚴(yán)重的后果。對(duì)于這種認(rèn)為因素導(dǎo)致的事故，需要采取雙人盯崗，嚴(yán)格落實(shí)關(guān)鍵環(huán)節(jié)人員配合，杜絕上述現(xiàn)象。

上述提出了四種導(dǎo)致壓裂砂堵的具體原因及預(yù)防解決措施，對(duì)于不同的原因要及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施，盡力避免砂堵造成事故。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)水力泵送橋塞遇阻，要準(zhǔn)確分析原因，采取正確的應(yīng)對(duì)措施，不能盲目加大排量泵送，避免造成井下事故。

(2)壓裂施工出現(xiàn)壓力突降或異常低壓，要及時(shí)停泵分析原因，做好臨井壓力和環(huán)空壓力監(jiān)測(cè)，避免造成壓裂井控事故。

(3)壓裂施工出現(xiàn)異常高壓，可采用小段塞效果分析異常高壓原因，采取對(duì)應(yīng)措施，降低施工壓力。

(4)壓裂施工要充分評(píng)估儲(chǔ)層特性對(duì)壓裂施工的影響，優(yōu)化設(shè)計(jì)，時(shí)刻關(guān)注液體性能，竭力避免壓裂砂堵造成井下事故。