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(川慶鉆探長慶井下技術作業公司，陜西 西安 710018)

1 致密油氣與體積壓裂

致密油氣簡而言之就是致密儲層油氣，指以吸附或游離狀態賦存于生油巖中，或與生油巖互層、緊鄰的致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲集巖中，未經過大規模長距離運移的油氣聚集[1]。長慶油田根據儲層特征及開發現狀，將地面氣測滲透率為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發離不開關鍵技術即水平鉆井及多段體積壓裂技術。體積壓裂工藝利用大液量、高排量(8～12m3/min)、低砂比、低粘壓裂液等措施，促使致密儲層開啟天然裂縫、使裂縫表面產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層形成復雜縫網，擴大縫網網格與油藏接觸面積，提高壓裂效果。

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

2 體積壓裂施工異常及應對措施

目前長慶區域致密油氣開發多采用橋塞細分割體積壓裂技術。施工流程可分為兩大部分：

(1)水力泵送橋塞射孔聯作。

(2)投球封堵壓裂。從現場施工來看，這兩部分皆會出現施工異常。本文總結了各種常見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作施工異常

2.1.1 槍串上頂卡死

儲層壓裂后，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，這個壓力稱之為井口平衡壓力。由于防噴管至管線段內容積較小(約0.2m3)，注入平衡壓力時液流在防噴管內帶動射孔槍串快速上行，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精細化操作，利用壓裂車自動試壓功能，時間間隔設置為50ms，發動機轉速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

經現場施工統計分析，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。不同遇阻原因表現跡象也不同。套管形變導致的橋塞遇阻多發生在水平井入窗點附近，施工表現為遇阻位置固定。井筒異物造成的橋塞遇阻多表現為多點遇阻且無固定位置。橋塞異常坐封引起的主要原因為橋塞質量問題、測井儀器異常、井筒壓力異常激動。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時不慎造成下電纜作業時地面流程倒錯造成，要建立嚴格的責任區及交接班制度來避免這種人為因素所造成的事故。根據不同遇阻跡象可判斷具體的遇阻原因，采取相應措施，避免造成事故復雜。

施工中途橋塞遇阻，不論哪種原因，在多次泵送無果后應起出射孔槍串，大排量(6～8m3/min)清掃井筒后再行泵送。若為套管形變所引起，則需通井修復套管。嚴禁提高泵送排量強行推動橋塞下行通過遇阻位置，強行泵送易產生壓力激動，會導致電纜斷裂或橋塞半座封，造成事故復雜。對于井筒異物導致的遇阻，一般大排量清掃井筒后可解決，若無果則需通井或打撈。對于橋塞異常坐封，可溶橋塞可通過泵注10%KCL 溶液解卡，不可溶橋塞需利用連續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經常出現，具體表現為泵送堵球理論到位但施工壓力無到位跡象。造成的主要原因有：

(1)假性投球。

(2)井眼軌跡不規則。

(3)套管射孔毛刺。

(4)橋塞移位。

(5)儲層低壓。

在泵送堵球時，若注入液量超過井筒容積5～10m3可判定出現異常，應再次投球泵送，解決假性投球造成的異常。若二次送球后無到位跡象，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。若提排量泵送還無到位跡象，則需測井下工具探橋塞位置，排除由橋塞移位引起的送球異常。如果橋塞無位移則判斷為儲層低壓，若橋塞發生位移則需再次泵送橋塞。泵送堵球施工時，壓裂隊與測井隊要雙方把關，杜絕假性投球造成的異常，利用上述方案，循序漸進解決各類原因造成的送球異常。嚴禁無明顯堵球到位跡象及判定為儲層低壓而繼續壓裂施工，這不僅會在壓裂階段出現壓力激動造成套管、井口及壓裂設備的損壞，更會造成上段重復壓裂而降低儲層改造效果，浪費油氣資源。

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)地面設施設備損壞。

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

壓裂施工異常低壓的主要原因為：

(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。壓裂施工中出現異常低壓，要及時通知各作業方，時刻監測臨井狀況，若臨井出現壓力上漲要及時停泵，避免造成臨井壓裂井噴。時刻監測表套與生產套管環空壓力，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，因其儲層固有的儲層特性及穩定的液性，施工壓力會保持在一個固定的范圍內波動，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。

異常高壓出現在前置液階段，此時可通過小段塞(60～ 80kg/m3)來判具體原因。若段塞進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致的異常高壓，此時可通過多個段塞打磨孔眼及彎曲縫口，降低施工壓力。若段塞進入地層后壓力上漲，則判定為近井地帶污染或壓裂未造出主裂縫所導致的異常高壓，近井地帶污染可通過擠酸解除儲層污染降低施工壓力。若壓裂時未造出主縫，而是形成了多條微裂縫，此時可用段塞封堵微裂縫迫使儲層造出主縫，降低施工至正常范圍，繼續后續施工。

2.2.4 壓裂砂堵

壓裂施工與儲層特性及壓裂液性能息息相關，壓裂砂堵一般有以下種因素。

(1)儲層因素，經總結發現，儲層因素造成的砂堵，與該儲層巖石的滲透率成正相關，如致密氣山西組儲層平均滲透率比石盒子組要大，表現在壓裂施工中為，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易出現壓力直線上漲造成砂堵。對于此類儲層應建議調整兩種陶粒的數量比及20-40 目陶粒施工砂比，避免出現砂堵。

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

(3)設備因素。近年來，體積壓裂技術不斷成熟，長慶油田及中油油服等多家單位聯合，提出了提速增效的目標，為了緩解壓裂設備需求與壓裂工藝更新的矛盾，提出了人休機不停的全天候壓裂作業，這樣勢必會導致壓裂設備超負荷運轉，設備的穩定性下降所造成的施工壓裂砂堵。主要表現在混砂車吸入泵及排除泵的損壞，若發生在注攜砂液階段，則勢必會造成砂堵的風險。根據現場施工，混砂車若出現故障，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備故障所帶來的砂堵風險。

(4)人為因素。長慶區域體積壓裂改造時40-70 目、20-40目等多種支撐劑組合使用，多種支撐劑預裝在砂漏中，在注攜砂液時通過閘門控制支撐劑型號。此時若混砂車操作工倒錯閘門，使得大粒徑的支撐劑優先注入，則易造成砂堵。其次緩沖罐中的液位高低是導致混砂車走空的首要因素，混砂車走空易導致瞬間高砂濃導致的砂堵或支撐劑將攪拌罐埋掉的更加嚴重的后果。對于這種認為因素導致的事故，需要采取雙人盯崗，嚴格落實關鍵環節人員配合，杜絕上述現象。

上述提出了四種導致壓裂砂堵的具體原因及預防解決措施，對于不同的原因要及時采取相應的處理措施，盡力避免砂堵造成事故。

3 結語

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

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

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

(4)壓裂施工要充分評估儲層特性對壓裂施工的影響，優化設計，時刻關注液體性能，竭力避免壓裂砂堵造成井下事故。