淺析油井壓裂風險及應對措施

牛曉宇

（中國石油長城鉆探工程有限公司壓裂公司，遼寧 盤錦 124010）

1 壓裂施工風險分析

1.1 人員與設備高度集中

壓裂作業井場占地一般1600m2左右；壓裂設備包括壓裂車、混砂車、儀表車、管匯車、砂罐車及立式砂罐、大罐等。在特殊情況下，如壓力高或需要更大排量施工的井，還要增加壓裂車和儀表車。井場人員和設備密集，管理難度大。

1.2 施工過程危險性高

壓裂作業施工，尤其是老井、重復壓裂井、大型酸化壓裂，工序復雜，地面壓力在30MPa-60MPa之間，極易造成井身結構破壞、管線爆裂，發生卡鉆、砂堵油管、管柱斷脫、井口設備刺漏等工程事故，極易引發井噴事故和物體打擊事故。井場布置易存在隱患。由于受井場場地的限制，施工車輛距離井口過近，壓裂儀表車、其他輔助車輛和儀器距離高壓區的距離較近，存在安全隱患。

1.3 救援及逃生困難

由于井場擺放著各種車輛和壓裂罐，視野較窄，一旦發生事故，很難迅速逃生和得到救援，極易升級為惡性事件。

1.4 環境保護要求高

如果壓裂失控、壓裂管柱破裂或者高壓井口、管線泄漏，極易發生壓裂液、有毒有害氣體和原油的泄露，污染大氣層和地表層，造成重大地面污染事故。

2 常規壓裂存在問題及解決辦法

2.1 地層層位方面

地層層位的不同，壓裂施工的難易程度不同。地層的深度、物性特征直接考驗著壓裂的設備、液體、支撐劑以及人員的操作技術。壓裂設計就是前人智慧的結晶，按設計施工才是一名合格施工員應該做的。但實際的施工中往往會出現些特殊的現象，此時施工員以及混砂車操作人員就應及時溝通靈活采取必要的措施來避免更大的損失。長6層出現超低的施工壓力現象，施工壓力可低至6Mpa左右，極易造成封隔器解封。該現象并不常見，今年工作中該現象就出現3次。若遇見該現象施工員必須十分注意，因為壓力一定會出現異常，避免砂堵反沖不通。長6層施工中遇到壓力過低的現象時，砂比不宜提升過快，應注意觀察壓力變化，有異常時可根據實際及時采取提排量的解決辦法，必要時大排量持續造縫，避免砂堵。若在高砂比階段造成砂堵，由于地層工作壓力低，反沖時全部液體會進入地層不能將油管內沉砂沖出，還可能導致卡鉆事故。

2.2 設備和人存在的問題和不足

2.2.1 泡沫問題

HC-60新混砂車運行之初遇到的最大問題是自動控制液面問題。自動控制液面的原理是通過超聲波感應在攪拌罐內浮球的高低來控制吸入閥開關的裝置，液面高低通過浮球來反映，打開自動控制裝置，浮球的高度低于設定值時吸入閥處于打開狀態，當高于設定值時則關閉。由于施工所用活性水添加了一定的化工料，液體通過吸入管線進入上水泵時的剪切導致液體內產生大量氣泡，這樣攜帶大量氣泡的液體進入攪拌罐，由于泡沫的大量積累就將浮球托起很高，以至于自動控制液面的超聲波感應裝置感應到浮球的高度并非真實液面高度，往往提前關閉吸入閥，致使攪拌罐內液體跟不上而發生走空泵現象。為了解決此問題，曾采取過很多方法但效果不好，最后終于找到了一個十分有效的解決辦法。混砂車本身有三根回液取樣管線，其中一個一直用于取樣，另外兩個一直閑置，現在就是利用閑置的兩個取樣管線對準浮球進行沖擊，以此有效的控制了泡沫托起浮球的弊端，目前一直使用效果很好。

2.2.2 交聯問題

在壓裂加砂中途曲線上都會清楚的反映出地層內沉砂現象，采取措施不及時就會造成砂堵，一時間工作開展十分困難。交聯狀態早已是交聯劑過量，必然導致交聯胍膠發脆，到達地層甚至在井筒內就發生水化，大量支撐劑下沉而無法向前運移。有機硼的特點是延緩交聯，配比很小，取樣上來時甚至感覺不到交聯，但一兩分鐘左右就會看見明顯的交聯，且效果很好。重要的作用是是經過砂泵時避免發生剪切和減小磨阻。

3 特殊工藝的特點和存在的問題

不動管柱工藝特點:不動管柱壓裂改造在油井改造方式中已經極為普遍，因采用該種改造方式可以減少中途放噴和反沖等施工工序，節省了人力物力，再者大大縮短了作業周期。存在問題:油井采用不動管柱壓裂，通常在第一層施工停泵后關閉主閘門，打開清蠟閘門投球，再關閉清蠟閘門打開主閘門，當球進入井內壓裂機組則開泵小排量進行送球打滑套。打滑套所用液體約為3-6m3，頂替過量對于油井改造效果影響十分嚴重，會使得近井裂縫內無支撐劑支撐，裂縫閉合，大大降低了產量。

改進方法:改變投球方式。投球方式不采用停泵關井方式，應該在高壓管線上連接投球裝置，掌握好時間進行投球操作。改變投球時間。為避免多余液體進入原來壓裂層，則應計算好不同排量下鋼球到達滑套所需時間T，從而計算出投球之前注入的頂替液量V=V0-Q*T（V0為頂替液，Q排量），在注入V體積的頂替液后就控制投球裝置進行投球。

4 壓裂防砂技術

4.1 膠液充填壓裂防砂技術

膠液充填壓裂防砂技術通常采用端部脫砂水力壓裂技術，使攜砂液在裂縫的端部漏失，造成支撐劑脫砂，控制裂縫進一步延長;在脫砂前裂縫增長規律及壓力特征同常規壓裂一樣，但在開始出現脫砂后，縫長和縫高不再增長，只有縫寬增長較快，象吹氣球一樣形成一個短的、寬的高導流能力的裂縫，同時井底壓力開始按一定速度穩步升高。常規壓裂在整個施工過程中，裂縫長、寬、高一般都是不斷增長的，因而井底壓力是基本穩定的。端部脫砂壓裂形成具有高導流能力的“短寬裂縫”是中高滲透油藏壓裂防砂成功的關鍵。

4.2 鹽水充填壓裂防砂技術

鹽水充填壓裂防砂技術以填砂為目標，主要是充填炮眼和穿過近井污染帶的裂縫，不要求較長的裂縫。采用低黏攜砂液(鹽水)并且施工規模小，可以采用礫石充填設備，功率幾百千瓦而不是壓裂防砂充填設備的幾千千瓦。用鹽水做攜砂液的優點是:低黏液有利于礫石在近井地帶的沉積，充填質量高，減少空洞形成；可消除壓裂表皮、射孔表皮、裂縫節流表皮和液體漏失表皮。

結語

油井壓裂作業單位應建立并不斷完善油井壓裂作業配套的應急救援預案，強化應急演練，提高處理事故的應急技術，儲備充足的應急物資和裝備設施。同時，應建立可靠的通信聯絡與警報系統，加強與兄弟應急救援機構的信息溝通和交流，確保在應急狀況下，及時得到救助，避免大的人員傷亡和財產損失。

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