压裂施工中压力异常波动的原因浅析及处理措施

压裂施工中压力异常波动的原因浅析及处理措施 编 写 韩 庆 单 位 长庆石油勘探局井下技术作业处 二 0 0 七 年 十二月 共 9 页 1 压裂施工中压力异常波动的原因浅析及处理措施 韩 庆 长庆石油勘探局技术作业处 甘肃庆阳 745113 摘要 摘要 油水井压裂已经成为各大油田一项重要的增产增注措施 在压裂施工过程中 由于地质因素 或人为因素等多种原因 导致了不成功工序的发生 影响了正常的生产和经济效益 随着压裂工艺的 不断完善 对工程技术人员的整体素质要求越来越高 不但要有较高的专业技术理论水平 还要有较 丰富的现场实践经验 本文着重论述了在压裂施工过程中 压力异常波动的原因及处理措施 从人为 因素 非人为因素等方面进行了阐述 同时列举了一些实例及图表 针对原因进行分析 提出处理及 预防措施 旨在对以后的施工过程中遇到此类问题时能够提供参考与指导 尽可能地降低损失 进一 步提高压裂施工的一次成功率 为油田的可持续发展做出贡献 关键词 压力压力 异常波动异常波动 处理处理 一 问题的提出 随着长庆油田的不断开发 压裂已经成为油井增产 水井增注的重要手 段 压裂井的数量也在不断增加 在现场施工过程出现的问题中 技术人员 最怕遇到的就是压力的异常波动 因为它有可能会导致工程事故 通常是造 成砂堵 进而造成砂卡管柱 导致管柱活动不开 这样处理起来极为麻烦 不仅耗费时间 而且还会造成极大的经济损失 再有 压力异常上升 极易 造成憋爆管柱 因为在极短时间内 压力的迅速上升 即使是仪器设有超压 复位装置 也不可能将所有泵车停下 如果在井下憋断管柱 则会造成卡管 柱 如果在地面憋爆管线 则可能会造成设备及人员的伤害 所以分析压力 的异常波动以及提出解决的办法 对于在今后的施工中避免损失具有重要的 意义 二 引起压力异常波动的原因分析及处理措施 压裂施工是一个系统工程 其间任何一个环节出现异常 都可能导致整 个施工的失败 导致压力异常波动的原因大致可以分为两种情况 人为因素 共 9 页 2 和非人为因素 下面就这两种因素进行详细的论述 1 人为因素 在整个施工过程中 因人为因素引发的压力异常波动占有一定的比例 通常有以下几种原因 1 前置液量是否符合压裂施工设计要求 每口井压裂成功与否 与前置液量有极大的关系 只有前置液量符合设 计要求 才能破开地层 并在地层中形成一条具有足够长度的填砂裂缝 为 以后支撑剂的进入做好铺垫 反之 如果前置液量不足 则会为以后的施工 埋下隐患 由于前置液量的不足 导致造缝长度不足 随着施工时间的延长 当砂量达到一定程度时 裂缝无法继续向前延伸 地层就会出现 饱和 现 象 如果在加砂过程中出现压力升高 并且判断其原因是由于前置液量不足 引起的 应采取的措施是立即停砂 进行替挤 以避免更大的损失 2 是否为交联前置液 如果前置液量充足 但是没有混合交联 在施工过程中 随着时间的推 移 愿者上钩液会慢慢地滤失 同样不能形成足够长度的填砂裂缝 最终会 导致缝端脱砂 正确的做法应是 在地层压开 排量达到设计要求后 就应 该进行交联混合 使前置液保持应有的造缝机能 如果前置液没有混合交联 那么出现压力上升时 也应该立即停砂 进行替挤 如果强行加砂 则极有 可能导致砂堵事故的发生 3 加砂过程中是否供液或供砂间断 在压裂施工中 尤其是在加砂过程中 最禁忌的就是供液间断 也就是 俗称的 抽空 引起抽空的人为因素就是罐车看液人员的疏忽 造成液罐 共 9 页 3 内空气进入混砂车水泵内 从而引起混砂车上水困难 或是由于混砂车操作 人员的误操作 使混砂斗内液面过低 不能向泵车提供充足的液量 继而泵 车向地层间断性供液 则推动支撑剂进入地层的动力不足 易造成支撑剂在 地层内发生堆积 尤其是在高砂比阶段时 极易造成压力异常上升 导致砂 堵 所以在施工中 看罐人员及混砂车操作人员应增强责任心 避免发生抽 空现象 一但因抽空引发压力上升 则应降低砂比 视压力变化加砂 其次 供砂不连续 有可能是砂罐不到位或是混砂车加砂间断 在施工过程中都会 引起压力地异常变化 如果施工员不及时采取措施 将会导致施工失败 如图 1 本次施工过程中有两次供液不足现象 瞬时间导致主压车走空 泵 其压力排量都有所较大变化 压力排量同时波动 供液正常后其压力 排量基本平稳 图 1 施工中供液不足的施工曲线 共 9 页 4 如下图 2 在施工过程中 由于混砂车供砂不连续引起压力变化两次 压力平均每次上升 2 3MPa 在加砂正常后压力慢慢恢复到正常情况 图 2 供砂不连续的施工曲线 4 交联比是否合理 在加砂过程中 交联比的控制是否合理 对整个施工的成败同样也有着 举足轻重的作用 控制好交联的大小 需要一定的施工经验 如果交联过小 则冻胶压裂液的携砂能力变差 随着施工时间的推移 进入地层内的支撑剂 会慢慢沉积 形成砂桥 阻止后续支撑剂的进入 从而会形成砂堵 尤其是 在外围探井施工中 多使用延时交联 如果控制不好基胶比 携砂液在进入 地层后仍不成胶 则极易发生砂堵 这一过程是缓慢的 压力通常会呈缓慢 上升趋势 这种情况发生后应立即停砂 随着压力上升 应逐渐减小排量 以防压力突然上升 难以控制 如果压力平稳 则应及时调整交联 视情况 共 9 页 5 加砂 如果交联过大 则会增加摩阻 在冻胶过炮眼时 压力也会有异常波 动 控制好基胶比 要求混砂车上的技术人员应对混合液勤检查 仪表车内 技术员也应注意观察排量线的变化 一旦排量有异常 则应及时调整交联 判断是否因交联浓度过大导致压力波动 可通过泵注排量及时间推算出来 由此引起的压力波动一般不会导致砂堵 如图 3 所示 在施工过程中 由于交联比控制的不是很好 交联比一阵大一 阵小 所以在加砂过程中压力变化波动很大 使得后期砂比不可能提得更高 图 3 交联控制不好的施工曲线 共 9 页 6 图 4 交联控制不好的施工曲线 5 排量是否符合设计要求 全三维水力裂缝模拟结果表明 当上下岩层与压裂目的层的地应力差小 于 5MPa 时 泵注排量的大小将对裂缝高度的延伸产生较大影响 在现场施 工中 有时因为某种情况 施工泵注排量达不到设计要求 这就使得裂缝高 度达不到预期值 当泵入较高浓度的砂比时 高浓度的支撑剂就会堆积在裂 缝口 造成压力的迅速上升 所以在现场施工中 应严格遵守作业指导书的 要求 以足够的排量进行施工 6 泵入错误的砂比或设计砂量 砂比不合理 在施工中 如果施工人员错误的泵入了较高浓度的砂比 或者设计人员 在做设计时 由于对欲压目的层的地层参数分析有误 设计了过高的砂比或 砂量 或前置液量相对不足 基胶比不合理 裂缝高度限制等因素 均可导 致压力异常上升 现场施工时如果压力上升 应进行判断分析 及时采取相 应的措施 降砂比或提高施工排量 2 非人为因素 1 地质因素 断层遮挡 共 9 页 7 在影响压裂施工的地质因素中 断层遮挡是一个不可忽视的因素 施工 中 如果在裂缝延伸过程中遭遇断层遮挡 则裂缝的延伸受到限制 地层的 吸入量会达到饱和 致使压力上升 无法继续施工 在断层区域附近施工 如果各项指标均符合设计要求 而压力迅速上升 则有可能为断层所致 为 避免此类问题的发生 一方面要求设计部门应该详细了解欲压目的层的地质 情况 对断层发育的地区或施工井应给予标注 另一方面要求现场施工人员 应尽量多积累经验 对特殊区块的油藏资料有所了解 避免压力突然上升而 造成不必要的损失 地层渗透率和微裂缝发育的影响 由于地层渗透率过大导致缝端脱砂而引起压力异常上升 在施工中也比 较常见 有些微裂缝发育区块 在施工中也容易导致压裂液滤失量过大或者 形成不了有效主裂缝 而导致脱砂现象的发生 对于本身渗透性较好的水井 由于长期注水 导致微裂缝被水中杂质所充填或堵塞 随着注水压力的提高 新的裂缝产生 随着时间的推移 新裂缝又被杂质充填 这样周而复始 使 得这一区块的施工破压较高 并且随着施工的进行 微裂缝相继被压开 施 工压力极不稳定 并且伴随着滤失量增大 容易造成砂堵 所以在施工此区 块的水井时 应该适当增加前置液用量 同时增大交联比例 当压力有上升 趋势时 可适当提高排量 增加缝宽以减缓压力的上升 限流法施工 限流法施工 就是通过严格限制炮眼的数量和直径 按设计注入排量进 行施工 利用压裂液流经孔眼时产生的炮眼摩阻 大幅度提高井底压力 并 迫使压裂液分流 使破裂压力接近的地层相继被压开 达到一次加砂能够同 共 9 页 8 时处理几个层的目的 由于其工艺特点 在施工过程中相继压开几个小层 同时会出现压力波动的现象 所以在施工限流法井时 出现压力的波动属于 正常现象 2 设备因素 在施工过程中 由于设备的突发故障 导致泵注排量不足 或者供液系 统的故障 均可导致原有施工状态改变 井底流质状态发生变化 进而导致 压力波动 泵车故障原因 泵车是压裂施工中泵注下井原材料的动力源 如果其发生故障 也将会 引起相应的施工故障 如某台车的变速箱系统或柴油机发生故障 可导致该 车大泵运转偷停或者挡位混乱 造成排量不准确 或者由于大泵阀系统工作 故障 间断性供液 均可导致压力异常 在施工中 要求泵工对台上设备勤 检查 发现异常及时调整车辆 保证排量的稳定 混砂车故障原因 混砂车由于使用率较高 易磨损部位也容易发生故障 例如水泵或砂泵 由于长期使用 均可导致叶轮的磨损 水泵发生故障 则上水困难 砂泵发 生故障 则供液量不足 在施工排量增大的情况下 使得混砂车不能及时供 给泵车充足的液量 使泵车抽空 最终导致压力的异常波动 所以当混砂车 的易损部件工作到一定的年限时应进行检查 更换 仪表车采集系统或传感器部分失灵 仪表车是一个精密的采集系统 强磁场 强电磁波或者高压电场等外界 干扰也可导致压力异常的波动 但这个波动只是一个假象 现场指挥人员应 共 9 页 9 该对此做出准确判断 另外 在雨雪季施工时 压力传感器 流量传感器有 可能进水或冻结 导致压力及排量反映失真 通常情况是 在排量稳定时 压力呈极缓慢的上升趋势 而且没有波动 这时可参照泵车控制台的压力表 进行核对 来判断是否属于这一故障 所以仪表操作人员应增强责任心 及 时地对压力传感器等做好保温及防水 防冻工作 防止因此故障导致现场施 工员带来错误判断 3 井下管柱因素 射孔孔眼是流体进入地层的通道 压裂施工时 压裂流体需经孔眼进入 地层 孔眼的数量及尺寸都会对压裂施工产生一定的影响 孔数过多将增加 压裂液的滤失 孔数过少又会产生很大的孔眼摩阻 使泵注排量受到限制 孔眼尺寸应与支撑剂粒径的大小和施工时泵入支撑剂的浓度相匹配 否则会 出现砂堵孔眼的现象 孔眼的尺寸还影响到压裂液的黏度 如孔眼太小 孔 眼通道处的高剪切速率将破坏冻胶结构 使高黏度的压裂液迅速降解 导致 脱砂 对于使用普通喷砂器的施工井 如果在施工过程中出现压力上升 发生 砂堵 不应该再进行连续的憋放 因为连续高压憋放 会导致卡具段油套环 空内的支撑剂紧密堆积 而是应该在采取