壓裂砂堵問(wèn)題分析及對(duì)策研究.pdf

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1、壓裂砂堵問(wèn)題分析及對(duì)策研究張慎(中石化華北石油工程有限公司井下作業(yè)分公司，河南鄭州450042)在壓裂施工作業(yè)中，由于受地質(zhì)狀況復(fù)雜或者其他不確定性因素的影響，砂堵已經(jīng)成為一種多發(fā)的施工質(zhì)量問(wèn)題。砂堵的后果不僅直接導(dǎo)致壓裂液等物質(zhì)材料的嚴(yán)重浪費(fèi)，成本代價(jià)極高。砂堵形成高壓會(huì)損壞設(shè)備及管線，擾亂正常施工流程，破壞地層滲流狀況，造成壓裂施工失敗。本文對(duì)于砂堵的形成誘因進(jìn)行歸納分析，并結(jié)合問(wèn)題原因，擬定出了解決策略，為避免砂堵質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生，提高施工效率和作業(yè)質(zhì)量提供了幫助。1常見(jiàn)砂堵問(wèn)題及原因如何有效避免砂堵問(wèn)題是壓裂設(shè)

2、計(jì)和施工作業(yè)中極為復(fù)雜的難題。要想剖析砂堵的原因機(jī)理，需要綜合考慮地層地質(zhì)、施工設(shè)計(jì)、裝備設(shè)施、工藝流程、入井材料、隊(duì)伍素質(zhì)等多種因子。其中常見(jiàn)問(wèn)題及原因如下：(1)裂縫問(wèn)題。天然裂縫和孔洞網(wǎng)絡(luò)是壓裂液濾失的常見(jiàn)病。通常情況下，無(wú)需立即采取降濾失措施；但是，天然裂縫滲透性強(qiáng)，尤其是在受壓后，裂縫迅速?gòu)堥_(kāi)，加劇濾失現(xiàn)象，形成不可控的局面；同時(shí)由于高砂比混砂液無(wú)法進(jìn)入裂縫，容易導(dǎo)致加砂初期砂堵。多條水力裂縫是壓裂施工中的另一重大難題。這種現(xiàn)象往往引發(fā)壓裂液的嚴(yán)重漏失，主裂縫造縫的流量迅速降低，造成主裂縫動(dòng)態(tài)縫寬變小，增加

3、砂堵的風(fēng)險(xiǎn)。水力壓裂形成的裂縫與最小主應(yīng)力方向相垂直，由于井斜或射孔方位的影響，水力裂縫可能是非平面的或“s”型縫，裂縫彎曲造成近井筒摩阻增加，導(dǎo)致支撐劑橋塞或脫砂，使得每條裂縫縫寬都非常窄，裂縫變短，縫內(nèi)凈壓力上升，提高了壓裂施工壓力，形成脫砂。(2)壓裂液?jiǎn)栴}。壓裂施工難度大，由于水平井段較長(zhǎng)，采用預(yù)置管住分段壓裂的段數(shù)增加，投球基數(shù)增大，壓裂施工的難度和風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加。在此背景下，加上壓裂液的抗剪切性能差，壓裂液摩阻也隨之增高，是泵壓升高，排量降低，壓裂液在裂縫內(nèi)流動(dòng)時(shí)受溫度和剪切作用的有效粘度下降快，懸砂性能

4、差，導(dǎo)致大量的支撐劑在縫口附近很快沉降堆積，裂縫過(guò)流面窄，限制裂縫的形成和延伸，容易引起砂堵，甚至?xí)茐脑O(shè)備。(3)壓裂規(guī)模問(wèn)題。砂堵容易受壓裂規(guī)模影響，依據(jù)儲(chǔ)層物性和裂縫發(fā)育狀況而定。對(duì)于天然裂縫發(fā)育的儲(chǔ)層，由于儲(chǔ)層滲流能力強(qiáng)，采用不壓裂或小規(guī)模解堵性壓裂，而在現(xiàn)實(shí)施工過(guò)程中壓裂段間距選擇在80～120m，因此壓裂規(guī)模過(guò)大也是砂堵問(wèn)題的一個(gè)誘因。(4)其他常見(jiàn)問(wèn)題。除了裂縫問(wèn)題和壓裂液?jiǎn)栴}，砂堵問(wèn)題的引起原因還包括加砂不平穩(wěn)、回流未關(guān)到位、砂子中雜物堵、射孔或地層、井下工具損壞導(dǎo)致分流等其他多種情況，不穩(wěn)定誘發(fā)因素

5、極多。2斜井壓裂特點(diǎn)及砂堵分析對(duì)于斜井而言，井筒通常與地層最大主應(yīng)力方向不一致，水力壓裂形成的人造裂縫垂直于地層的最小主應(yīng)力方向，裂縫從井筒起始處的情況變得較為復(fù)雜。在這種情況下，裂縫不可能是一個(gè)簡(jiǎn)單的單一平面裂縫，可能導(dǎo)致靠近井筒的裂縫起始處為多裂縫，或使得裂縫扭轉(zhuǎn)并改變方向，最后在遠(yuǎn)處與最小水平應(yīng)力方向相垂直。由于方位位置的影響，井筒附近的裂縫通常不會(huì)隨著井筒的裂縫延伸的方向而進(jìn)行延伸，會(huì)發(fā)生改變，在大斜度井壓裂中普遍存在著裂縫彎曲現(xiàn)象，由于井斜方位與遠(yuǎn)處裂縫延伸方向不一致，隨著裂縫縫高的增長(zhǎng)，在起裂點(diǎn)的上下都將

6、出現(xiàn)裂縫的拐彎。井筒方向與裂縫方位不符，壓裂初始裂縫從多個(gè)射孔處起裂，形成多裂縫．力口上射孔相位及地層存在的天然微裂縫，斜井壓裂在近井筒處形成多裂縫是普遍存在的情況。只有井筒方向與裂縫面一致時(shí)，各起裂點(diǎn)會(huì)在壓裂過(guò)程中溝通合并形成單一的裂縫。3問(wèn)題解決對(duì)策(1)優(yōu)化施工設(shè)計(jì)，超前謀劃布局。在射孔井段盡量避免同時(shí)射開(kāi)砂、泥巖互層段，以避免造成多裂縫的形成。壓裂施工的壓力穩(wěn)定區(qū)域是需要引起高度關(guān)注的，要有合理的布局安排，提前采取提高排量防止進(jìn)入“臨界壓力”區(qū)域。在多裂縫頻發(fā)的地段，可以考慮在前置液中改進(jìn)工藝技術(shù)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)

7、新，提高壓裂液粘度，來(lái)進(jìn)一步以縮短施工時(shí)間，從而提高施工效率、盡可能避免多裂縫事故發(fā)生。(2)完善細(xì)節(jié)控制，精益施工組織。結(jié)合地層實(shí)際情況，實(shí)行“一井一策”的壓裂精細(xì)管理模式。制作一井一策分析模板，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的知識(shí)技能，讓普通員工了解“一井一策”運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，著實(shí)掌握砂堵問(wèn)題中應(yīng)具備的研判技巧和能力。(3)加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)、創(chuàng)新技術(shù)引領(lǐng)。對(duì)地層漏失嚴(yán)重、井下復(fù)雜情況多、鉆井周期長(zhǎng)等突出問(wèn)題，成立多專(zhuān)業(yè)聯(lián)合攻關(guān)小組，統(tǒng)計(jì)分析資料，經(jīng)行現(xiàn)場(chǎng)堵漏試驗(yàn)，提升對(duì)地層漏失機(jī)理的認(rèn)識(shí)，研發(fā)“可控膨脹堵漏劑”，不斷完善堵漏工藝技

8、術(shù)，定點(diǎn)堵漏效果持續(xù)完善堵漏工藝流程。(4)嚴(yán)格質(zhì)量管控，健全管理機(jī)制。要加大質(zhì)量管控體系的構(gòu)建，通過(guò)完善質(zhì)量體系制度上進(jìn)行嚴(yán)格把控，對(duì)于質(zhì)量監(jiān)督人員實(shí)行多角度、多專(zhuān)業(yè)、多方位的培訓(xùn)與考核，切實(shí)保證壓裂施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)不留死角。(5)落實(shí)崗位責(zé)任，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督。強(qiáng)化各級(jí)責(zé)任落實(shí)，加強(qiáng)過(guò)程管控力度，嚴(yán)格安全問(wèn)責(zé)，固化基本功訓(xùn)練，提高施工操作人員的