頁巖氣加砂壓裂高壓管匯失效爆裂風(fēng)險的控制措施

張權(quán)，王明生，劉襲襲

(中國石油集團川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司，四川 成都 629000)

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷向前發(fā)展，超大型規(guī)模水力壓力生產(chǎn)施工作業(yè)，成為頁巖氣勘探開發(fā)工作中比較常用的技術(shù)工藝。自從我國正式啟動頁巖氣平臺井工廠化壓裂工作以來，經(jīng)過相關(guān)工作人員的統(tǒng)計和分析，近幾年，我國在頁巖氣加砂壓裂工作過程中出現(xiàn)了數(shù)十起高壓管匯失效和爆裂問題，對頁巖氣壓裂生產(chǎn)作業(yè)安全性造成了較大影響。由于在頁巖氣壓裂作業(yè)過程中，處于一種大排量、高壓力以及長周期的施工作業(yè)狀態(tài)，高壓管匯經(jīng)常會出現(xiàn)失效和爆裂問題，已經(jīng)慢慢發(fā)展成為壓裂現(xiàn)場第一大安全風(fēng)險隱患。相關(guān)生產(chǎn)工作單位在工作過程中，不斷尋找高壓管匯失效爆裂問題的相關(guān)影響因素，并且積極采取相關(guān)的預(yù)防和解決方法，全面提高高壓管匯使用的安全性和穩(wěn)定性。

1 高壓管匯失效爆裂風(fēng)險因素分析

相關(guān)工作人員通過使用故障假設(shè)、因果分析等工作方法，對高壓管匯產(chǎn)生失效爆裂問題的原因進行了總結(jié)。

1.1 人為性影響因素

由于工作人員對于新的工作條件、工作環(huán)境下的高壓管匯失效激增的風(fēng)險問題認知程度有所不足，同時管理和操作人員的安全控制責(zé)任意識以及工作責(zé)任心相對較低，在綜合技術(shù)能力和綜合素養(yǎng)方面有所欠缺，造成高壓管匯采購、使用過程中管理優(yōu)化以及安全防護等多方面工作沒有加以落實，在后續(xù)的作業(yè)過程中，造成高壓管匯產(chǎn)生失效和爆裂風(fēng)險。

1.2 物理因素影響

由于受到外部物理因素的影響，造成高壓管匯出現(xiàn)失效和爆裂問題，主要表現(xiàn)在以下幾點：

首先，高壓管匯由于受到外物的沖擊破壞，或者某些密封件失效，造成高壓管匯局部出現(xiàn)裂縫、破損或爆裂問題。管道的斷裂問題產(chǎn)生，主要因為管道的受力比較集中而產(chǎn)生疲勞失效，爆裂問題主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的高壓彎管部分，在作業(yè)過程中由于液力轉(zhuǎn)向和管道內(nèi)部的液體疊加會出現(xiàn)薄弱點位置，會出現(xiàn)突然產(chǎn)生失效問題[1]。

其次，高壓管匯產(chǎn)生的各種斷裂爆裂等問題，和產(chǎn)品的材質(zhì)有著直接的關(guān)聯(lián)。由于受到頁巖氣勘探開發(fā)工作所產(chǎn)生的影響，高壓管匯在國產(chǎn)化的發(fā)展進程上相對較快。由于在管道材質(zhì)方面的差異性，管道材料的物理性能和化學(xué)性能也會存在一定的差異，其中主要包含了屈服強度、抗拉強度、沖擊力影響、夾雜物影響以及晶體顆粒度等。對比和分析國內(nèi)外高壓管匯，除了在結(jié)構(gòu)設(shè)計方式上進行提升以外，適當?shù)脑黾覥u元素也可以提高合金結(jié)構(gòu)的強度以及管道的韌性條件。通過添加Mo元素可以細化管道金屬材質(zhì)的顆粒性質(zhì)，進一步提高鋼材料的受力條件，有效改善鋼材料的韌性。Mo和Cu等元素含量的增加，可以進一步提高管道的抗疲勞性能，成為改進管道產(chǎn)品性能以及提高管道使用安全的重要依據(jù)。

1.3 技術(shù)工藝影響因素

首先，工藝流程的布局方案或者高壓管道的連接方法存在問題，造成施工作業(yè)過程中高壓管匯的減振吸收能力有所不足，流體對高壓管道的沖刷存在不均衡現(xiàn)象，很容易造成局部應(yīng)力集中，進而造成比較嚴重的裂紋和刺漏現(xiàn)象。

其次，壓裂酸化施工過程中，泵送酸性介質(zhì)對高壓管道具有一定的腐蝕性效果。頁巖氣壓裂增產(chǎn)施工作業(yè)過程中，由于施工作業(yè)環(huán)境處于一種變化性狀態(tài)，因此在處于高壓和高溫條件下，也容易造成高壓管匯出現(xiàn)失效形成爆裂事故。

最后，在作業(yè)過程中泵注液體的總量快速上漲，高壓管道在工作過程中，受到高泵壓、大排量等作業(yè)因素影響，造成管匯的連續(xù)工作時間延長，同時沒有恢復(fù)期而達到管匯基礎(chǔ)材料疲勞極限，嚴重縮短管道的使用周期，造成高壓管匯出現(xiàn)失效和爆裂問題。

1.4 管理方面因素

首先，是存在高壓管匯管理制度缺陷。比如：在管匯的檢測周期、產(chǎn)品采購技術(shù)指標等并沒有進行實時性跟進更新，同時對高壓管匯的管控風(fēng)險意識程度有所不足，出現(xiàn)管控工作死角問題；其次，高壓管匯入場檢測工作沒有加以落實，管匯的周期檢測工作不到位；最后，由于受到頁巖氣低成本開發(fā)工作所產(chǎn)生的影響，高壓管匯招標采購工作當中更加偏重于價格控制方面，進而忽略了施工安全和質(zhì)量要求[2]。

2 高壓管匯失效爆裂風(fēng)險防控工作策略

2.1 全面提高管道材料產(chǎn)品質(zhì)量

要想有效預(yù)防高壓管匯出現(xiàn)失效和爆裂事故，必須要從管道的原材料質(zhì)量控制角度上著手，全面提高高壓管匯原材料采購和質(zhì)量控制工作標準，在現(xiàn)有的管理標準體系下需要全面加強管道材料的質(zhì)量驗收工作。與此同時，需要和我國國內(nèi)一些大型的生產(chǎn)廠家之間形成戰(zhàn)略合作發(fā)展關(guān)系，全面推動產(chǎn)品用戶、科研基地、生產(chǎn)廠家等各單位之間的合作關(guān)系，進一步提高高壓管匯的原材料生產(chǎn)工作質(zhì)量，需要從產(chǎn)品的設(shè)計選材以及生產(chǎn)工作流程全面做好質(zhì)量控制工作，對管道產(chǎn)品的質(zhì)量進行全面升級和改進，充分保證管道可以更加適應(yīng)特殊的工作環(huán)境，有效避免出現(xiàn)管道爆裂事故。

2.2 制定出更加科學(xué)完善的高壓管匯管理工作制度

相關(guān)生產(chǎn)工作單位需要有效引入高壓管匯產(chǎn)品入庫之前的第三方質(zhì)量與安全檢測工作制度，縮短安全檢測工作周期，并且展開高壓管匯加密監(jiān)測工作，要最大限度上預(yù)防一些不符合標準和要求的材料進入到庫房，同時預(yù)防高壓管匯帶病運行等工作情況，要有效明確高壓管匯的分級使用工作規(guī)范，進一步加強井口到高壓分配器工作環(huán)節(jié)的管線彎頭管理，并且盡可能選用一些質(zhì)量更高的進口零部件產(chǎn)品。設(shè)置高壓管匯安全工作壓力，要充分明確高壓管匯在工作過程中的極限工作壓力情況，并且根據(jù)高壓管匯的相關(guān)工作制度，有效控制高壓管匯出現(xiàn)失效暴力風(fēng)險問題。

2.3 實施更加專業(yè)化的高壓管匯管理工作制度

通過建立起專業(yè)化管理隊伍，有效實施高壓管匯入庫質(zhì)量檢查、集中化管理、科學(xué)配送、專業(yè)保養(yǎng)、質(zhì)量檢測、管匯材料疲勞恢復(fù)以及材料報廢判定等各項專業(yè)管理工作，記錄高壓管匯工作過程中的關(guān)鍵工況參數(shù)，并且和高壓件信息平臺之間展開實時性信息記錄和服務(wù)，對建立起高壓管匯全生命周期內(nèi)的質(zhì)量管控和安全保障工作打下良好的基礎(chǔ)[3]。

2.4 通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對高壓管匯進行管理

針對高壓管匯出現(xiàn)失效爆裂風(fēng)險問題，通過采取更加先進的大數(shù)據(jù)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效建立起高壓管匯RFID電子身份識別系統(tǒng)，并且對RFID軟件信息庫當中的內(nèi)容進行進一步完善和改進，對每一件高壓管匯進行電子身份識別標記，并且將芯片實施身份化管理。在工程施工現(xiàn)場，工作人員手持終端掃描儀設(shè)備和儀表車，對施工數(shù)據(jù)進行收集和錄入，以此來有效保證高壓管匯數(shù)據(jù)收集的真實性和可靠性，并且在第一時間可以直接通過網(wǎng)絡(luò)信息將數(shù)據(jù)輸送到RFID軟件管理系統(tǒng)終端，以此來實現(xiàn)實時性數(shù)據(jù)庫的更新，有效防止沒有經(jīng)過身份驗證，或者沒有經(jīng)過檢測的高壓管匯進入到施工井當中。通過設(shè)置出安全預(yù)警功能可以起到實時性的高壓管匯預(yù)警工作提示，從整個控制工作的關(guān)鍵點著手，進一步強化和控制高壓管匯在工作過程中出現(xiàn)失效和各種風(fēng)險隱患問題。基于RFID電子身份識別系統(tǒng)，在高壓管匯的現(xiàn)場管理工作中，充分實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)信息的實時性收集跟蹤和預(yù)警處理。

2.5 對地面高壓管匯布局設(shè)計進行優(yōu)化和改進

在高壓施工作業(yè)過程中由于高壓管匯內(nèi)部的液體流動速率相對較快，因此會產(chǎn)生不同程度的振動現(xiàn)象，并且這一問題無法完全避免，頁巖氣壓裂施工過程中不斷優(yōu)化和改進地面管匯連接工藝，充分做到高壓管匯的柔性連接工作，以此來進一步降低應(yīng)力集中點和均衡流體的功能與效果，有效控制高壓管匯在工作過程中的振動幅度，加強管道的吸能效果，以此來最大限度上減少或者是直接消除不安全載荷[4]。通過設(shè)計和優(yōu)化定制帶鎖扣的高壓管道橡膠墊木，可以有效解決管道工作過程中，由于墊木變形和位置改變等問題，造成高壓流體出現(xiàn)大幅度不規(guī)則性振動現(xiàn)象，地面高壓管匯在主管線的接口位置設(shè)置單流閥。同時在泄壓工作環(huán)節(jié)當中，通過增加機械爆破式安全閥，可以有效控制管匯工作過程中出現(xiàn)瞬時超壓問題所產(chǎn)生的影響，避免管匯產(chǎn)生爆裂風(fēng)險問題。

3 結(jié)語

綜上所述，通過使用風(fēng)險管理法和預(yù)防預(yù)警工作方法，全面強化風(fēng)險評估和專業(yè)分級管理工作內(nèi)容，有效采取積極預(yù)防和被動防護結(jié)合的方法，有效建立起整個生產(chǎn)工作周期的預(yù)防管理工作體系最大限度上避免高壓管會出現(xiàn)失效爆裂風(fēng)險問題。