压裂工艺

第三章压裂施工与设备第一节压裂施工概述1、压裂施工的准备工作⑴数据资料压裂施工前需具有有关井数据资料，压前的破裂压力试验数据和压裂设计指导书。

有关井的数据资料应包括管柱和井口设备的尺寸大小和额定压力值，套管和地层的隔离情况，地层及其上下遮挡层情况。

了解裂缝高度的遮挡层以及附近水层和漏层的位置，射开的孔眼数和孔眼的大小等。

破裂压裂试验可在正式压裂施工前进行。

根据破裂压裂试验的数据，特别是原先估计的裂缝高度如有变化，或根据压力压降曲线而得到更准确的液体滤失系数时，可能会修改压裂施工设计。

修改过的最后设计应包括排量施工表、预期的井口压力、总液量、添加剂和支撑剂浓度等。

图2-3-1常规施工泵入装置简图⑵施工设备摆放现场施工设备必须按标准摆放，以利于协调指挥和管理。

见图2-3-1。

⑶施工前检查施工前要检查施工要求配备的物品，确保其质量和数量和性能。

井场准备情况检查。

主要考虑是否有足够大的场地并方便施工车辆进出。

它对施工进展、施工质量及安全都很重要。

设备准备情况检查。

要求施工设备使用状态良好，能完成现场施工，现场还必须备有足够的易损件。

压裂材料检查。

主要是指压裂液和支撑剂的检查。

检查压裂液细菌污染情况及胶凝物的水化和交联性能，这些可简单通过检查储罐的清洁程度、配液时间、环境温度、液体颜色、气味等来确定。

必要时，可对每一罐压裂液进行小规模交联和混合试验。

对支撑剂要确认其型号，检查其杂志含量等。

2、实施压裂施工⑴设备运转情况检查关闭井口阀门，对所有的施工管线进行最高限压试验。

在最高限压下，压力稳定至少一分钟，系统设备没有渗漏，就说明设备和注入系统合格，可以进行施工，否则必须进行紧固或更换相关部件。

⑵施工监测注入排量和加砂量是监测的主要内容，排量不仅决定施工用液的总量，也影响施工质量。

用涡轮流量计可在压裂监测装置上提供直观的记录，可用一实际排量来进行标定。

也可通过计数泵的冲程次数，并已知每一冲次的容量，来校验液体排量，但有一定误差，较精确地确定注入排量的方法是从压裂液罐内计量泵入液体的体积和泵入时间，这三种方法都应使用，将这三种方法分别测得的结果进行互相校核，以便尽可能确切地得出实际排量。

加砂量的测量同样也是较困难的，整个施工过程中测量误差也可能导致施工结论本质上的差别。

加砂也可用几种方法进行测量，所有方法应相互配合能使误差最小。

监测支撑剂用量的最可靠方法就是测量支撑剂罐，在施工期间，应按预先设计的加砂程序表，确定各个不同施工阶段用完一罐支撑剂的时间。

多数搅拌器都装备有螺旋推进器，用以控制向压裂液中添加支撑剂的速率。

螺旋推进器每旋转一周，就输送一定量的支撑剂，然而对于不同的搅拌器，螺旋推进器每旋转一周输送量是不同的，因此，要对每一台搅拌器必须进行标定，以确定不同注入排量下，输送正确的支撑剂量时所需要的转速。

可用放射性密度计监测支撑剂浓度，而且非常有效，特别是在浓度突然变化时。

这种密度计需对照施工期间总的砂量来进行标定，以便更有效地监测整个施工过程。

⑶压力波动在压裂施工期间，正确推断引起施工压力波动原因是非常重要的。

有四种引起压力波动的原因，即力学问题、胶体性能变化、支撑剂浓度的改变和地层响应。

引起施工压力异常的最常见的力学问题是压裂液通过射孔孔眼时受到限制。

当某些孔眼不能流过流体时，则其余孔眼上的流量就会增加，因而造成高的压力降落，使地面的施工压力比预料的要高。

可能会迫使改变施工程序。

如果地面的施工压力比预料的高，可用瞬时停泵压力来检验井底压力，以便确定预计的井底压力是否正确。

已知泵入排量和施工管路的摩擦阻力，就可计算出畅通的孔眼数，当某些孔眼被堵塞，或者是孔眼没有同裂缝相连通，或是孔眼直径比预计的要小时，则计算出的畅通孔眼数就可能少于实际射孔数。

•在继续进行压裂施工之前，可能需要进行酸化处理疏通孔眼。

当压力升高或降低，很难分辨是由于地层裂缝引起的还是由于胶液的性能引起的。

当压力变化的时间与液体通过油管或套管所需要的时间相一致时，则可能液体性能是引起压力波动的原因。

其它的压力变化应考虑可能是由于裂缝的几何形状或动态特性引起的。

如果确定了压力波动与液体性能有关，则应考虑以下原因：由于难以使支撑剂浓度保持稳定，就会因为静水柱压力的升高或降低而引起压力波动，压裂液浓度的变化也会引起压力的变化。

增稠剂混合不均匀，会在压裂液储罐内形成不同浓度分层，这样有时会造成在一罐液体将要用完时引起压力升高，而在开始使用另一满罐液时引起压力降低，均匀的混合将减少这种影响。

改变支撑剂的浓度时，将同样影响压力变化。

随着注入排量的增加，压力波动会加剧，这主要是由于摩阻的关系。

当低注入排量时，可能不会发现与胶液性能有关的问题。

由地层裂缝性能引起的大的压力变化通常会造成裂缝穿出油层或脱砂，当压力突然增加时脱砂通常发生在近井筒附近，其原因可能是错误地泵入了非常高的砂比，或因胶联不好造成胶液粘度降低，或者是孔眼受到限制等，这种情况几乎没有任何先兆，•所能采取的补救措施也很少。

在施工中，由于液体或支撑剂混合不均匀而造成过早脱砂时，只能修改压裂设计。

采取折衷方案，对井进行返排，使堵塞的孔眼打开。

距离井筒有一定距离的地方，会发生另一种类型的脱砂，这种压力上升在开始是逐渐的增加。

然后随着裂缝充满支撑剂压力上升速度急剧加快，地面施工压力有明显上升趋势。

此时，可能会有一个或几个压力上升尖峰，这种现象通常出现在压力陡增之前。

在距离井筒一定距离的这种类型脱砂，有时是施工设计所期望的。

如为提高裂缝的导流能力，限制裂缝长度延伸，形成短宽缝。

在一个区域内多次压裂施工积累的经验，可为判断是否出现脱砂提供参考依据，当出现不希望的脱砂，可及时从管柱内将支撑剂反洗出来。

⑷施工期间的取样通过取样管汇，周期性地进行取样（每隔５分钟），以便监测含砂液的含砂浓度，监视胶液的变质情况。

样品支撑剂浓度的反常变化将表明支撑剂搅拌或输送出了问题，随着胶联液体的泵入，要检查每个罐的胶联时间。

大约十分钟一次。

每个罐至少检查两次，即在每罐开始使用和快要用完时检查。

⑸最后冲洗将最后最大支撑剂浓度的液体泵入，随即干净的泵入适量的清洁顶替液，这一转换过程是重要的。

从地面管线到射孔顶部以上的油管中的支撑剂应被顶替，考虑到管径变化和流量测量误差，可将顶替高度缩短15～30m，•同时要确保井底有足够长的口袋（鼠洞），以便在注液停止后，井筒中的剩余支撑剂能落在底部射孔以下位置。

顶替的关键是要保证最终含砂浓度达到设计要求，并将最后阶段的支撑剂放置在靠近井筒的裂缝中，过份替挤可能会使近井筒裂缝中支撑剂很少或没有，当裂缝闭合时，裂缝导流能力会显著下降，影响压裂效果。

同样替不足，射孔段会被支撑剂部分或全部填充，影响排液能力而影响压裂效果。

⑹裂缝闭合和液体返排压裂结束，要关井一段时间。

关井时间长短取决于最后泵入胶液的破胶时间和裂缝闭合时间。

在进行返排以前，需满足这两个时间，对于胶液应在近似于井下温度剖面的情况下进行破胶试验，确定压裂液在地层温度下破胶时间。

当压裂液破胶时，进行返排才安全。

过早地对没有破胶的胶液进行返排，可能会将井筒附近裂缝中的支撑剂携带出来，从而造成井筒附近裂缝的导流能力降低，而在井筒附近最需高导流能力，在给定地层、井深和区块内，有关胶液系统和压裂施工后返排工作的现场经验可提供有意义的帮助。

返排工作应按设计所确定的排量对井进行返排，防止从裂缝中排出油气。

另外要注意破胶不充分的胶液从井筒中带出支撑剂，将会造成严重的磨损。

在返排期间，要使井口上的油管/套管环空阀门稍微打开，•这样，当返排液体加热环空中的液体时，阀门可以泄压。

如果环空阀门关闭，由于温度上升，会造成环空压力上升，从而可能会造成油管挤扁或套管破裂。

⑺施工总结报告压裂施工结束后，要填写有关质量控制和检查报告，记录有关现场不同设备的操作运行情况及监测压裂液和支撑剂性能和一般施工过程的数据。

压裂施工工艺流程为：循环→试挤→压裂→加砂→替挤→扩散压力→施工结束压裂施工时液体的流动过程是：液罐→混砂车→泵车→管汇→井口→管柱→过喷砂器→油套环空→过炮眼→地层。

4、压裂作业施工工序及要求⑴抽油机井油层压裂主要施工工序：①抬井口，装井口控制器，起抽油杆，倒油管挂，下加深油管探砂面，起出原井管柱。

②按指导书要求下入压裂管柱。

③地面管线试压，泵压40Mpa（普通）、45Mpa（小井眼）、55Mpa（外围及内部高压管柱），不刺不漏为合格。

④压裂：按各层压裂施工工序表完成各层段压裂。

⑤压裂后或上提管柱前，关井扩散压力40min。

⑥探砂面，起出压裂管柱。

⑦下完井管柱：执行采油厂完井设计。

⑵施工要求①地面管线和井下管柱必须用φ62mmN-80外加厚油管，装好井口控制器，保证管线和井口密封，不刺不漏。

地面管线、井口装置等要承压40MPa。

（外围要求承压55MPa）②严格执行压裂施工技术标准及操作规程，严格按设计施工。

③封隔器下入后，套管必须灌满清水以保护封隔器。

（外围用0.5%浓度的BCS-851水溶液）。

④压裂后套管不许放喷，以防砂卡。

⑤注意文明施工与安全生产：施工过程中，非工作人员禁止进入施工现场。

⑥注意环境保护：严格按国家环境保护法执行。

⑦砂柱高度要求在射孔底界以下15m，否则下冲砂管柱冲砂。

部分外围井要求压后冲砂至人工井底。

⑧需刮蜡、洗井的：下刮蜡管柱：φ54mm工作筒，φ118mm刮蜡器，深度至射孔底界下10m，用45℃热水洗井，水量为井筒容积的2.5倍。

5、压裂施工中的异常情况及处理措施1）压不开是指压裂施工中，在最高允许压力下，反复多次憋放，地层无注入量、无破裂显示的异常施工现象。

其原因有：地层岩石致密破裂压力异常、近井地层污染严重、新井泥浆替喷不彻底，堵塞射孔炮眼、喷砂器凡尔打不开、射孔质量不高，目的层未完全射开、施工管柱深度差错，使封隔器卡在未射孔井段、管柱堵塞等。

现场处理措施选择次序一般是：⑴磁性定位校验卡点深度。

深度无差错则挤酸处理目的层，降低地层破裂压力及解除近井污染后再压裂。

⑵深度若有差错，则调整准确后再压裂。

⑶磁性定位测井时，根据下井仪器的遇阻深度判断管柱是否堵塞。

有堵塞则起出管柱，通油管后重下压裂管柱再压裂。

⑷管柱无堵塞且深度准确，仍压不开则起出压裂管柱，检查喷砂器凡尔是否卡死，凡尔卡死则换喷砂器等工具，重下压裂管柱再压裂。

⑸如深度准确、无堵塞、喷砂器均正常，则与采油厂协商，进行扩层、改层压裂，或放弃对该层压裂。

2）压窜是指压裂施工中，压裂液由某一异常通道①返至第一级封隔器以上油套环空，使地面套压持续升高②返至最下一级封隔器以下油套环空，使管柱上顶的异常施工现象。

其原因分两大类，一是管外窜槽，二是管柱问题。

管外窜槽有：地层窜槽、水泥环窜槽；管柱问题有：封隔器不坐封、封隔器胶筒破裂、油管破裂、油管接箍短脱、管柱深度差错等。