壓裂施工超壓砂堵原因探究

林春來

摘 要：壓裂作為油氣井增產改造的重要手段在低滲油氣藏得到了廣泛應用。非常規天然氣資源已成為全球油氣資源勘探與開發的新亮點，通常采用壓裂的方式進行地層改造，提高油氣生產效率。壓裂施工過程中產生砂堵不僅影響壓裂效果而且會產生嚴重的經濟損失。本文從地層物性、壓裂液性能以及人為因素剖析影響壓裂施工造成砂堵的原因。

關鍵詞：壓裂液;超壓;砂堵;地層原因;人為因素

1 地層物性的變化對壓裂施工的影響

1.1 天然裂縫發育的地層容易產生砂堵

裂縫延伸到滲透率很高的地區或者自然裂縫比較發育的地區，也會造成液體大量濾失，或者地層本身就是裂縫性的，會大幅度降低前置液在縫中利用效率，使裂縫幾何尺寸達不到設計的規模。加砂過程中由于壓裂液大量濾失，造成裂縫端部脫砂，隨著時間的增加，砂比加大，脫砂量增加，泵壓會逐漸升高至最高允許壓力，而被迫停砂、停泵。

1.2 有斷層的地層或者隔層較薄會造成砂堵

有斷層的地層或者隔層較薄會造成砂堵有時突然擊穿應力隔層，如果后面是一個應力較低的地層的話也會出現砂堵，這個時候裂縫高度突然增加很多，就會損失寬度，特別是在應力隔層的位置就容易出現夾點，這種情況就很容易砂堵，在水平應力比較高的地區容易出現這種情況。油層砂體的非均質性，如巖性尖滅等會導致裂縫的規模受限形成砂堵，在過渡帶和油田邊緣易發生此類砂堵。

2 壓裂液性能影響

①壓裂液濾失量過大，會大幅度降低前置液在縫中利用效率，使裂縫幾何尺寸達不到設計的規模。加砂過程中由于壓裂液大量濾失，造成裂縫端部脫砂，隨著時間的增加，砂比加大，脫砂量增加，泵壓會逐漸升高至最高允許壓力，而被迫停砂、停泵。施工中的防治措施是配液時要充分循環、前置液要用交聯壓裂液，粘度要稍大于攜砂液;②加砂過程中，壓裂液粘度突然變低，導致攜砂能力變差也是發生砂堵的主要原因。在施工中，工程技術人員應細心觀察排量曲線變化，負責加砂人員應密切注意交聯液濃度變化，及時調整交聯比;③壓裂液穩定性差，抗剪切能力差，會造成攜砂液進入地層以前已經破膠，支撐劑在近井筒附近的地層沉積形成砂橋而堵井。施工過程中的表現是：交聯劑的用量比平時大許多，但是壓裂液成膠不好，經壓裂車大泵剪切后攜砂能力降低。主要原因是壓裂液配制過程中，粘度不夠，或者是配液的水中鹽離子的作用，使交聯劑不能正常發揮作用。

3 壓裂施工操作不當人為因素造成砂堵

①配液時循環時間短，造成壓裂基液粘度不夠，攜砂性能不好;②配液時未按設計比例加水劑（殺菌劑、堿），基液pH不達標（pH值8-10，酸性溶脹堿性交聯pH6.5以下不交聯，pH8.5以上不溶脹）;③配液時未根據儲液罐實際水量計算配液量，造成壓裂實際液量不足，液體緊張，砂比過高造成砂堵;④混砂工未調整好合適的交聯比，交聯比大交聯過快易脆，交聯比小交聯時間長，易沉沙;⑤混砂工經驗不足，加砂操作不平穩，換絞龍時砂比波動大，砂子濕時砂比不準確，砂比忽高忽低;⑥水化劑加入不均勻，壓裂液破膠速度過快，在加砂量大的情況下可能造成砂堵;⑦儲液罐液面及低壓流程的調配不合理，液量估算不準確率，直接影響施工排量及砂比;⑧壓裂泵車受砂子中布條、塑料袋、大砂粒等雜物堵影響泵效低，施工排量未能達到施工要求、造成縫寬較窄等因素造成的超壓;⑨加砂過程中，由于設備損壞、儀器故障停車混砂車零部件故障、計算機系統失靈、井口及地面流程刺漏等原因中途停泵，會造成沉砂堵井;⑩井下工具封隔器坐封不嚴，滑套打開不完全造成施工壓力過高，對液體剪切大，造成脫砂;?噴砂射孔不完善，造成施工壓力過高，以及噴嘴在加砂過程中磨損脫落等因素影響造成砂堵;?施工指揮對曲線趨勢判斷經驗不足，未根據曲線實際情況提砂比，砂比提升過快，采取措施不當，造成砂堵;?各個崗位間的協同配合能力差，命令執行反應慢。

4 壓裂施工曲線實例分析

實例一：某水平井噴砂射孔壓裂。

該井是一口水平井，采用EM50S液體體系，油管噴砂射孔工藝，分六段進行壓裂施工。EM50S液體體系是新型可回收清潔壓裂液體系，與EM50體系相比具有高粘彈性，抗剪切能力強，缺點是攜砂不均勻。在施工過程中加砂后期因砂子對噴嘴磨損較大，造成噴嘴脫落，施工壓力下降10-20MPa，噴嘴脫落后失去了對地層的噴射力，攜砂液大部分從脫落噴嘴處擠入地層，液體噴濺造成縫口脫砂。特點是縫口脫砂特別快，套壓一般上漲0.2-0.3MPa即為脫砂跡象，隨后油壓急劇上漲，出現脫砂跡象時要立即停砂頂替。

實例二：某直井K344封隔器分成壓裂。

該井是采氣二廠的一口生產井，采用K344封隔器分層改造，下午13：35開始施工第三段，滑套打開后壓力直接上漲至70MPa，有一定壓降。經反復試擠多次后仍無法壓開地層。現場核查管柱數據、射孔數據，分析原因：

①施工層段上下跨度21m，管柱不會存在如此大的誤差，排除管柱問題。射孔段為兩段，不會因為水泥環后造成射孔不完善的問題，排除了射孔問題;②排出射孔和管柱問題后，從井下工具和地層入手，經分析滑套工具有可能在加砂過程中或打滑套過程中存在砂卡滑套打開不完全，壓裂通道沒有打開，或者在鉆井過程中地層污染問題。

根據上述分析現場采取油放，同時水泥車反洗措施，沖洗滑套位置，反洗后重新投球施工，球到位后再次出現打開滑套跡象，同時地層壓力正常不存在大幅波動，因此可以斷定是滑套砂卡打開不完全造成的，油放反洗沖擊解除了滑套砂卡，后續施工壓力平穩，施工正常。

5 結語

本文從地層因素、壓裂液性能以及人為因素剖析影響壓裂施工造成砂堵的原因分析，并從實例分析壓裂工具滑套及噴嘴對施工的影響，施工時面對地層物性不可控因素，要謹慎施工，靈活應對，壓裂液及工具因素，要充分利用曲線分析原因，找出解決方法，減少人為因素對施工的影響，提高施工質量。

參考文獻：

[1]劉海龍，吳淑紅.煤層氣井壓裂效果評價及壓裂施工工程因素分析[J].非常規油氣，2014（03）.