技术监督在水力压裂过程中的应用分析
2010-09-14王鲲鹏
王鲲鹏
长庆油田分公司 第八采油厂 (陕西 西安 710021)
技术监督在水力压裂过程中的应用分析
王鲲鹏
长庆油田分公司 第八采油厂 (陕西 西安 710021)
从压裂方案的设计与施工过程入手,针对各道工序的技术要点及控制关键,全面分析技术监督的重要意义和对施工质量的影响,以求提高作业质量,增加油水井措施效果。
方案设计 技术监督 水力压裂
油水井压裂是指在井筒中形成高压,迫使地层形成人工裂缝的施工过程。压裂通常是指水力压裂,应用水力传压原理,从地面泵入携带支撑剂的高压工作液,使地层形成并保持裂缝。人造填砂裂缝由于被支撑剂充填,其高导流能力相当于扩大了井筒半径,增加了泄流面积,大大降低了渗流阻力,改变了流体在井底附近地层的流动状况,使井的产量成倍提高,因而能大幅度提高油井产量和水井注入量,提高采油速度和水驱程度,缩短开采周期,降低采油成本。但是压裂措施不当,也会给油层带来伤害,伤害机理不仅涉及到储集层本身,而且会贯穿于单井生产乃至整个油藏的开发过程。通过加强压裂技术的全程监督,扬长避短,提高措施效果,对油气田的开发具有重要意义。
方案设计与技术监督
方案设计是实施压裂油水井改造措施的第一步,压裂地质方案、工艺和施工设计必须由具有资质的单位和人员编制,编制的工艺与施工设计应符合SY/T 5836-1993的规定。
1 地质方案
地质方案是施工实施的第一准绳,必须做到资料齐全,数据准确,要求达到七清,即:井史清;井身结构清;套管状况清;地层压力清;生产(或吸水)剖面清;作业目的和要求清;审批意见清。地质方案应通过优化,明确加砂量、砂比和排量等参数,加砂量直接决定着缝长,砂比和排量影响着缝宽和缝高,这些都受限于油层的岩性、储层的物性、夹层的厚度以及井间距等,过小会影响措施效果,过大可能会引起灾难性破坏。
2 工艺设计
工艺设计必须了解施工井的地质方案和具体要求,明确施工目的,根据地质方案优选压裂工艺,进一步细化压裂参数,明确施工程序。工艺设计必须满足地质方案要求和井下作业技术标准,工序要科学合理,施工参数要经过数值模拟科学计算,预计破裂压裂,选择压裂液,确定最小排量、各阶段支撑剂用量、砂比、压裂液用量,预测分析实施效果,优化选择最佳设计。
3 施工方案
施工方案是根据地质方案和工艺设计编制完成的一个具体实施细则,它要完全符合满足地质和工艺设计,实现压裂施工的具体实施,内容要涉及人员计划、时间计划、材料计划、设备计划、工用具计划、工序安排、安全措施、环保要求和生产组织等。它是作业队伍现场实施的指导书,要求工序在能满足施工要求的条件下,要求井下管柱越简单越好,能用简单管柱解决的问题,不采用复杂的管柱结构解决。
4 技术监督
监督人员应注意核查方案设计的审批程序,严格杜绝设计不全或未审批的方案施工,查看工艺与施工设计的工序合理性及健康、安全、环境保护措施等,发现设计有缺陷时,必须及时向设计部门申报,提出修改意见,从源头上确保措施质量。
施工准备与技术监督
施工准备是保证作业质量的一道重要工序,是提高措施效果的一个重要环节,也是技术监督的一项重要内容。施工准备主要包括:压裂配液及材料、设备及辅助设施、井下工具的准备、地面流程管汇的准备等。
1 压裂配液及材料
压裂液的主要功能是传递能量,使油层张开形成裂缝并输送支撑剂的,它的性能对于能否造出一条足够尺寸并有足够导流能力的填砂裂缝是密切相关的。压裂液的各项技术指标应符合SY/T 6376-1998要求,要严格按照设计的化学药品规格型号配足配够。支撑剂是用来支持裂缝,阻止裂缝重新闭合一种固体颗粒,它的规格型号和数量对于压裂施工同样重要,一定要按照设计准备,确保各项性能指标达到要求。
2 设备及辅助设施
压裂设备主要包括压裂车、混砂车、仪表车和管汇车等,它们是一个整体系统,是压裂过程中能量的发源地,因此要求它们的性能参数必须协调一致,相互匹配。辅助设施主要包括压裂井口、压裂管汇、投球器、活动弯头、井口控制器、各类闸门及连接管线等。为了保证压裂的顺利进行,所有的设备装置与流程管汇的承压能力均要求达到施工压力上限要求,所有控制闸门必须灵活好用,开关自如[1]。
3 井下管柱及工具
常用井下管柱可以分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱,主要由压裂油管、封隔器、喷砂器、水力锚等组成,井下工具的选择要根据设计要求选择,满足各项性能指标。按照设计组配压裂管柱,计算卡点深度,在丈量和组配过程中要考虑油管因温度效应、活塞效应、膨胀效应、弯曲效应引起的长度变化;一般要求最下一级封隔器以下的尾管长度不小于8m,压裂管柱底端距砂面或人工井底不少于15m。
4 压前作业准备
压前作业是为保障压裂施工顺利进行的准备,主要内容包括起原井管柱、通洗井、探砂面、冲砂、压裂层预处理、下压裂管柱等,这些工序必须按照设计方案根据作业。压裂施工前要严格控制压井作业,如需压井作业,应按规定履行审批手续;对新井射孔前已压井的及确定井内有污染物的井压裂前要进行替喷作业,替净井内的压井液及污染物,所用清水量要求大于井筒容积的2.5倍以上,替喷时要求一次完成,不得间断。
5 技术监督
压裂施工所用的材料、工具性能检测必须由具有资质的单位完成和提供。依据设计核查施工单位所使用的工具、材料的生产合格证、型号和数量,必要时可以对其性能提出复检要求。按照设计深度核实施工管柱结构和深度等。依据设计核查施工井口、油管及地面管线承压能力并检查加固措施,检查施工现场相应的健康、安全、环保要求的落实情况。
压裂施工与技术监督
压裂施工一般包括循环、试压、试挤、压裂、加砂、替挤和活动管柱,特殊情况下需要加入酸处理、小型压裂测试、压后压降监测等工序。压裂过程中要执行国家标准、行业标准及企业技术标准的要求,确保各道工序施工质量。
1 循环
循环的目的是鉴定各种设备的性能,检查地面循环管线是否畅通,各种泵上水情况是否良好,同时通过循环可以使罐内的压裂液得到搅拌,以达到温度和黏度的均匀。循环时要求压裂泵机组排挡由小到大,逐台车循环一次,循环时单车泵的排量不低于1.0m3/min,时间不少于30s;循环的标准是以循环至出口排液正常为合格,在冬季施工时可根据具体情况延长循环时间。
2 试压
试压的目的是检查井口总闸门以上的设备、井口、地面连接管线能否承受高压作用。试验压力为预测泵压的1.2~1.5倍,压力上升后稳压5min,各承压部件不刺不漏,压力不下降为合格。试压时,压裂泵应缓慢地提压,以防试压设备、管线及井口等因强度不够或固定不牢而造成事故[2]。
3 试挤
试挤的目的是检查井下管柱、井下工具工作是否正常,下井管柱下入位置是否正确,估计最高破裂压力和掌握油层吸水指数。地面试压合格后,打开总闸门,关闭循环放空闸门,逐台启动压裂车,按照施工设计规定的试挤排量将压裂液试挤入地层,压力由低到高至稳定为止。如果试挤压力和排量能够稳定在设计规定范围内,则证明预压层的吸水能力能够满足施工要求。
4 压裂
试挤正常后,逐台启动压裂车。很快加大排量,使井底压力迅速上升,直到使油层压开裂缝。此时不能急于加砂,还要继续用几分钟的时间以高压、大排量往井中泵入前置液,使裂缝延伸,如果排量小,裂缝就不能延伸。压裂时可以通过设备工作状况和压力曲线来判断裂缝是否形成。当工作压力达到管柱承受最高压力仍无法压开形成裂缝时,应立即停泵,打开放空闸门放空,进行分析原因,再定下步措施。
5 加砂
油层裂缝形成,泵压及排量稳定后便可加砂。加砂时要严格按照设计要求控制好分段砂比,砂比要逐渐加大,加砂要均匀;加砂过程要始终保持压裂设备处于良好工作状态,不能中途停泵,要保持加砂的连续性;加砂压力要平稳,最高工作压力不能超过管柱的最高承压能力,加砂排量按照设计要求进行,保持稳定,不准随意升降。
6 替挤
设计砂量加完或者因为某种特殊原因,决定停止加砂时,立即泵入顶替液,将携砂液替挤到油层裂缝中去。替挤液量要适当,应等于油管串内容积、高压管线和混砂罐内液面以下容积的总和。量多会把砂推向裂缝远处,造成井壁附近裂缝闭合,达不到预期要求,影响压裂效果,量少会使砂沉于井底,可能造成砂卡事故。
7 关井扩散压力
压裂施工完后,要关闭所有井口进出口闸门,等待压裂液的破胶、滤失及裂缝的闭合,防止支撑剂随着高黏液体返出裂缝,造成裂缝部分闭合,影响措施效果。扩散时间应严格按照设计要求,不能少于压裂液破胶时间。
8 活动管柱
活动管柱时,负荷不能超过井内管柱悬重的200kN,上提速度控制在0.5m/min以内,活动行程不小于5m。要达到管柱提放自如,管柱悬重拉力显示正常。以上工序全部完成后,关井、拆除管线及有关设备,压裂施工结束。
9 技术监督
依据设计要求对井口及管线试压,确认设备正常后启动验封试挤,待确认管柱正常后开始压裂。压裂施工中要有完整的压裂曲线,实时监测施工中压力、排量、砂比等施工参数;压裂后替挤量和关井扩散压力时间要严格按照设计执行,压裂液的返排要定时观察,了解压裂液破胶水化情况。施工过程要严格执行HSE规定,严禁在井场附近随意排放废水废液。
监督验收与评价
施工结束应对施工设计及工艺设计的合理性、施工准备情况、液体质量、设备能力、泵注程序记录、施工参数控制及曲线齐全准确性、事故处理能力做一验收评价。有下列情况之一的施工质量可以确认不合格。施工曲线记录不全;砂比变化大于设计要求的10%;进入目的层砂量探井小于设计要求的90%,生产井小于设计要求的95%;过量顶替;有重大人员伤亡、工程事故及环境污染之一者。
结论与认识
(1)技术监督是压裂过程中一个非常重要的环节,监督人员的专业技术水平和协调处理能力直接影响着油水井措施的质量和效果。
(2)监督不仅仅局限于作业现场的监督,还涵盖于压裂的整个过程,它有利于方案设计的完善和有效地实施,保障了施工规范和技术标准的执行。
(3)技术监督有利于控制生产成本,降低施工周期,避免工程事故,确保安全生产。提高施工质量 ,保证措施效果,增加经济效益。
[1]吴奇.井下作业监督[M].2版.北京:石油工业出版社,2003.
[2]李健.压裂工艺现场施工的质量控制措施[J].石油工业技术监督,2008,24(9):28-30.
The paper firstly discusses the design of fracturing plan and the construction process.Then,according to the technical points and controlling keys of every working procedure,an overall analysis focuses on the significance of technology supervision and its influence on construction quality in order to improve the operation quality and increase the effect of oil-water well measures.
planning design;technology supervision;hydraulic fracturing
王鲲鹏(1976-),男,工程师,主要从事油气田开发工作。
2010-07-22