低滲透油層水力壓裂施工曲線形態及常見問題分析

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的一項重要技術措施，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，也是壓裂效果評價的重要依據[3]。現場技術人員主要依據壓裂施工曲線判斷壓裂的質量。隨著低滲透油層的開發，壓裂施工的不成功情況時有發生，前人針對提高水力壓裂質量方面主要在壓裂液、壓裂工藝等方面的技術改進，并沒有直接與現場的操作和指揮直接結合。本文結合施工現場實際，對施工曲線形態和常見問題進行分析，總結典型常見問題，提出現場解決方法及預防措施，提高施工質量，確保施工安全順利進行。

1 水力壓裂施工曲線形態

水力壓裂施工曲線依據砂比、壓力等參數隨時間的變化形態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形成的關鍵第二步。

1.1 前置液階段

前置液階段依據泵壓和排量變化，分為破裂地層形態和無破裂地層形態。水力破裂地層時，曲線依據泵壓和排量的變化主要表現出3種形態，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，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。一次破裂產生一條裂縫，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，而有可能是地層產生裂縫時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尖峰，大多數是井筒內地層水和液體摩阻造成；泵壓由尖峰下降，這是地層被壓開標志；泵壓降至最低點后，泵壓出現緩慢上升，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重，或者是裂縫在垂向上延伸；在前置液階段加入段塞砂時，泵壓上升了1～3個MPa，說明裂縫寬度增加。

1.2 攜砂液階段

依據攜砂液階段壓力和排量變化形態，劃分為5種類型（表1）。

攜砂液階段曲線形態影響因素及現場操作。

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

1） 加砂曲線的形態與壓裂液的性質有關，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。加砂曲線形態與地層性質有關，地層物性較好，且均質，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受阻，使泵壓上、下波動，曲線多為波動型。

2）下降、下降穩定型是現場施工比較理想的類型，施工成功率、有效率較高，但應注意井淺、斷裂破碎帶、薄夾層或鄰層為高滲透層時，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，現場施工時應采取小排量、低砂比慢速施工，擴大施工規模。斜率近為1的上升曲線是最令人擔心曲線類型，現場應合理調小砂比、排量，以便達到設計加砂量要求。若曲線斜率大于1時，應立即停止加砂，泵入頂替液防止發生砂堵。

4）在低砂比階段，泵壓出現下降趨勢，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，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） 地質因素：地層物性較差，吸液困難，在地面設備及井下工具所承受的壓力范圍內無法把地層壓開，形成裂縫。射開厚度小，壓裂過程無法進行有效的造縫等。解決辦法是使用前置酸。

2）管柱因素：施工作業隊疏忽或工人下管柱時大意，導致組配或井下壓裂管柱有誤；壓裂管柱不干凈、不通、有死油，或管柱內有異物堵塞。解決方法是重新正確計算井下管柱數據，檢查并更換管柱。

3） 井身因素：a） 射孔炮眼污染嚴重：堵塞射孔炮眼常常出現在水井中，由于注入水中的金屬離子和雜質，對炮眼造成污染，導致在管柱限壓內壓不開；b）油井結蠟嚴重：下壓裂管柱時把死蠟推到目的層，導致炮眼堵塞壓不開。解決方法是壓裂前用熱水清洗油管和井筒或刮蠟；c）射孔質量問題：射孔過程造成炮眼數量少或無炮眼，只能重新射孔。d）油套環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，無法封隔油套環形空間時，則形成套噴。油套完全處于連通狀態，封隔器損壞形成的套噴現象非常明顯。可以通過上提驗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，當壓力超出油管的承壓極限時，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，此時上級封隔器還在工作，不會有套噴現象，但油管會上頂，壓力也會有明顯的下降。

3）配錯或下錯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，可以根據管柱的實際情況，正確調整管柱深度來避免此現象的發生；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重問題，一旦起車有套噴現象，要堅決終止施工，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。隨著前置液量增大，施工壓力很快降低。現場檢查壓裂液和施工設備均正常，按設計要求加砂，中途出現兩次砂堵。經過分析可能是地層微裂縫發育良好或壓裂產生的微裂縫較多，壓裂液濾失量較大，導致砂堵。

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，裂縫達不到設計規模；加砂過程，壓裂液粘度變低，攜砂性能變差，易造成砂堵；壓裂液穩定性差，抗剪切能力差，攜砂液進入地層前已經開始破膠。

2）地層因素。有斷層的地層，壓裂液濾失量大，易造成砂堵；油層砂體的非均質性導致裂縫的規模形成受限，易砂堵；地層天然裂縫發育良好或壓裂時產生的微裂縫多，壓裂液濾失量大，易砂堵。

3）施工操作不當。前置液較少，動態裂縫規模形成效果不理想，易砂堵；加砂過程，設備損壞，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：若出現砂堵情況，應當立即放噴，將泥砂噴出；或者運用反循環洗井的方式，恢復壓力正常后，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）壓后上提時噴砂器被打壞，返排時造成沉砂。

4）壓裂施工過程中，由于設備原因而引起的沉砂。

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

3 結論

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、壓力下降穩定型、壓力波動型、壓力上升型、壓力穩定型五種類型，壓力下降型和壓力下降穩定型是現場施工較理想類型。

2） 壓裂施工常見問題包括壓不開、壓竄、砂堵、沉砂等，應當做好預防措施，若發生這些問題應及時處理，使壓裂現場施工安全，為壓裂施工質量做出保證。