高原油田油氣井壓裂施工風險及應對措施

劉力新 徐崇海 虎元林 雷 英

(1、青海油田井下作業(yè)公司 青海 茫崖 817500)

(2、青海油田監(jiān)督監(jiān)理公司 甘肅 敦煌 736202)

前言

壓裂是利用高壓泵車組，將具有一定粘度的液體高速注入地層，形成裂縫，在注入的液體中加入支撐劑，以支撐縫面，起到疏通油層的作用。壓裂施工作為油田高危行業(yè)的典型，單車設備價值高，壓裂成本大。油水井壓裂在帶來高效開發(fā)的同時伴隨著高風險，具有造成人員傷亡以及巨大經(jīng)濟損失的潛在風險。青海油田地處柴達木盆地，海拔在2600-3000米之間，由于所處地理位置特殊，最高油井海拔達到3200多米。高原壓裂施工與其他油田存在地域差別，沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可借鑒，存在的風險比同行業(yè)風險更大。如何加強對高原壓裂施工的風險識別和采取相應的措施顯得更為重要。本文就高原壓裂施工的前期準備，施工中存在的風險作簡要論述，并提出相應的措施。通過不斷摸索總結(jié)形成具有高原壓裂施工應急管理的特色。

一、壓裂施工前期準備工作的風險及應對措施

1.壓裂車組交通風險及應對措施

青海油田油、水井分布在柴達木盆地不同區(qū)域，總面積達25萬平方千米。壓裂施工地處盆地內(nèi)沙漠、丘陵地帶，海拔高、路況差，風沙大自然環(huán)境惡劣。壓裂車組前往施工地點大多為簡易公路，交通事故是壓裂施工前期準備的潛在風險之一。

根據(jù)油田所處地理位置，通過對壓裂車組在青海油田道路行駛中存在的安全隱患進行分析，提出了相應的應對措施：

①路況差出現(xiàn)砂窩及砂梁，地處高原沙漠路基疏松，造成車輛行走困難，簡易公路路面窄，路基承重差。措施：正確判斷行駛路面的狀況，不熟悉的路段上行駛，延著原先的車印子走，沒有車印的地方，下車觀察清楚路面后再行駛，清理路面沙窩，用砂石填埋硬化路面。

②道路彎度大壓裂車車身較長無法通過。措施：對道路進行鋪墊，減小道路彎度。

③道路坡度大壓裂車自重達到30多噸，靠自身動力無法到達井場。措施：對于坡度大的道路用挖掘機等設備牽引。

④壓裂車路上拋錨，阻礙交通。措施：定期對壓裂車組進行維護保養(yǎng)，歸檢小組定期對車組進行歸檢，查出問題及時解決，長途車進行試車。

⑤壓裂車發(fā)生交通事故，在路面行駛有可能發(fā)生撞車、撞人及翻車等交通事故。措施：行駛車輛編隊行駛，嚴格控制車速，保持車距，復雜路段慢速通過

⑥由于壓裂車超高，有可能對低空懸掛線路、標志進行碰掛。措施：施工前踏勘道路，確定行走路線，避讓影響通行的電線等空中障礙物

⑦高原含氧量不足，易造成疲勞駕駛；空氣稀薄，風沙大。措施：駕駛?cè)藛T充分休息保持體力，不疲勞駕駛；定期檢查更換空氣濾芯。

2.壓裂車組井場擺放的風險及應對措施

(1)由于壓裂施工現(xiàn)場人員多、設備密集，現(xiàn)場管理難度大。設備在施工中可能出現(xiàn)刺、漏、井口高壓等危險因素，部分井場受地理條件的限制，道路及井場達不到施工壓裂作業(yè)占地面積的要求，遇到險情設備、人員不能迅速撤離現(xiàn)場。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(qū)的距離較近，在施工中存在巨大風險。

(2)井場擺放各種車輛和壓裂罐，造成現(xiàn)場施工人員視野受到限制，部分井場未能留出車輛安全通道。井場安全標示不完整，一旦發(fā)生事故，很難迅速逃生和得到及時救援，易升級為惡性事故。

(3)為減小井場以及道路的不規(guī)范帶來的風險，要求施工井場一般達到長50寬50米，井場基本平坦無雜物，便于施工人員現(xiàn)場操作。各種車輛擺放便于施工，遇到緊急情況便于迅速整改和疏散，施工井場布置符合壓裂安全要求，配備專用消防和救護設施，施工時安排現(xiàn)場監(jiān)護。

3.壓裂管匯連接及井口裝置的風險及應對措施

(1)施工時壓力高、排量大。井口試壓超過90Mpa,排量最高超過8m3/min，管匯、井口試壓不合格或施工超過設計限壓。

(2)地處高原橡膠件容易干裂老化，密封處出現(xiàn)刺、漏。由壬未充分緊固或墊子壞；管匯老化出現(xiàn)爆管。

(3)井口螺絲未充分緊固；升高短節(jié)絲扣損壞；鋼圈或鋼圈槽損壞。

(4)升高短節(jié)、井口采油樹及附件在高壓時可能出現(xiàn)刺、漏等失控情況。

(5)根據(jù)套管頭井口裝置以及管匯在施工中所帶來的風險，定期對高低壓管匯進行檢測，對不合格的予以更換。流程連接合理便于施工和及時處理管匯刺、漏，在確定壓裂施工井位前，對井筒以及升高短節(jié)進行試壓。采油樹附件使用前保證試壓合格，安裝時密封件耐壓符合要求，螺栓緊固平齊。采油樹的選型耐壓大于施工壓力，專業(yè)人員現(xiàn)場服務，出現(xiàn)泄漏先放壓再緊固處理。

二、壓裂施工過程的風險及應對措施

油水井壓裂施工現(xiàn)場，主要工序有：循環(huán)→試壓→試擠→壓裂→加砂→替擠→擴散壓力。在施工過程中，存在的風險較多，具體見表2。

表2 壓裂風險列表

儲液罐井口√ √√ √√ √√ √√ √√√

1.高原壓裂施工的風險及應對措施

高原壓裂施工前充分考慮海拔高、空氣稀薄增加了設備符合的實際情況，施工人員反應及操作相對遲緩，相同功率的設備施工能力降低。根據(jù)多年的施工經(jīng)驗證明，海拔每上升1000米壓裂車功率下降10%。以1400型壓裂車為例，單車最大理論排量達到1.05m3/min，如果8臺壓裂泵車同時工作最大理論排量達到8.40m3/min，單車壓力在25.76Mpa以內(nèi)檔位在7檔時，實際最大排量0.735m3/min，如果8臺壓裂泵車同時工作最大實際排量達到5.880m3/min(實際數(shù)據(jù)根據(jù)現(xiàn)場施工推論而得)。單車壓力在103.4Mpa以內(nèi)檔位在1檔時，最大理論排量達到0.33m3/min，如果8臺壓裂泵車同時工作，最大理論排量達到2.64m3/min，實際最大排量1.848m3/min(壓力72.38Mpa)。所以實際施工時根據(jù)需要，增加壓裂車和備用車數(shù)量，迅速提高排量保證壓裂的效果和成功率。

以2014年4月26日施工的坪1-2-2井為例。此次施工最高壓力84MPa，最大排量6.5m3/min，總液量846.80m3，凈液量777.80m3,共加砂69m3,平均砂比12.60%，在壓裂中，根據(jù)該井的壓裂設計和實際施工的需要，啟動了備用壓裂設備，保證了排量的迅速提高，同比相同區(qū)塊，此次施工砂比最高，施工非常成功。施工曲線如下圖1

2.不同壓裂井的施工風險及應對措施

壓裂作業(yè)施工，尤其是老井、重復壓裂井、大型酸化壓裂，工序復雜，極易造成井身結(jié)構(gòu)破壞、管線爆裂，發(fā)生卡鉆、砂堵油管、管柱斷脫、井下工具出現(xiàn)異常等工程事故，極易引發(fā)井噴事故和物體打擊事故。如果壓裂失控、壓裂管柱破裂或者井口、管線泄漏，極易發(fā)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。

3.壓裂施工中出現(xiàn)異常情況的風險及應對措施

施工時嚴格按照設計和安全交底操作，試壓達到設計要求，出現(xiàn)異常根據(jù)預案以及現(xiàn)場監(jiān)督要求調(diào)整參數(shù)。施工中隨著壓力的變化準確判斷出地層是否壓開，及時調(diào)整排量、壓力參數(shù)。并且參照同區(qū)域及地層以往施工經(jīng)驗，制定施工工藝應急措施。

壓裂施工風險以及應對措施：

①試壓時。存在井口刺漏、管線刺漏風險。若井口螺絲未緊固、升高短節(jié)絲扣損壞、鋼圈或鋼圈槽損壞，會發(fā)生井口刺漏，造成井噴、污染、傷人。措施：應檢查絲扣完好，螺絲緊固，試壓合格方可施工。若由壬未砸緊或墊子壞、管線損壞，會發(fā)生管線刺漏，造成傷人、污染，措施：施工前檢查由壬連接處裝好墊子并砸緊。

②開關(guān)閘門時。若采油樹各部分試壓不合格，會造成采油樹閘門傷人，傷人、井噴。措施：施工前作業(yè)隊一定要保證采油樹合格。

③計量時。會因為罐面滑造成計量人員不慎滑落。措施：冬季計量時計量人員應注意安全，做好防滑工作。

④施工時。存在高壓傷害、砂堵、火災、毒氣中毒、井噴等風險。首先，高壓傷害的風險。若管線、井口不合格或超過設計限壓，會發(fā)生高壓傷害，造成人員傷亡。措施：應檢查井口裝置是否合格，保證管線連接合格，施工中不允許超過設計限壓。其次，砂堵風險。主要由于壓力猛然提升，緊急停泵而造成砂堵，或者施工中某設備出現(xiàn)故障停泵，壓力排量降低，砂粒下沉，造成砂堵。措施：做好設備的檢修工作，出現(xiàn)問題應立即整改，保證設備的正常運行。第三，火災風險。由于油氣泄漏遇火源，動用明火等會發(fā)生火災。措施：隔離火源，搶救物資，緊急疏散，組織搶險隊進行搶險。第四，毒氣中毒風險。在施工中出現(xiàn)H2S泄漏，而無監(jiān)測和保護措施，會造成毒氣中毒，人員傷亡。措施：備有醫(yī)療救護藥品，穿戴好防護用品。第五，井噴風險。若壓力超過設計限壓，壓力起降回升快，采油樹不合格等會發(fā)生井噴，造成人員傷亡設備損壞。措施：及時進行救護，搶救人員及設備，減少環(huán)境污染。

三、結(jié)論和建議

1.提高人員素質(zhì)、規(guī)范操作規(guī)程、標準現(xiàn)場管理

員工是油井壓裂作業(yè)的主體，嚴格壓裂作業(yè)從業(yè)人員的選擇任用和培訓，規(guī)范操作流程，使其能夠按規(guī)定上崗操作，減少人為失誤，降低因不安全行為引起的事故。壓裂前召開安全會議，并進行技術(shù)交底，保證所有的現(xiàn)場人員都明確壓裂施工程序，明確安全逃生路線和集合點。達不到安全標準的井場堅決不能作業(yè)。

施工現(xiàn)場除壓裂隊伍外，還有來自建設方、設計方、作業(yè)隊等不同單位，施工前對現(xiàn)場人數(shù)進行統(tǒng)計，明確現(xiàn)場負責人，統(tǒng)一負責安全管理。現(xiàn)場人員都應清楚自己在壓裂施工中的職責和在應急情況下的處理措施。在實施壓裂過程中，暫無施工任務的人員應到指定集合點待命，壓裂過程中，要嚴格按照操作規(guī)程的要求進行，高、低壓管匯吊裝、壓裂車并入管匯、砂罐車倒車等重點工序，必須由專人指揮方能進行，提高操作的準確性及可靠性，有效避免人員傷亡事故的發(fā)生。減少人失誤的可能性抓井控制度以及操作規(guī)程在崗位落實。

2.加強高原壓裂的風險識別，不斷完善應急預案

結(jié)合高原含氧量低，人員以及設備完成相等工作量負荷增大等特點，應該從壓裂設計源頭的應急管理，到不同井型、不同區(qū)域、不同海拔進行風險評估和識別，根據(jù)壓裂風險級別進行區(qū)別管理。

依據(jù)國家有關(guān)規(guī)定和標準以及高海拔的實際情況，針對壓裂前期準備過程復雜，現(xiàn)場施工中人員多、設備密集、受地理條件限制施工現(xiàn)場逃生困難等特點。制定和完善應急預案。努力降低事故造成的人身傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境污染。做到科學有效的計劃和安排應急救援措施。確保高效、簡捷、實用的應急處置，定期對應急預案進行修訂和評審，保證生產(chǎn)安全的需要。

3.逐步建立高原壓裂應急管理特色

施工單位應根據(jù)高原施工人員生理特點，以及設備隨著海拔的升高出現(xiàn)負荷變化，建立并不斷完善壓裂作業(yè)配套的應急預案，強化應急演練的真實性，提高現(xiàn)場處理事故的應急技術(shù)，做到每次施工前進行應急演練。主要對管匯刺、漏、爆管，以及井口附件遇高壓開裂等事故，熟悉逃生路線。通過應急演練來減少事故發(fā)生帶來的損失。

青海油田壓裂隊伍屬于大隊制管理，應逐步建立大隊常用應急物資和裝備設施的儲備，二級單位建立應急物資儲備庫，儲備呼吸器、氧氣袋等設備，出現(xiàn)險情做到物資共享快速送達。同時，應建立可靠的通信聯(lián)絡與警報系統(tǒng)，加強與兄弟應急救援機構(gòu)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(chǎn)損失。為適應壓裂施工隊伍不斷增加的現(xiàn)狀，逐步建立五級應急體系(崗位、大隊、公司、油田、地方)，做到及時發(fā)現(xiàn)險情，快速處置危險。各級搶險隊伍和資源實行聯(lián)動，明確責任相互配合。

通過不斷的實踐和總結(jié)，結(jié)合油田高原油水井壓裂施工的特點，加深了壓裂施工的風險識別，提出針對性強的高原油水井壓裂應急處置方法。逐步降低壓裂施工帶來的風險。在工作中加強壓裂技術(shù)力量，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才，把壓裂作為應急管理體系的重要部分。用規(guī)范的操作，精準的現(xiàn)場施工和指揮，來保證施工的順利進行，減少施工風險。不斷完善應急演練的策劃和現(xiàn)場實施，提高現(xiàn)場應急反應速度和應對能力。提煉出具有高原特色壓裂的應急管理和快速應急處置的理論用于實踐。高效應對可能出現(xiàn)的險情，為高原油田油水井的壓裂提供安全保障。

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