壓裂施工中壓力異常波動的原因淺析及處理措施

1、壓裂施工中壓力異常波動的原因淺析及處理措施編 寫：韓 慶單 位：長慶石油勘探局井下技術(shù)作業(yè)處二 0 0七 年 十二月壓裂施工中壓力異常波動的原因淺析及處理措施韓 慶（長慶石油勘探局技術(shù)作業(yè)處 甘肅慶陽 745113）摘要：油水井壓裂已經(jīng)成為各大油田一項重要的增產(chǎn)增注措施，在壓裂施工過程中，由于地質(zhì)因素或人為因素等多種原因，導(dǎo)致了不成功工序的發(fā)生，影響了正常的生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。隨著壓裂工藝的不斷完善，對工程技術(shù)人員的整體素質(zhì)要求越來越高，不但要有較高的專業(yè)技術(shù)理論水平，還要有較豐富的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗。本文著重論述了在壓裂施工過程中，壓力異常波動的原因及處理措施，從人為因素、非人為因素等方面進行了闡述，

2、同時列舉了一些實例及圖表，針對原因進行分析，提出處理及預(yù)防措施，旨在對以后的施工過程中遇到此類問題時能夠提供參考與指導(dǎo)，盡可能地降低損失，進一步提高壓裂施工的一次成功率，為油田的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。關(guān)鍵詞：壓力 異常波動 處理一、 問題的提出隨著長慶油田的不斷開發(fā)，壓裂已經(jīng)成為油井增產(chǎn)，水井增注的重要手段，壓裂井的數(shù)量也在不斷增加。在現(xiàn)場施工過程出現(xiàn)的問題中，技術(shù)人員最怕遇到的就是壓力的異常波動，因為它有可能會導(dǎo)致工程事故，通常是造成砂堵，進而造成砂卡管柱，導(dǎo)致管柱活動不開，這樣處理起來極為麻煩，不僅耗費時間，而且還會造成極大的經(jīng)濟損失。再有，壓力異常上升，極易造成憋爆管柱，因為在極短時間內(nèi)，

3、壓力的迅速上升，即使是儀器設(shè)有超壓復(fù)位裝置，也不可能將所有泵車停下，如果在井下憋斷管柱，則會造成卡管柱，如果在地面憋爆管線，則可能會造成設(shè)備及人員的傷害。所以分析壓力的異常波動以及提出解決的辦法，對于在今后的施工中避免損失具有重要的意義。二、 引起壓力異常波動的原因分析及處理措施壓裂施工是一個系統(tǒng)工程，其間任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，都可能導(dǎo)致整個施工的失敗，導(dǎo)致壓力異常波動的原因大致可以分為兩種情況：人為因素和非人為因素。下面就這兩種因素進行詳細的論述。1人為因素在整個施工過程中，因人為因素引發(fā)的壓力異常波動占有一定的比例，通常有以下幾種原因。(1)前置液量是否符合壓裂施工設(shè)計要求。每口井壓裂成功

4、與否，與前置液量有極大的關(guān)系。只有前置液量符合設(shè)計要求，才能破開地層，并在地層中形成一條具有足夠長度的填砂裂縫，為以后支撐劑的進入做好鋪墊。反之，如果前置液量不足，則會為以后的施工埋下隱患：由于前置液量的不足，導(dǎo)致造縫長度不足，隨著施工時間的延長，當(dāng)砂量達到一定程度時，裂縫無法繼續(xù)向前延伸，地層就會出現(xiàn)“飽和”現(xiàn)象，如果在加砂過程中出現(xiàn)壓力升高，并且判斷其原因是由于前置液量不足引起的，應(yīng)采取的措施是立即停砂，進行替擠，以避免更大的損失。 (2)是否為交聯(lián)前置液。如果前置液量充足，但是沒有混合交聯(lián)，在施工過程中，隨著時間的推移，愿者上鉤液會慢慢地濾失，同樣不能形成足夠長度的填砂裂縫。最終會導(dǎo)致縫

5、端脫砂。正確的做法應(yīng)是：在地層壓開，排量達到設(shè)計要求后，就應(yīng)該進行交聯(lián)混合，使前置液保持應(yīng)有的造縫機能。如果前置液沒有混合交聯(lián)，那么出現(xiàn)壓力上升時，也應(yīng)該立即停砂，進行替擠。如果強行加砂，則極有可能導(dǎo)致砂堵事故的發(fā)生。(3)加砂過程中是否供液或供砂間斷。在壓裂施工中，尤其是在加砂過程中，最禁忌的就是供液間斷，也就是俗稱的“抽空”。引起抽空的人為因素就是罐車看液人員的疏忽，造成液罐內(nèi)空氣進入混砂車水泵內(nèi)，從而引起混砂車上水困難，或是由于混砂車操作人員的誤操作，使混砂斗內(nèi)液面過低，不能向泵車提供充足的液量，繼而泵車向地層間斷性供液，則推動支撐劑進入地層的動力不足，易造成支撐劑在地層內(nèi)發(fā)生堆積，尤其

6、是在高砂比階段時，極易造成壓力異常上升，導(dǎo)致砂堵。所以在施工中，看罐人員及混砂車操作人員應(yīng)增強責(zé)任心，避免發(fā)生抽空現(xiàn)象。一但因抽空引發(fā)壓力上升，則應(yīng)降低砂比，視壓力變化加砂。其次，供砂不連續(xù)，有可能是砂罐不到位或是混砂車加砂間斷，在施工過程中都會引起壓力地異常變化，如果施工員不及時采取措施，將會導(dǎo)致施工失敗。如圖1：本次施工過程中有兩次供液不足現(xiàn)象，瞬時間導(dǎo)致主壓車走空泵，其壓力排量都有所較大變化（壓力排量同時波動），供液正常后其壓力排量基本平穩(wěn)。圖1：施工中供液不足的施工曲線如下圖2：在施工過程中，由于混砂車供砂不連續(xù)引起壓力變化兩次，壓力平均每次上升23MPa，在加砂正常后壓力慢慢恢復(fù)到正

7、常情況。圖2：供砂不連續(xù)的施工曲線(4)交聯(lián)比是否合理。在加砂過程中，交聯(lián)比的控制是否合理，對整個施工的成敗同樣也有著舉足輕重的作用。控制好交聯(lián)的大小，需要一定的施工經(jīng)驗，如果交聯(lián)過小，則凍膠壓裂液的攜砂能力變差，隨著施工時間的推移，進入地層內(nèi)的支撐劑會慢慢沉積，形成砂橋，阻止后續(xù)支撐劑的進入，從而會形成砂堵，尤其是在外圍探井施工中，多使用延時交聯(lián)，如果控制不好基膠比，攜砂液在進入地層后仍不成膠，則極易發(fā)生砂堵。這一過程是緩慢的，壓力通常會呈緩慢上升趨勢，這種情況發(fā)生后應(yīng)立即停砂，隨著壓力上升，應(yīng)逐漸減小排量，以防壓力突然上升，難以控制。如果壓力平穩(wěn)，則應(yīng)及時調(diào)整交聯(lián)，視情況加砂。如果交聯(lián)過大

8、，則會增加摩阻，在凍膠過炮眼時，壓力也會有異常波動?？刂坪没z比，要求混砂車上的技術(shù)人員應(yīng)對混合液勤檢查，儀表車內(nèi)技術(shù)員也應(yīng)注意觀察排量線的變化，一旦排量有異常，則應(yīng)及時調(diào)整交聯(lián)。判斷是否因交聯(lián)濃度過大導(dǎo)致壓力波動，可通過泵注排量及時間推算出來，由此引起的壓力波動一般不會導(dǎo)致砂堵。 如圖3所示:在施工過程中,由于交聯(lián)比控制的不是很好,交聯(lián)比一陣大一陣小，所以在加砂過程中壓力變化波動很大,使得后期砂比不可能提得更高。圖3：交聯(lián)控制不好的施工曲線圖4：交聯(lián)控制不好的施工曲線(5)排量是否符合設(shè)計要求。全三維水力裂縫模擬結(jié)果表明，當(dāng)上下巖層與壓裂目的層的地應(yīng)力差小于5MPa時，泵注排量的大小將對裂縫

9、高度的延伸產(chǎn)生較大影響。在現(xiàn)場施工中，有時因為某種情況，施工泵注排量達不到設(shè)計要求，這就使得裂縫高度達不到預(yù)期值，當(dāng)泵入較高濃度的砂比時，高濃度的支撐劑就會堆積在裂縫口，造成壓力的迅速上升。所以在現(xiàn)場施工中，應(yīng)嚴(yán)格遵守作業(yè)指導(dǎo)書的要求，以足夠的排量進行施工。 (6)泵入錯誤的砂比或設(shè)計砂量、砂比不合理。在施工中，如果施工人員錯誤的泵入了較高濃度的砂比，或者設(shè)計人員在做設(shè)計時，由于對欲壓目的層的地層參數(shù)分析有誤，設(shè)計了過高的砂比或砂量，或前置液量相對不足、基膠比不合理、裂縫高度限制等因素，均可導(dǎo)致壓力異常上升?，F(xiàn)場施工時如果壓力上升，應(yīng)進行判斷分析，及時采取相應(yīng)的措施(降砂比或提高施工排量)。2

10、非人為因素(1)地質(zhì)因素。斷層遮擋。在影響壓裂施工的地質(zhì)因素中，斷層遮擋是一個不可忽視的因素。施工中，如果在裂縫延伸過程中遭遇斷層遮擋，則裂縫的延伸受到限制，地層的吸入量會達到飽和，致使壓力上升，無法繼續(xù)施工。在斷層區(qū)域附近施工，如果各項指標(biāo)均符合設(shè)計要求，而壓力迅速上升，則有可能為斷層所致。為避免此類問題的發(fā)生，一方面要求設(shè)計部門應(yīng)該詳細了解欲壓目的層的地質(zhì)情況，對斷層發(fā)育的地區(qū)或施工井應(yīng)給予標(biāo)注；另一方面要求現(xiàn)場施工人員應(yīng)盡量多積累經(jīng)驗，對特殊區(qū)塊的油藏資料有所了解，避免壓力突然上升而造成不必要的損失。地層滲透率和微裂縫發(fā)育的影響。由于地層滲透率過大導(dǎo)致縫端脫砂而引起壓力異常上升，在施工中

11、也比較常見。有些微裂縫發(fā)育區(qū)塊，在施工中也容易導(dǎo)致壓裂液濾失量過大或者形成不了有效主裂縫，而導(dǎo)致脫砂現(xiàn)象的發(fā)生。對于本身滲透性較好的水井，由于長期注水，導(dǎo)致微裂縫被水中雜質(zhì)所充填或堵塞，隨著注水壓力的提高，新的裂縫產(chǎn)生，隨著時間的推移，新裂縫又被雜質(zhì)充填，這樣周而復(fù)始，使得這一區(qū)塊的施工破壓較高，并且隨著施工的進行，微裂縫相繼被壓開，施工壓力極不穩(wěn)定，并且伴隨著濾失量增大，容易造成砂堵。所以在施工此區(qū)塊的水井時，應(yīng)該適當(dāng)增加前置液用量，同時增大交聯(lián)比例，當(dāng)壓力有上升趨勢時，可適當(dāng)提高排量，增加縫寬以減緩壓力的上升。限流法施工。限流法施工，就是通過嚴(yán)格限制炮眼的數(shù)量和直徑，按設(shè)計注入排量進行施工

12、，利用壓裂液流經(jīng)孔眼時產(chǎn)生的炮眼摩阻，大幅度提高井底壓力，并迫使壓裂液分流，使破裂壓力接近的地層相繼被壓開，達到一次加砂能夠同時處理幾個層的目的。由于其工藝特點，在施工過程中相繼壓開幾個小層，同時會出現(xiàn)壓力波動的現(xiàn)象，所以在施工限流法井時，出現(xiàn)壓力的波動屬于正常現(xiàn)象。(2)設(shè)備因素。在施工過程中，由于設(shè)備的突發(fā)故障，導(dǎo)致泵注排量不足，或者供液系統(tǒng)的故障，均可導(dǎo)致原有施工狀態(tài)改變，井底流質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化，進而導(dǎo)致壓力波動。 泵車故障原因。泵車是壓裂施工中泵注下井原材料的動力源，如果其發(fā)生故障，也將會引起相應(yīng)的施工故障。如某臺車的變速箱系統(tǒng)或柴油機發(fā)生故障，可導(dǎo)致該車大泵運轉(zhuǎn)偷停或者擋位混亂，造成排

13、量不準(zhǔn)確。或者由于大泵閥系統(tǒng)工作故障，間斷性供液，均可導(dǎo)致壓力異常。在施工中，要求泵工對臺上設(shè)備勤檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)整車輛，保證排量的穩(wěn)定。混砂車故障原因?；焐败囉捎谑褂寐瘦^高，易磨損部位也容易發(fā)生故障。例如水泵或砂泵，由于長期使用，均可導(dǎo)致葉輪的磨損。水泵發(fā)生故障，則上水困難。砂泵發(fā)生故障，則供液量不足。在施工排量增大的情況下，使得混砂車不能及時供給泵車充足的液量，使泵車抽空，最終導(dǎo)致壓力的異常波動。所以當(dāng)混砂車的易損部件工作到一定的年限時應(yīng)進行檢查、更換。儀表車采集系統(tǒng)或傳感器部分失靈。儀表車是一個精密的采集系統(tǒng)，強磁場、強電磁波或者高壓電場等外界干擾也可導(dǎo)致壓力異常的波動，但這個波動只

14、是一個假象，現(xiàn)場指揮人員應(yīng)該對此做出準(zhǔn)確判斷。另外，在雨雪季施工時，壓力傳感器、流量傳感器有可能進水或凍結(jié)，導(dǎo)致壓力及排量反映失真，通常情況是，在排量穩(wěn)定時，壓力呈極緩慢的上升趨勢，而且沒有波動，這時可參照泵車控制臺的壓力表進行核對，來判斷是否屬于這一故障。所以儀表操作人員應(yīng)增強責(zé)任心，及時地對壓力傳感器等做好保溫及防水、防凍工作，防止因此故障導(dǎo)致現(xiàn)場施工員帶來錯誤判斷。 (3)井下管柱因素。射孔孔眼是流體進入地層的通道，壓裂施工時，壓裂流體需經(jīng)孔眼進入地層，孔眼的數(shù)量及尺寸都會對壓裂施工產(chǎn)生一定的影響。孔數(shù)過多將增加壓裂液的濾失，孔數(shù)過少又會產(chǎn)生很大的孔眼摩阻，使泵注排量受到限制?？籽鄢叽鐟?yīng)與支撐劑粒徑的大小和施工時泵入支撐劑的濃度相匹配，否則會出現(xiàn)砂堵孔眼的現(xiàn)象?？籽鄣某叽邕€影響到壓裂液的黏度，如孔眼太小，孔眼通道處的高剪切速率將破壞凍膠結(jié)構(gòu)，使高黏度的壓裂液迅速降解，導(dǎo)致脫砂。對于使用普通噴砂器的施工井，如果在施工過程中出現(xiàn)壓力上升，發(fā)生砂堵，不應(yīng)該再進行連續(xù)的憋放，因為連續(xù)高壓憋放，會導(dǎo)致卡具段油套環(huán)空內(nèi)的支撐劑緊密堆積，而是應(yīng)該在采取一些輔助措