淺談油井壓裂施工影響因素及對策

宋衛東 程鑫康/勝利油田河口采油廠高級技師

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淺談油井壓裂施工影響因素及對策

宋衛東 程鑫康/勝利油田河口采油廠高級技師

【摘 要】油井壓裂工藝是目前最有效的油井增產措施之一，它在解除近井地帶儲層堵塞、改善油層流動條件等方面起著不可替代的作用。壓裂施工工序復雜，技術含量高，投入大，因此，控制好現場施工各環節質量是保證施工成功率的關鍵。本文對河口油區壓裂施工中一些現象和做法進行分析總結，找出了施工問題出現的規律，優化了施工作業程序設計，提出了一些有效措施，保障了壓裂施工質量及效果，具有較好的推廣應用價值。

【關鍵詞】油井壓裂；影響因素分析；解決途徑

前言

油井壓裂是通過水力高壓在油層中造縫，并通過陶粒砂或石英砂支撐，從而形成一條或幾條高滲透通道，以增大流通面積，改善油流在油層中的流動狀況，降低流動阻力，達到油井增產的目的。隨著油田開發進入中后期，產量自然遞減加快，穩產壓力增大。作為目前最有效和最常用的增產技術措施，河口油區年施工壓裂措施井60余井次以上，改造低滲透層，提高采油速度，收到了良好的增油效果。壓裂施工作業，工序復雜，技術含量高，單井投入百萬元以上，一旦出現壓裂施工故障，不僅影響措施效果，甚至發生卡管柱轉大修等工程事故。處理故障延長了作業占井周期，造成巨大的經濟損失。因此，對壓裂施工各環節進行深入研究，分析壓裂施工故障出現的規律和特征，尋求問題解決途徑，以規避施工風險，顯得尤為重要。

一、油井壓裂工藝技術在河口油區施工現狀

1.油井壓裂施工質量問題統計分析

2014年河口油區共實施油井壓裂措施58口井，其中有9口出現施工問題，見表（表1）。

表1　2014年油井壓裂出現施工質量問題井統計表

統計可以看出，除去車組故障及下井工具因素處，壓裂砂堵占問題井數半數以上。

油井壓裂過程中，一旦出現砂堵故障，必然導致過早停止壓裂施工，對壓裂造縫、充填及布砂均度等產生不利影響，繼而影響到壓裂增產效果。而砂堵出現在壓裂前段、中段及后段，其對增產效查影響也不盡相同。

（1）壓裂施工前段出現砂堵，支撐劑在近井堵塞，裂縫無法填實，對油井初期的增產效果影響不大，但對油井長期穩產是有害的，因此，此時的砂堵故障很顯然是有害的。

（2）如果裂縫已有足夠的長度和寬度，砂子在裂縫中沉降出來（也就是地層已吃飽），那么，從生產能力的角度來看是無害的。因為油井壓裂增產的主要原因是：通過壓裂暴露出新的產油區、繞過滲透降低區（污染帶）和油層的流動型態由徑向流改變為直線流來實現。據相關研究表明，大多數傷害區只需要一條短縫就能繞過去。當達到設計砂量60～70%的砂堵井，也能達到油井增產目的。

（3）因壓裂液返排不及時，低壓層會因液體堵塞產生新的油層傷害。

（4）如果因裂縫寬度不夠或裂縫閉合造成的砂堵也是有害的。

本標準規定了“放心餐廳”“放心食堂”實施規范管理、明廚亮灶、食品可追溯、信息公開透明、嚴格餐飲具清洗消毒、環境整潔衛生、投訴評議與處置、自查自糾等方面的要求，以及“放心餐廳”倡導綠色文明消費的要求。

由此，我們認為：對壓裂初、中期發生砂堵，處理時間長，以及低壓井增產效果影響較大。對壓裂施工后期，設計加砂量已完成70%以上，砂堵后得到及時處理（洗井等）投產的井，對增產效果影響不明顯。

二、壓裂施工影響因素分析

油井壓裂影響因素較多，而出現砂堵故障除地層因素外，也有設備因素、管理因素及操作失當等。

1.施工預案不完善，操作失當。在地層中造縫和充填，與井底附近地應力及其分布、巖石的力學性質、壓裂液的滲濾性、注入方式等因素有關。施工中地層發生變化導致工藝設計不適應，現場施工指揮人員處置不當或指揮失誤，極易造成砂堵。壓裂施工中，問題具有突發特性，如加砂尾段泵壓急劇爬升時，設計方為了盲目追求高的方案符合率，繼續加砂，易造成管柱砂堵。

2.施工用壓裂液不合格，液量儲備不足。壓裂初期壓裂液性能差，造縫寬度不夠，裂縫不能接受攜砂液中的砂粒，或砂子在套管中沉降出來堵塞炮眼，就會發生砂堵。而縫的寬度與裂縫中反抗巖層彈性的壓力差有關，隨著砂子進入裂縫并沉降下來，就需要更高的液體壓力以產生更高的應力作用在縫面上才能增加縫寬，如果壓裂液濾失過快或設備能力不足，不能得到所需要的壓力，液體排量減慢，砂子以更快的速度沉降下來，形成砂堵。

現場導致壓裂性能差的原因即有配制標準低，也有轉運灌車未放凈存液，稀釋了壓裂液，或配制的壓裂液長期擱置，在高溫天氣下變性等。

壓裂液儲備不足。壓裂液運輸和施工過程中的損耗造成實際用于施工的液體不充足時，會因加砂比過高，導致砂堵。特別是現場采用罐車拉液，大多液量不準。而壓裂液不足，采用前置液采用污水，造成地層造縫寬度不夠，也為砂堵埋下隱患。

3.設備故障。設備對壓裂設計的完成產生的影響是決定性的，充足的、運轉良好的設備是壓裂成功的保證。一旦出現壓裂泵車出現故障，維修時頻繁停泵造成壓裂液損失，或降排量施工。孔眼處的射流作用將底部附近的砂子沖走，進入裂縫的首批砂子在井底附近沉降到縫底，更多的砂子進入裂縫后，砂堆的高度將增加到某一平衡點，此時，如果沒有足夠的縫中流速（排量）和泵注能力，其他砂子很難被帶過砂堆，最終沉降到裂縫近處，形成砂堵，在進行低成本的中淺層壓裂（壓裂防砂）作業中，車組問題較多。

交聯泵故障，手工加注交聯劑不均勻。壓裂施工中，交聯劑應連續、均勻地加入壓裂液中，否則，壓裂液的粘度和攜砂能力就會大大降低，造成壓裂砂在壓裂液中呈不均勻分布狀，這樣砂子會在管柱發生擾流的地方形成障壁，進一步形成管內砂堵。L17-X22井施工時因交聯泵故障，手工加注交聯劑不均勻造成過泵壓導常。

4.施工監測問題。在壓裂施工中混砂車是心臟，目前壓裂大多采用絞龍式混砂車，通過絞龍轉速換算砂比，即使絞龍空轉，儀表車也會顯示與其對應加砂比和加砂量。由于支撐劑粒度因井而異，所以應對螺旋輸送器按所使用的支撐劑進行校準，出現混砂車與實際加砂量不符，表現明顯的有L8-10-8井（儀表數據與砂量不符）、DB13-20井（數據混亂，砂比波幅大）、DB26-26井（儀表數據與砂量不符）。特別到了加砂尾段當實際加砂量少于儀表顯示數據時，現場指揮人員會因壓裂液不足大幅提高砂比，也導致砂堵。

5.施工條件差。油區受海潮侵蝕、葦場圈耕等因素影響，井場越來越小，加上壓裂車輛又多又重，井場邊緣無法使用，在車輛擺放時就捉襟見肘，甚至作業井架也被迫撤出。施工過程中，車靠不到位或車載壓裂液接續不及時，不連續，造成了施工排量的波動，或直接導致砂堵，或達到不設計加砂量，或平均砂比過低。如C78-1井砂堵，Z27-19井降排量施工等都是上述原因造成的。

三、油井壓裂施工問題解決途徑

1.油井壓裂施工問題的應對方法 。

（1）努力改善設備的工作狀態，確保在高壓施工時能保持足夠大的排量，以壓開并延伸一定規模的裂縫。

（2）當發現油套壓力上升幅度異常時，應謹慎的提高一點排量，同時降低或停止加砂，以便觀察動態；此時如果降低排量只會減弱裂縫中的攜砂能力。

（3）暫停加砂打隔離液，以利于疏通裂縫中的“砂堆、砂橋”，待有所改善時再繼續施工。

（4）施工中，在確保排量的同時，要掌握操作技巧，控制平穩加砂速度，避免大落大起、忽高忽低。

（5）在壓裂設計時，應考慮地層和裂縫的承受能力，不能輕易的采用“深穿透飽填砂”的加砂模式。

2.出現砂堵時的現場處理方法 。

（1）不可在高壓狀態下匆忙放噴排液，否則會出現壓扁油管，刺壞閘門等井噴失控事故。同時，也造成地層吐砂，封口“包餃子”等不良現象。

（2）待壓力稍降低后再采取放噴排液和返洗步驟，排完混砂液后，視情況而定是否重新施工或關井處理。 若加砂量達到設計量70%，則不推薦重新施工。

（3）壓力擴散完后，適當壓井。或及時起出壓裂管柱，盡快探砂面和沖砂，避免壓裂液對油層造成二次污染。早動管柱，也有利于封隔器解封。

（4）加大反洗泵車及洗井液等應急物資準備的投入，力保壓裂砂堵后能洗得通、洗得凈，洗得及時，將不利影響降到最低。

3.優化施工程序設計，做好多方案過程安排

采用PDPC法做多方案的過程安排（圖2），以應對施工異常情況發生。

圖2　壓裂施工過程決策程序圖

四、幾點建議

1.優化對壓裂液的選擇，采用適合于地層施工的配方，如在確保有較低摩阻壓力和良好流動性能的情況下，較大幅度地提高其黏彈性。這樣，既有利于造縫和延伸擴展裂縫，提高攜砂能力，又可達到減低滲濾、防止地層坍塌的效果。

2.加大車輛物資等應急投入。對井場條件較差的井，無論壓裂規模大小，均采用立罐備液，以消除供液不連續造成的不利影響；

五、結束語

作為一項高投入、高回報的油井增產措施，壓裂施工工藝是一項技術含量較高系統工程，它需要多工種、多部門、多單位密切配合，缺少那一個部門，或那一個環節沒做好都會直接或間接影響施工的圓滿完成，因此，仍需繼續進行深入細致研究，找到不利因素產生的根源，有的放矢，加以解決，取得更加理想的效果。

參考文獻：

[1]羅英俊，萬仁溥主編.采油技術手冊（修訂本1-10）.北京：中國石化出版社，1990-1992

[2] 李健,楊軍,葉紅旗.壓裂工藝現場施工的質量控制措施[J].石油工業技術監督,2008(9):28-30.