淺析頁巖氣壓裂施工的管線刺漏和規避措施

王鑫　姜振波

摘 要：該系統的應用杜絕了現場人員到高壓區附近巡檢的安全隱患，以及避免了因人員巡檢次數限制，帶來的嚴重刺漏。同時，在泵頭盤根發生輕微刺漏時及時停車，能夠減少因巡檢不到位造成的嚴重刺漏，損壞銅套和柱塞。減少了更換銅套和柱塞帶來的額外成本損失，也避免了因盤根嚴重刺漏造成泵頭刺裂報廢的情況。

關鍵詞：頁巖氣壓裂；管線刺漏；規避措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.099

1 頁巖氣壓裂及其風險

（1）頁巖氣概況：頁巖氣在全球范圍內分布廣泛，且開發潛力巨大。20世紀90年代以來，美國、加拿大等北美國家頁巖氣勘探取得成效，開發技術趨于成熟。據測算，全球頁巖氣資源量約為456×1012m?。頁巖氣的勘探開發使美國天然氣儲量增加了40%。2010年美國頁巖氣產量接近1000×108m?，約占美國當年天然氣總產量的20%，頁巖氣已經成為美國主力氣源之一。國內頁巖氣的勘探開發尚處于起步階段，但是發展迅速。是繼美國、加拿大之后，第三個勘探開發頁巖氣的國家。目前已經在中國渤海灣及松遼、四川和吐哈等盆地發現了高含有機炭的頁巖。據預測，中國頁巖氣潛在資源量大于30×1012m?，開發潛力巨大。

（2）頁巖氣壓裂技術概況：頁巖儲層具有低孔特征和極低的基質滲透率，因此壓裂是頁巖氣開發的主體技術。目前， 國內頁巖氣逐漸形成了以水平井套管完井、分簇射孔、快速可鉆式橋塞封隔、大規模滑溜水或“滑溜水+ 線性膠”分段壓裂、同步壓裂為主， 以實現“體積改造”為目的的頁巖氣壓裂主體技術。

（3）頁巖氣壓裂的主要安全風險：頁巖氣壓裂施工“高壓力”“大排量”的施工模式給壓裂施工帶來相當大的的安全隱患，長時間、高壓力的流體及支撐劑沖擊會造成高壓件提前老化，壓裂作業中酸的使用更加加速了設備的腐蝕，這樣一來壓裂施工極易出現管線刺漏的情況。在全球范圍內，對頁巖氣壓裂施工過程中管線爆裂的預防措施尚沒有非常好的規避措施；在國內對于這一隱患的排查逐漸摸索出三種主要的防控措施，并在實踐中取得了較好的效果，大大避免了由于管線爆裂所造成的次生危害。

2 頁巖氣壓裂管線防爆措施：

2.1 高清攝像頭監控系統

在頁巖氣施工過程中，通過在現場架設高清攝像頭，并將其與儀表車顯示器相連接的方式，在儀表車內便可監控施工過程中高壓管線的狀態，通過高頻詞的觀察，及時發現壓裂施工過程中管線存在的刺漏現象并及時停止加砂和減低排量，刺漏嚴重的情況下停車整改，有效的避免了由于管線刺漏發現不及時導致的管線爆裂情況，降低了壓裂施工的風險。

2.2 泵車攝像頭監控系統

通過在泵車液力端安裝攝像頭的方法，避免壓裂千型車出現側壓蓋及盤根刺漏的現象。在泵車液力端柱塞運行部位的上方安裝高清攝像頭，通過集線器將多臺千型車攝像頭的影像集中顯示在儀表車內的顯示器上。安排泵工在儀表車內通過顯示器觀察各個千型車的運行狀況，及時發現存在刺漏的車輛，降低了施工中由于車輛刺漏導致的對車輛的傷害，同時不需要人員在現場觀察，降低了人員傷害的風險。

2.3 高強度安全綁帶

頁巖氣壓裂施工過程中管線承受著將近80Mpa的高壓，即使通過以上方法可有效降低管線爆裂的危害，但是仍任存在一定的爆裂概率，為保證施工過程中現場人員的安全，防止管線崩裂傷人，在連接管線的過程中，在高壓管線上纏繞藍色高強度安全綁帶，同時在接口部位利用紅色較細的安全綁帶打扣，藍色安全綁帶穿過紅色綁帶，再用卡環鎖死。通過這種方式，即使出現意外的管線爆裂崩開現象，也可通過綁帶的束縛不使管線甩出，可有效減小管線崩開后可能對人造成的傷害。

3 壓裂施工存在較大影響

眾所周知，頁巖氣壓裂施工具有壓力高、排量大、連續性、時間長的特點，單個平臺同時進行壓裂作業的壓裂車多達15-18臺。泵頭在長時間高壓力（作業平均壓力達75Mpa以上）的流體及砂子打磨會出現測壓蓋刺漏、盤根刺漏、泵頭刺裂等一系列問題，這些問題不僅會對正常壓裂施工存在較大影響，而且帶來相當大的安全隱患。

傳統的壓裂施工過程中泵車的運行情況由現場人員目視化判斷，在頁巖氣壓裂現場存在著壓裂設備多、密、高壓區層層隔離等特點，給現場人員鑒別壓裂車運行情況造成很大障礙，不能及時有效的采取措施降低安全風險、減少設備磨損。

本成果是基于這一情況在壓裂車的泵頭液力端上部安裝一個視頻監控攝像頭，通過網絡信號傳輸到儀表車，在儀表車的顯示屏上實時監控每臺壓裂車泵頭運行情況的視頻監控系統。

該系統由監控顯示屏、刻錄機、交換機、網絡數據線和微型攝像頭終端組成，每臺攝像頭由網線連接，通過傳輸網絡信號到刻錄機、顯示屏，可以對每臺壓裂車液力端運行情況進行實時監控，該系統有單車監測、車組監測、單車巡檢、視頻刻錄等功能，充分滿足實際生產需要切存在安全穩定、成本小的優點。

4 總結

頁巖氣壓裂施工由于壓力較高，管線長時間承受高壓，隨時可能出現嚴重的管線爆裂現象，對人員的安全以及施工的質量造成重大的傷害和損失。通過在施工過程中不斷地尋找方法，利用攝像頭監控以及高強度安全綁帶的束縛作用，有效的避免了在施工出現的管線爆裂以及車輛刺漏的現象，確保了現場人員的安全和施工的質量。