壓裂知識(shí)(知識(shí)講座)

1、一、壓裂管柱活動(dòng)困難的原因分析活動(dòng)管柱是壓裂作業(yè)中的一項(xiàng)重要工序，它的快慢直接影響到作業(yè)和壓裂的進(jìn)度， 同時(shí)也關(guān)系到施工的效益，所以如何預(yù)防和處理管柱活動(dòng)不開(kāi)是非常關(guān)鍵的。在壓裂施工過(guò) 程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生管柱活動(dòng)困難的現(xiàn)象，原因很多，但主要分為以下六種類型：1、封隔器質(zhì)量不好在高壓作用下膠筒不收縮，而導(dǎo)致封隔器不解封封隔器質(zhì)量的好壞直接影響到活動(dòng)管柱的難易程度。正常情況下，在壓裂結(jié)束后， 會(huì)看到套壓表的套壓明顯上升，這說(shuō)明封隔器已經(jīng)解封，壓裂層位的壓力已經(jīng)傳到井口，這 時(shí)候管柱就很容易活動(dòng)開(kāi)。如果封隔器的質(zhì)量不好或在壓裂結(jié)束后封隔器的膠筒不收縮，這 樣會(huì)給活動(dòng)管柱帶來(lái)很大的困難。出現(xiàn)這種情況，如

2、果屢次活動(dòng)不開(kāi)，我們應(yīng)采取平衡套壓 的方法，使封隔器膠筒上下壓力趨于相近，迫使封隔器收縮。2、封隔器的水嘴被堵死，導(dǎo)致封隔器不收在施工時(shí)曾遇到過(guò)這種情況。在壓完兩層后，準(zhǔn)備上提管柱壓第三層時(shí)，上提管柱 過(guò)程中遇到困難，當(dāng)時(shí)套壓也比擬高，可是封隔器就是不收縮。后來(lái)，重新連接好了壓裂管 柱，正向大排量向地層注入壓裂液，然后停泵，瞬間憋放，再活動(dòng)管柱，結(jié)果很快就活動(dòng)開(kāi) 了。這種方法是將封隔器水嘴的堵塞物在憋放過(guò)程中排出，使膠筒內(nèi)的壓力釋放，封隔器收 縮。3、地層竄槽導(dǎo)致管柱活動(dòng)不開(kāi)壓裂施工中由于地層竄槽或封隔器壞，攜砂液從油套環(huán)形空間上竄，使支撐劑沉落 到最上級(jí)封隔器上，導(dǎo)致上封隔器被砂埋，而使管柱

3、活動(dòng)不開(kāi)。目前薄夾層井壓裂施工很多， 在加砂過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)套壓持續(xù)升高，翻開(kāi)套管閘門，套管溢流越來(lái)越大，此時(shí)判斷是地層竄 槽，應(yīng)立刻停砂替擠，當(dāng)套管內(nèi)無(wú)壓裂砂后，活動(dòng)并上提管柱。如果地層上竄，沒(méi)能得到正 確及時(shí)的處理，管柱被沉砂埋死，將給施工帶來(lái)極大的不便，嚴(yán)重的可能發(fā)生工程事故。在 施工過(guò)程中一旦確認(rèn)是地層竄槽，那么應(yīng)立即停砂，進(jìn)行替擠，防止出現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)損失。4、封隔器發(fā)生塑性變形，管柱活動(dòng)不開(kāi)普通封隔器的承受壓力一般在40MPa左右，當(dāng)壓力持續(xù)偏高或在瞬間壓力過(guò)高時(shí)， 有可能使封隔器內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生塑性變形，使其活動(dòng)受阻。為了減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，除選用質(zhì)量好的封隔器之外，在施工過(guò)程中

4、要控制施工 壓力，在封隔器能承受的壓力范圍內(nèi)施工。5、作業(yè)施工過(guò)程中，油套環(huán)形空間掉下落物卡住封隔器，導(dǎo)致管柱活動(dòng)不開(kāi)。因此在作業(yè) 施工過(guò)程中，我們應(yīng)該嚴(yán)細(xì)認(rèn)真，文明施工，這種事故是完全可以防止。6、套管變形，導(dǎo)致管柱活動(dòng)不開(kāi)在下壓裂管柱施工過(guò)程中，套管無(wú)遇阻現(xiàn)象，但在起壓裂管柱時(shí)，套管變形，這種 現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。管柱活動(dòng)不開(kāi)的原因有很多，只要我們提前預(yù)防，正確處理，將會(huì)減少工程事故的 發(fā)生。二、沉砂的原因分析沉砂就是在壓裂施工中由于機(jī)械設(shè)備故障、下井原材料、工具質(zhì)量不過(guò)關(guān)或人 為操作不當(dāng)?shù)仍蛞鸬膲毫压苤鶅?nèi)或油套環(huán)形空間內(nèi)填砂。下面我們主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工來(lái)分析沉砂的形成原因，了解如何預(yù)防和防

5、止此類 事故的發(fā)生。1、替擠過(guò)程中，由于替擠量缺乏,使管柱中壓裂砂未全部替入地層，從而形成沉砂。此類沉砂現(xiàn)象屬于人為造成，所以減少或防止此類事故發(fā)生的根本就是在于技 術(shù)操作人員本身，要求是在替擠過(guò)程中必須嚴(yán)、細(xì)、準(zhǔn)，做到不超不少。2、加砂過(guò)程中因井口設(shè)備或地面管匯破裂 停止施工，也可能造成沉砂。在加砂過(guò)程中如果井口設(shè)備或地面管匯破裂，必須緊急停車更換，支撐劑在管 柱內(nèi)沉積，如果不及時(shí)起車就會(huì)造成沉砂。此類沉砂現(xiàn)象屬于高壓部件質(zhì)量問(wèn)題引起，所以 在壓前的準(zhǔn)備過(guò)程中，必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢查、試壓，不能麻痹大意。3、壓裂施工過(guò)程中，由于設(shè)備原因而引起的沉砂由于壓裂液成膠不好或排量低，支撐劑會(huì)沉在混砂車出

6、口的管道中，重新起車 時(shí)，如循環(huán)不凈，支撐劑就會(huì)被帶入管柱中，這時(shí)由于剛起車沒(méi)有壓開(kāi)裂縫，支撐劑堆積在 噴砂器和油套環(huán)空中，形成沉砂。因此壓前做好循環(huán)，將會(huì)防止這種現(xiàn)象的發(fā)生。4、壓后上提時(shí)噴砂器被打壞，返排時(shí)造成沉砂。壓裂施工后，需要關(guān)井?dāng)U散壓力，如果擴(kuò)散時(shí)間不夠，壓裂液沒(méi)有破膠，或是 地層沒(méi)有閉合，在返排過(guò)程中，地層就會(huì)吐砂，如果此時(shí)噴砂器凡爾罩被打壞，所吐出的支 撐劑將會(huì)從噴砂器進(jìn)入油管，當(dāng)壓力平衡后迅速沉積在壓裂管柱內(nèi)，造成沉砂。因此保證擴(kuò) 散時(shí)間是減少此類事故發(fā)生的關(guān)鍵。三、壓裂施工一般包括以下工序：循環(huán)、試壓、試擠、壓裂、加砂、替擠和活動(dòng)管柱。特殊情況下需要參加酸預(yù)處理、小型壓裂測(cè)

7、試、壓后壓降監(jiān)測(cè)等工序。1、循環(huán)逐臺(tái)啟動(dòng)壓裂車，用清水做循環(huán)液，循環(huán)地面壓裂流程管線，循環(huán)路線從儲(chǔ)液罐出來(lái)，入混 砂池，經(jīng)泵送進(jìn)壓裂車，再經(jīng)壓裂泵的作用從高壓管匯進(jìn)入回收罐。循環(huán)時(shí)單車泵的排量不 低于1 m3/min，時(shí)間不少于30s。循環(huán)的目的是檢查壓裂車組設(shè)備性能，保證地面壓裂流程 管線暢通。循環(huán)前一定關(guān)閉井口閥門，防止地面管線中的臟物進(jìn)入壓裂管柱污染油層或造成工程事故。2、試壓緩慢平穩(wěn)啟動(dòng)壓裂車高壓泵，對(duì)井口閥門以上的設(shè)備和地面壓裂流程管線進(jìn)行承高壓性能試 驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為預(yù)測(cè)泵壓的1.2-1.5倍，穩(wěn)壓5min，各承壓部件不刺不漏，壓力不降為合格。3、試擠翻開(kāi)井口閥門，關(guān)閉循環(huán)放空閥門，

8、逐臺(tái)啟動(dòng)壓裂車，按壓裂施工設(shè)計(jì)規(guī)定的試擠排量，將 壓裂液試擠入油層，壓力由低到高壓至穩(wěn)定為止。目的是檢查井下管柱及井下工具情況，檢 查欲壓裂層位的吸水能力，如實(shí)際試擠壓力和排量能夠穩(wěn)定在壓裂施工設(shè)計(jì)規(guī)定的試擠壓力 和排量范圍內(nèi)，證明欲壓裂層位的吸水能力能夠滿足壓裂施工要求。4、壓裂試擠正常后，逐臺(tái)啟動(dòng)壓裂車，以高壓大排量向井內(nèi)持續(xù)擠入前置液，使壓裂層位形成裂縫 并向前延伸。判斷裂縫是否形成主要根據(jù)壓裂施工曲線。該曲線是壓裂時(shí)試擠、壓裂、加砂 和替擠四個(gè)主要過(guò)程中的泵壓、排量、混砂比隨時(shí)間的變化曲線。油層破裂時(shí)的瞬時(shí)，破裂 壓力與該地層的深度的比值，反映油層破裂的難易程度，稱為壓裂破裂梯度。當(dāng)工

9、作壓力到達(dá)管柱最高承壓不能壓開(kāi)欲壓裂層位時(shí)，應(yīng)停泵，翻開(kāi)循環(huán)放空閥門放空，進(jìn) 行原因分析，確定下步措施。5、加砂油層裂縫形成，泵壓及排量穩(wěn)定后便可加砂，按照壓裂施工要求分段控制好混砂比，混砂比要逐漸增大，且加砂要均勻，加砂過(guò)程要保持壓裂設(shè)備的性能始終處于良好的工作狀態(tài)，不 能中途停泵，要保持加砂的連續(xù)性，加砂壓力要平穩(wěn)，最高工作壓力不超過(guò)管柱的最高承壓， 加砂排量按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，保持穩(wěn)定，不準(zhǔn)隨意升降。6、替擠完成加砂后，翻開(kāi)混砂車的替擠旁通流程，向井內(nèi)注入替擠液，將攜砂液替擠到油層裂縫中 去，替擠液量嚴(yán)格執(zhí)行施工設(shè)計(jì)，嚴(yán)禁超量替擠。7、關(guān)井?dāng)U散壓力壓裂施工完后，應(yīng)關(guān)閉井口所有進(jìn)出口閥門，等待

10、壓裂液的破膠、濾失及裂縫的閉合，防止 支撐劑隨高粘液體返出裂縫，造成裂縫口鋪砂濃度過(guò)低，壓力擴(kuò)散時(shí)間不少于壓裂液破膠時(shí) 間。在使用快速破膠壓裂液時(shí)，可以在壓裂液破膠之后，使用小噴嘴防噴，促進(jìn)裂縫閉合， 提高返排，減少二次污染，提高導(dǎo)流能力。8、活動(dòng)管柱活動(dòng)管柱時(shí)，上提速度控制在0.5m/min以內(nèi)，指重表顯示的管柱懸重正常前方可轉(zhuǎn)入下步 工序。四、壓后作業(yè)壓后按設(shè)計(jì)要求探砂面、起出壓裂管柱，完井到達(dá)投產(chǎn)要求。五、施工中常見(jiàn)問(wèn)題及處理方法壓裂施工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)壓不開(kāi)、壓竄、砂堵、砂卡、刺漏等事故。在壓裂過(guò)程中可以利用 井口泵注壓力、套管壓力、注入排量、砂液密度的變化以及壓裂液排量的記錄曲線，做出

11、準(zhǔn) 確的判斷，正確地指導(dǎo)下步施工。1、壓不開(kāi)主要表現(xiàn)為壓力隨注入量的增加急速上升，并且很快到達(dá)施工壓力上限，應(yīng)立即停車，放棄 壓裂。壓不開(kāi)的原因主要有以下幾點(diǎn)：1井筒與地層連通性不好。如射孔質(zhì)量有問(wèn)題，射孔彈沒(méi)有穿透套管或水泥環(huán)，孔眼被污 染等。2壓裂管柱堵塞、井下工具質(zhì)量有問(wèn)題或管柱深度下錯(cuò)。3地層致密或堵塞嚴(yán)重，吸液能力差。2、壓竄壓竄主要發(fā)生在油管泵注壓裂施工過(guò)程中。在排量不變的情況下，泵壓突然大幅下降，套壓 升高，說(shuō)明裂縫延伸過(guò)程中有竄槽跡象發(fā)生。產(chǎn)生的主要原因有：1隔層較薄，強(qiáng)度缺乏以承當(dāng)油層壓裂時(shí)高壓作用下與隔層產(chǎn)生的巨大壓差，裂縫竄，劈 開(kāi)隔層。2固井質(zhì)量差，水泥環(huán)膠結(jié)不好，壓裂

12、時(shí)竄。3封隔器膠筒質(zhì)量差，壓裂過(guò)程中破損，導(dǎo)致套壓升高或油管上頂。發(fā)生壓竄時(shí)，應(yīng)立即停砂，用液量為井筒容積的2.5倍循環(huán)洗井。并進(jìn)行驗(yàn)竄，比擬簡(jiǎn)單驗(yàn) 竄方法有套壓法和套溢法，另外還有井溫法、示蹤劑測(cè)量法等。應(yīng)注意有時(shí)泵車抽空，也會(huì) 導(dǎo)致壓力下降，此時(shí)排量線波動(dòng)幅度增大，應(yīng)該注意加以區(qū)分。有時(shí)氣井或含氣量較大的油 井壓裂時(shí)也能造成竄槽假象，例如泵注壓力不變時(shí)套管噴溢，說(shuō)明是上部油層氣串所至，并 非隔層竄槽，可以正常施工。3、砂堵加砂過(guò)程中，壓力大幅度上升說(shuō)明有砂堵跡象，應(yīng)立刻停砂或降低砂比，待壓力平穩(wěn)再逐漸 提高砂比，假設(shè)壓力繼續(xù)上升那么可能發(fā)生端部脫砂或砂堵，應(yīng)立即停泵放噴或關(guān)井視具體 加砂情

13、況和管柱結(jié)構(gòu)而定。砂堵原因有以下幾種：1壓裂液攜砂性差或抗剪切性能差。2混砂比過(guò)高或提升速度過(guò)快。3地層濾失性較大，裂縫發(fā)育，壓裂液濾失嚴(yán)重，沒(méi)有采取有效措施。4壓裂液破膠速度過(guò)快，在加砂量大的情況下可能造成砂堵5前置液量太少可能引起砂堵。6加砂過(guò)程中意外停止施工井口設(shè)備、地面管匯破裂可能造成砂堵。發(fā)生砂堵后應(yīng)立即進(jìn)行放噴、返排，管柱允許條件下應(yīng)進(jìn)行反洗，能大大降低事故發(fā)生的幾 率。事故處理時(shí)，可以使用小直徑油管，下入壓裂管柱內(nèi)進(jìn)行沖砂，再結(jié)合倒扣、套銑、打 撈的方法加以處理。4、砂卡砂卡是壓裂后發(fā)生的比擬常見(jiàn)而且危險(xiǎn)的故障，較輕的砂卡可以采取活動(dòng)管柱解卡、下?lián)艚?卡等措施；嚴(yán)重時(shí)需要修井作業(yè)

14、處理事故。主要發(fā)生因素有：施工過(guò)程中砂堵、地層吐砂嚴(yán) 重、施工故障沉砂、沖砂不徹底或違章使用大直徑工具沖砂等。5、管柱斷脫管柱斷脫有兩種情況，包括卡距以上斷脫和卡距內(nèi)斷脫。原因有以下幾種：絲扣磨損嚴(yán)重、 絲扣沒(méi)上緊、施工超壓、下井工具加工質(zhì)量差。井口表現(xiàn)為：泵壓迅速下降、套壓瞬間上升、 井口伴隨較大震動(dòng)聲，同時(shí)油管上躥。另外，如果發(fā)生在卡距內(nèi)，可能泵壓、套壓沒(méi)有大的 變化，不容易判斷，繼續(xù)加砂可能導(dǎo)致事故更難處理。因此需要現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員做出準(zhǔn)確判斷， 妥善處理。壓裂施工過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)壓不開(kāi)、壓竄、砂堵、砂卡等事故?？衫镁诒米毫?、套壓 表、注入排量、砂比的變化及壓裂液排量的記錄曲線準(zhǔn)確判斷

15、，及時(shí)處理。1、壓不開(kāi)壓力隨注入量的增加急劇上升，很快到達(dá)施工許可壓力上限，原因主要是由于：1地層性質(zhì)、吸液能力差；2管柱堵塞、工具問(wèn)題、管柱深度有誤；3射孔質(zhì)量問(wèn)題，井筒與地層連通不好。處理方法磁性定位校驗(yàn)卡點(diǎn)深度。深度無(wú)過(guò)失那么擠酸處理目的層，降低地層破裂壓力及解除近井 污染后再壓裂。深度假設(shè)有過(guò)失，那么調(diào)整準(zhǔn)確后再壓裂。磁性定位測(cè)井時(shí)，根據(jù)下井儀器的遇阻深度判斷管柱是否堵塞。有堵塞那么起出管柱，通 油管后重下壓裂管柱再壓裂。管柱無(wú)堵塞且深度準(zhǔn)確，仍壓不開(kāi)那么起出壓裂管柱，檢查噴砂器凡爾是否卡死，凡爾卡 死那么換噴砂器等工具，重下壓裂管柱再壓裂。如深度準(zhǔn)確、無(wú)堵塞、噴砂器均正常，那么進(jìn)行擴(kuò)

16、層、改層壓裂，或放棄對(duì)該層壓裂。2、壓竄壓竄是指壓裂施工中，壓裂液由某一異常通道返至第一級(jí)封隔器以上油套環(huán)空，使地面套壓 持續(xù)升高；或返至最下一級(jí)封隔器以下油套環(huán)空，使管柱上頂?shù)漠惓Ｊ┕がF(xiàn)象。壓竄原因分兩大類，一是管外竄槽，二是管柱問(wèn)題。管外竄槽有：地層竄槽、水泥環(huán)竄槽； 管柱問(wèn)題有：封隔器不坐封、封隔器膠筒破裂、油管破裂、油管接箍短脫、管柱深度過(guò)失等。 處理方法停泵，套管放空，反復(fù)23次。仍有竄槽顯示那么磁性定位校驗(yàn)卡點(diǎn)深度。深度無(wú)過(guò)失那么上提管柱至未射孔井段，驗(yàn)封。驗(yàn)封仍有竄槽顯示那么起出管柱，發(fā)現(xiàn)管柱短脫那么進(jìn)行打撈，正常驗(yàn)封起出那么檢查油 管和封隔器破損情況。驗(yàn)封沒(méi)有竄槽顯示那么說(shuō)明地

17、層竄，進(jìn)行擴(kuò)層、改層壓裂，或放棄對(duì)該層壓裂。3、砂堵加砂過(guò)程中，壓力大幅度上升說(shuō)明有砂堵跡象，應(yīng)立即停砂或降低砂比。如壓力繼續(xù)上升可 能發(fā)生端部脫砂或砂堵。原因是：1壓裂液攜砂性或抗剪切性差；2砂比過(guò)高或提的過(guò)快；3地層濾失性大，裂縫發(fā)育，壓裂液濾失嚴(yán)重；4前置液量過(guò)少，壓裂液破膠過(guò)快。處理方法：發(fā)生砂堵后應(yīng)立即進(jìn)行放噴、返排，在管柱允許條件下進(jìn)行反洗。壓堵：壓裂前認(rèn)真分析地質(zhì)資料，特別對(duì)高、低滲透層區(qū)別對(duì)待；溢流井和負(fù)壓井區(qū)別對(duì) 待。壓前做好試擠求取準(zhǔn)確的吸水壓力和破裂壓力參數(shù)確保壓開(kāi)目的層，設(shè)計(jì)合理的砂比、 排量和攜砂的均勻度，確保攜砂液體平穩(wěn)進(jìn)入被壓地層。壓竄：最直接的原因是固井質(zhì)量不合格和層間間距小，固井質(zhì)量不合格被壓竄的機(jī)遇最大； 其次是巖石物性差差異，近井帶小斷層或斷層破碎帶距離被壓井的對(duì)應(yīng)層系較近也可以形成 壓竄，這種壓竄造成事故的機(jī)遇相對(duì)小。攜砂液沉砂：壓裂攜砂液攜砂穩(wěn)定性差，重力作用下砂、液濃度失衡，導(dǎo)致進(jìn)入目的層前 砂比提高。油管管柱漏液或爆裂：下管柱前做