頁(yè)巖氣加砂壓裂高壓管匯失效爆裂風(fēng)險(xiǎn)的控制措施

張權(quán)，王明生，劉襲襲

(中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司，四川 成都 629000)

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷向前發(fā)展，超大型規(guī)模水力壓力生產(chǎn)施工作業(yè)，成為頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)工作中比較常用的技術(shù)工藝。自從我國(guó)正式啟動(dòng)頁(yè)巖氣平臺(tái)井工廠化壓裂工作以來(lái)，經(jīng)過(guò)相關(guān)工作人員的統(tǒng)計(jì)和分析，近幾年，我國(guó)在頁(yè)巖氣加砂壓裂工作過(guò)程中出現(xiàn)了數(shù)十起高壓管匯失效和爆裂問(wèn)題，對(duì)頁(yè)巖氣壓裂生產(chǎn)作業(yè)安全性造成了較大影響。由于在頁(yè)巖氣壓裂作業(yè)過(guò)程中，處于一種大排量、高壓力以及長(zhǎng)周期的施工作業(yè)狀態(tài)，高壓管匯經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)失效和爆裂問(wèn)題，已經(jīng)慢慢發(fā)展成為壓裂現(xiàn)場(chǎng)第一大安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。相關(guān)生產(chǎn)工作單位在工作過(guò)程中，不斷尋找高壓管匯失效爆裂問(wèn)題的相關(guān)影響因素，并且積極采取相關(guān)的預(yù)防和解決方法，全面提高高壓管匯使用的安全性和穩(wěn)定性。

1 高壓管匯失效爆裂風(fēng)險(xiǎn)因素分析

相關(guān)工作人員通過(guò)使用故障假設(shè)、因果分析等工作方法，對(duì)高壓管匯產(chǎn)生失效爆裂問(wèn)題的原因進(jìn)行了總結(jié)。

1.1 人為性影響因素

由于工作人員對(duì)于新的工作條件、工作環(huán)境下的高壓管匯失效激增的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題認(rèn)知程度有所不足，同時(shí)管理和操作人員的安全控制責(zé)任意識(shí)以及工作責(zé)任心相對(duì)較低，在綜合技術(shù)能力和綜合素養(yǎng)方面有所欠缺，造成高壓管匯采購(gòu)、使用過(guò)程中管理優(yōu)化以及安全防護(hù)等多方面工作沒(méi)有加以落實(shí)，在后續(xù)的作業(yè)過(guò)程中，造成高壓管匯產(chǎn)生失效和爆裂風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 物理因素影響

由于受到外部物理因素的影響，造成高壓管匯出現(xiàn)失效和爆裂問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

首先，高壓管匯由于受到外物的沖擊破壞，或者某些密封件失效，造成高壓管匯局部出現(xiàn)裂縫、破損或爆裂問(wèn)題。管道的斷裂問(wèn)題產(chǎn)生，主要因?yàn)楣艿赖氖芰Ρ容^集中而產(chǎn)生疲勞失效，爆裂問(wèn)題主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的高壓彎管部分，在作業(yè)過(guò)程中由于液力轉(zhuǎn)向和管道內(nèi)部的液體疊加會(huì)出現(xiàn)薄弱點(diǎn)位置，會(huì)出現(xiàn)突然產(chǎn)生失效問(wèn)題[1]。

其次，高壓管匯產(chǎn)生的各種斷裂爆裂等問(wèn)題，和產(chǎn)品的材質(zhì)有著直接的關(guān)聯(lián)。由于受到頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)工作所產(chǎn)生的影響，高壓管匯在國(guó)產(chǎn)化的發(fā)展進(jìn)程上相對(duì)較快。由于在管道材質(zhì)方面的差異性，管道材料的物理性能和化學(xué)性能也會(huì)存在一定的差異，其中主要包含了屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、沖擊力影響、夾雜物影響以及晶體顆粒度等。對(duì)比和分析國(guó)內(nèi)外高壓管匯，除了在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式上進(jìn)行提升以外，適當(dāng)?shù)脑黾覥u元素也可以提高合金結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及管道的韌性條件。通過(guò)添加Mo元素可以細(xì)化管道金屬材質(zhì)的顆粒性質(zhì)，進(jìn)一步提高鋼材料的受力條件，有效改善鋼材料的韌性。Mo和Cu等元素含量的增加，可以進(jìn)一步提高管道的抗疲勞性能，成為改進(jìn)管道產(chǎn)品性能以及提高管道使用安全的重要依據(jù)。

1.3 技術(shù)工藝影響因素

首先，工藝流程的布局方案或者高壓管道的連接方法存在問(wèn)題，造成施工作業(yè)過(guò)程中高壓管匯的減振吸收能力有所不足，流體對(duì)高壓管道的沖刷存在不均衡現(xiàn)象，很容易造成局部應(yīng)力集中，進(jìn)而造成比較嚴(yán)重的裂紋和刺漏現(xiàn)象。

其次，壓裂酸化施工過(guò)程中，泵送酸性介質(zhì)對(duì)高壓管道具有一定的腐蝕性效果。頁(yè)巖氣壓裂增產(chǎn)施工作業(yè)過(guò)程中，由于施工作業(yè)環(huán)境處于一種變化性狀態(tài)，因此在處于高壓和高溫條件下，也容易造成高壓管匯出現(xiàn)失效形成爆裂事故。

最后，在作業(yè)過(guò)程中泵注液體的總量快速上漲，高壓管道在工作過(guò)程中，受到高泵壓、大排量等作業(yè)因素影響，造成管匯的連續(xù)工作時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)沒(méi)有恢復(fù)期而達(dá)到管匯基礎(chǔ)材料疲勞極限，嚴(yán)重縮短管道的使用周期，造成高壓管匯出現(xiàn)失效和爆裂問(wèn)題。

1.4 管理方面因素

首先，是存在高壓管匯管理制度缺陷。比如：在管匯的檢測(cè)周期、產(chǎn)品采購(gòu)技術(shù)指標(biāo)等并沒(méi)有進(jìn)行實(shí)時(shí)性跟進(jìn)更新，同時(shí)對(duì)高壓管匯的管控風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)程度有所不足，出現(xiàn)管控工作死角問(wèn)題；其次，高壓管匯入場(chǎng)檢測(cè)工作沒(méi)有加以落實(shí)，管匯的周期檢測(cè)工作不到位；最后，由于受到頁(yè)巖氣低成本開(kāi)發(fā)工作所產(chǎn)生的影響，高壓管匯招標(biāo)采購(gòu)工作當(dāng)中更加偏重于價(jià)格控制方面，進(jìn)而忽略了施工安全和質(zhì)量要求[2]。

2 高壓管匯失效爆裂風(fēng)險(xiǎn)防控工作策略

2.1 全面提高管道材料產(chǎn)品質(zhì)量

要想有效預(yù)防高壓管匯出現(xiàn)失效和爆裂事故，必須要從管道的原材料質(zhì)量控制角度上著手，全面提高高壓管匯原材料采購(gòu)和質(zhì)量控制工作標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)有的管理標(biāo)準(zhǔn)體系下需要全面加強(qiáng)管道材料的質(zhì)量驗(yàn)收工作。與此同時(shí)，需要和我國(guó)國(guó)內(nèi)一些大型的生產(chǎn)廠家之間形成戰(zhàn)略合作發(fā)展關(guān)系，全面推動(dòng)產(chǎn)品用戶、科研基地、生產(chǎn)廠家等各單位之間的合作關(guān)系，進(jìn)一步提高高壓管匯的原材料生產(chǎn)工作質(zhì)量，需要從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)選材以及生產(chǎn)工作流程全面做好質(zhì)量控制工作，對(duì)管道產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行全面升級(jí)和改進(jìn)，充分保證管道可以更加適應(yīng)特殊的工作環(huán)境，有效避免出現(xiàn)管道爆裂事故。

2.2 制定出更加科學(xué)完善的高壓管匯管理工作制度

相關(guān)生產(chǎn)工作單位需要有效引入高壓管匯產(chǎn)品入庫(kù)之前的第三方質(zhì)量與安全檢測(cè)工作制度，縮短安全檢測(cè)工作周期，并且展開(kāi)高壓管匯加密監(jiān)測(cè)工作，要最大限度上預(yù)防一些不符合標(biāo)準(zhǔn)和要求的材料進(jìn)入到庫(kù)房，同時(shí)預(yù)防高壓管匯帶病運(yùn)行等工作情況，要有效明確高壓管匯的分級(jí)使用工作規(guī)范，進(jìn)一步加強(qiáng)井口到高壓分配器工作環(huán)節(jié)的管線彎頭管理，并且盡可能選用一些質(zhì)量更高的進(jìn)口零部件產(chǎn)品。設(shè)置高壓管匯安全工作壓力，要充分明確高壓管匯在工作過(guò)程中的極限工作壓力情況，并且根據(jù)高壓管匯的相關(guān)工作制度，有效控制高壓管匯出現(xiàn)失效暴力風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

2.3 實(shí)施更加專業(yè)化的高壓管匯管理工作制度

通過(guò)建立起專業(yè)化管理隊(duì)伍，有效實(shí)施高壓管匯入庫(kù)質(zhì)量檢查、集中化管理、科學(xué)配送、專業(yè)保養(yǎng)、質(zhì)量檢測(cè)、管匯材料疲勞恢復(fù)以及材料報(bào)廢判定等各項(xiàng)專業(yè)管理工作，記錄高壓管匯工作過(guò)程中的關(guān)鍵工況參數(shù)，并且和高壓件信息平臺(tái)之間展開(kāi)實(shí)時(shí)性信息記錄和服務(wù)，對(duì)建立起高壓管匯全生命周期內(nèi)的質(zhì)量管控和安全保障工作打下良好的基礎(chǔ)[3]。

2.4 通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)高壓管匯進(jìn)行管理

針對(duì)高壓管匯出現(xiàn)失效爆裂風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，通過(guò)采取更加先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效建立起高壓管匯RFID電子身份識(shí)別系統(tǒng)，并且對(duì)RFID軟件信息庫(kù)當(dāng)中的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步完善和改進(jìn)，對(duì)每一件高壓管匯進(jìn)行電子身份識(shí)別標(biāo)記，并且將芯片實(shí)施身份化管理。在工程施工現(xiàn)場(chǎng)，工作人員手持終端掃描儀設(shè)備和儀表車，對(duì)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和錄入，以此來(lái)有效保證高壓管匯數(shù)據(jù)收集的真實(shí)性和可靠性，并且在第一時(shí)間可以直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息將數(shù)據(jù)輸送到RFID軟件管理系統(tǒng)終端，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)庫(kù)的更新，有效防止沒(méi)有經(jīng)過(guò)身份驗(yàn)證，或者沒(méi)有經(jīng)過(guò)檢測(cè)的高壓管匯進(jìn)入到施工井當(dāng)中。通過(guò)設(shè)置出安全預(yù)警功能可以起到實(shí)時(shí)性的高壓管匯預(yù)警工作提示，從整個(gè)控制工作的關(guān)鍵點(diǎn)著手，進(jìn)一步強(qiáng)化和控制高壓管匯在工作過(guò)程中出現(xiàn)失效和各種風(fēng)險(xiǎn)隱患問(wèn)題。基于RFID電子身份識(shí)別系統(tǒng)，在高壓管匯的現(xiàn)場(chǎng)管理工作中，充分實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性收集跟蹤和預(yù)警處理。

2.5 對(duì)地面高壓管匯布局設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)

在高壓施工作業(yè)過(guò)程中由于高壓管匯內(nèi)部的液體流動(dòng)速率相對(duì)較快，因此會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)現(xiàn)象，并且這一問(wèn)題無(wú)法完全避免，頁(yè)巖氣壓裂施工過(guò)程中不斷優(yōu)化和改進(jìn)地面管匯連接工藝，充分做到高壓管匯的柔性連接工作，以此來(lái)進(jìn)一步降低應(yīng)力集中點(diǎn)和均衡流體的功能與效果，有效控制高壓管匯在工作過(guò)程中的振動(dòng)幅度，加強(qiáng)管道的吸能效果，以此來(lái)最大限度上減少或者是直接消除不安全載荷[4]。通過(guò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化定制帶鎖扣的高壓管道橡膠墊木，可以有效解決管道工作過(guò)程中，由于墊木變形和位置改變等問(wèn)題，造成高壓流體出現(xiàn)大幅度不規(guī)則性振動(dòng)現(xiàn)象，地面高壓管匯在主管線的接口位置設(shè)置單流閥。同時(shí)在泄壓工作環(huán)節(jié)當(dāng)中，通過(guò)增加機(jī)械爆破式安全閥，可以有效控制管匯工作過(guò)程中出現(xiàn)瞬時(shí)超壓?jiǎn)栴}所產(chǎn)生的影響，避免管匯產(chǎn)生爆裂風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)使用風(fēng)險(xiǎn)管理法和預(yù)防預(yù)警工作方法，全面強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和專業(yè)分級(jí)管理工作內(nèi)容，有效采取積極預(yù)防和被動(dòng)防護(hù)結(jié)合的方法，有效建立起整個(gè)生產(chǎn)工作周期的預(yù)防管理工作體系最大限度上避免高壓管會(huì)出現(xiàn)失效爆裂風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。