压裂作业质量控制方法应用及创新

2013-04-08卢继平俞克东尤晓东刘晓宏

石油工业技术监督 2013年1期

卢继平俞克东尤晓东刘晓宏

中国石油长庆油田分公司第一采油厂（陕西延安 716000）

长庆油田公司第一采油厂安塞油田主力油藏长6层属典型的低渗致密砂岩，具低渗、低压、低产特性，常规钻井后“口口有油、口口不流”，必须通过压裂改造才能获得工业油流。在油田开发过程中，也要通过压裂改造充分发挥油层生产潜能。每年老井压裂措施工作量占到采油厂全年措施工作量的三分之一，增产油量占到全年各类措施增油量的一半以上，是老井挖潜最主要、最得力的措施之一。因此，压裂作业施工质量控制和监督就显得尤为重要。

1 压裂作业施工质量影响因素

压裂作业是多工序、多设备、多工种互相衔接联合作业的大型施工，各种工序相互衔接，连续进行。压裂作业具有协同单位多、作业周期长、作业工序多、化工用料多、设备工艺复杂等特性，其质量监督及控制也呈现出时间上的持久性、空间上的多样性、管理上的不确定性，这些都对压裂作业质量监督和控制提出了挑战。

1.1 协同单位多

参与压裂作业单位有采油厂、试油队、压裂队、技术服务队等，其中后3家均是市场化队伍，也是压裂作业施工的直接实施者。市场化队伍在设备配置、人员培训、队伍管理、质量制度建设等方面标准较低，设备性能、人员素质、现场管理水平等就得不到保证。同时，市场化作业队伍之间存在质量控制环节缺乏沟通、协同配合不密切、工作标准不高等问题，这些增加了质量管理上的不确定性。

1.2 作业周期长

压裂作业施工周期一般在8天左右，有时长达15天以上。长久的作业周期会导致人员心理懈怠、设备状态变化、材料特性改变等，这些都会对压裂作业施工整个过程中某个质量环节产生影响，增加了整个作业过程中的质量风险。

1.2.1 人员心理懈怠

长时间高强度重复枯燥作业会使作业人员产生心理厌倦和身体疲劳，出现消极懈怠现象，导致操作变形、质量标准降低，甚至产生偷减工序行为，如不及时纠正和改进，就会使整个压裂作业工程稳定性变差。

1.2.2 设备状态变化

压裂作业设备长时间运转，会产生机械磨损和疲劳，导致设备运转失常，作业参数达不到要求，甚至发生质量事故，如通井机提升系统钢丝绳断裂就会造成施工油管落井，液压钳牙块磨损会造成油管外表剥皮、扭矩达不到要求等，这些都会直接影响到作业质量。

1.2.3 材料特性改变

压裂作业施工过程用到的材料、化工料储存周期延长，存放环境恶劣，会使材料、化工料性能发生改变，达不到应有的质量特性。如封隔器下井时间过长，会导致密封件膨胀变形、腐蚀，导致座封性能变差；压裂液存放时间过长，会导致压裂液变性损坏，使携砂能力变差。使用这些质量特性发生改变的材料、化工料，会使作业过程无法进行，达不到预期的施工目的，甚至会产生严重的工程质量事故。

1.3 作业工序多

压裂作业从施工准备、井筒作业，到压裂施工、抽汲作业，最后到下泵完井，作业工序多达十几道，这些工序依次递进、相互衔接。某些施工工序还包含有更细小的工序，如压裂施工就包含有配液、循环、试压、试挤、压裂、加砂、顶替、关井扩散、控制放喷、循环返洗等多道工序，特殊情况下需要加入酸预处理、压后压降监测等工序，这些细小的工序更有特定的质量标准要求，包括操作规程、参数调整、资料录取、特殊情况处理等。一旦某道作业工序质量达不到要求，会使作业过程在某个阶段无法继续进行，甚至会影响到整个工程质量。

1.4 化工用料繁多

压裂作业用化工料种类多达十几种，这些化工料均由市场化作业队伍、技术服务方自行采购、提供，进货渠道繁多，厂家“五花八门”；加上现场检验、检测手段局限，各类化工料数量、质量的核实和检测难度增大，无形中会给整个压裂作业施工带来质量隐患。

1.5 设备工艺复杂

除压裂作业用到通井机、水泥车、锅炉车外，压裂施工用到的设备有压裂车、混砂车、运砂车、仪表车、平衡车及管汇车等，这些众多设备性能和工况对压裂作业质量直接产生影响。同时，为了提高压裂效果，需要采取不同的压裂工艺如双封选压、暂堵压裂、缝内转向压裂、裂缝预处理压裂等，这些复杂工艺应用对作业队伍技术水平要求更高。

2 压裂作业质量控制方法

鉴于市场化队伍自我质量管理局限，第一采油厂在压裂作业施工全过程中采取更多的措施来规范、约束市场化队伍的质量行为，逐步树立市场化队伍自觉、自愿的质量服务意识，促进压裂作业工程质量逐步提升。

2.1 队伍开工验收

作业队、压裂队、技术服务队是完成压裂作业施工任务的具体实施者，是实现压裂作业施工质量目标的基础。队伍开工验收就是资质审查，所有队伍都包括设备配置、人员构成、制度建设等基本要素，都应满足压裂作业质量特性要求。

2.1.1 设备配置

包括作业基本设备、附属设备和安全防护设备，如试油队的基本设备为通井机，附属设备包括吊卡、钢丝绳、工具油管等，安全防护设备包括有毒有害气体检测仪、正压呼吸器、各种消防器材等。这些设备均必须满足规定的使用年限，并有检修、检验合格证，且设备数量、设备工作参数等质量性能必须满足现场施工要求。

2.1.2 人员构成

所有作业人员必须具有满足现场作业的身体条件，具有一定的文化程度，具有过相关专业知识学习培训和从事过相关工作的经历。特殊作业人员如司钻等必须经培训并取得操作合格证，现场管理人员及关键岗位人员必须参加长庆油田的井控知识培训，并取得井控培训合格证。人员数量应满足连续作业时倒班需要，不至于作业时人员疲劳。

2.1.3 制度建设

市场化队伍应有完整的质量管理机构和制度，配备常规的井下作业技术标准和操作规程。应建立质量教育学习和培训制度、工序质量检验制度、质量分析回访制度、资料管理制度、质量责任追究制度等，并将这些制度切实落实到每一道工序、每一个岗位、每一个人，使压裂作业整个过程工程质量处于受控状态。

2.2 作业过程工序质量确认

作业过程工序质量确认是压裂作业质量管理和控制的核心，而工序质量确认是由采油厂现场监督人员来实现的。由于压裂作业具有工序种类多、时间长、专业性强、工艺复杂等特点，加上野外施工点多、线长、面广、道路复杂等，单靠采油厂某一组织、某一人无法实现压裂作业施工全过程质量监督，需要整合各单位监督力量，分工负责、团结协作、优质高效地完成压裂作业工序质量监督。

2.2.1 工序质量确认流程

根据油田生产特点、地域特点及监督队伍现状，第一采油厂将压裂作业工序质量监督体系分为3个层面:井区级起下泵工序质量监督、作业区级井筒准备工序质量监督、厂级压裂施工过程质量监督。

2.2.2 工序质量确认原则

加强压裂作业施工前井控安全检查，做到“五不开工”:未签发“HSE三级开工许可证”或三级开工许可证不齐全不开工；作业队资质、人员持证不健全不开工；作业队无施工设计、井控设计或施工设计未按规定程序审批不开工；井控、安防器材配备不齐全或未校验不开工；井控安全防范措施准备不到位不开工。

高标准、严要求，坚持质量标准不放松。现场监督人员对照设计、井下作业技术标准，对实施过的重点工序质量进行确认。各工序质量标准执行坚决，不留质量隐患，决不允许作业队、施工队带着问题“凑合”施工。未经监督确认，作业队、施工队不得进行下一道工序，并对上一道工序无条件地进行返工。取全取准相关施工资料及监督资料，为措施工程质量评价提供依据。

2.3 化工料规范管理

2.3.1 确立化工料供应制度

第一采油厂确立了压裂作业施工用支撑剂及主要入井化工材料“指定厂家、集中采购、定点供应、定期抽检”制度，确保了化工料来源可靠、质量稳定、监控有据。

2.3.2 实行化工料“三证一单”制度

技术服务单位将所有入井化工料运送到现场时，必须携带“产品出厂合格证”、“出厂质检证”以及权威部门的“产品质量抽检报告”；同时，还要携带由采油厂签发的“压裂作业入井材料领料单”。现场化工料必须达到“两符合”:生产厂家符合规定，数量、质量符合设计。

2.3.3 严格现场配液管理

配液用水量充足，水质合格。配液前必须做小样试验，合格后，方可正式配液。现场监督要在施工前逐罐核实实际配液量，测试液体性能（黏度、pH值、交联性能、交联时间等），并做好记录。施工过程中定时检测液体交联状况，并根据现场实际情况进行调整。施工结束后，录取支撑剂和各种工作液剩余量，用以评价压裂施工仪表显示砂量、液量与实际施工量的吻合性。

2.4 质量验证与质量问题处理

2.4.1 完善质量验证资料

压裂作业施工质量验证主要依据是压裂作业设计和井下作业相关技术标准，如《井下作业井筒准备》、《射孔质量监控规范》、《压裂质量技术监督和验收规范》、《压裂液通用技术条件》等。为了便于现场操作，第一采油厂建立完善了《压裂作业重点工序质量现场确认卡》、《射孔工序质量监督卡》、《水力压裂施工现场质量监督卡》、《压裂支撑剂、化工料及压裂液质量状况登记表》等现场质量验证资料，由现场监督对作业质量、压裂施工参数等进行如实填写，并由作业方、压裂方、现场监督三方进行签字确认，作为评价压裂作业施工质量状况的依据。

2.4.2 建立质量考核制度

根据油田生产实际，第一采油厂从质量责任划分、现场质量监督实施、工程质量验证、质量问题调查处理及作业队伍质量管理考核等各个方面等对压裂作业施工质量考核进行了相应规定，为质量考核和质量问题处理提供了依据。

2.4.3 “有理、有据、有节”，“公正、公平、公开”处理质量问题

“有理”是指压裂作业过程中质量问题的客观存在，对整个工程进度、质量、安全等具有直接或间接影响。例如不通井，有可能会造成下射孔枪或封隔器遇阻、甚至卡钻的质量事故。“有据”包含2个方面:一是作业质量问题必须得到作业队伍的当场确认，并保留有照片、录像、问题整改通知单等相关证据。为此，采油厂建立了《质量（安全）督查单》、《井下作业质量问题调查单》等资料，并给每个监督配备了照相机，为作业质量“痕迹”管理提供了条件。二是质量问题的处罚、处理要有依据，依据就是压裂作业工程技术服务合同及采油厂井下作业质量问题处理规定。“有节”就是把握好处理质量问题的原则和节度。对重大质量问题绝不“姑息迁就”，“得过且过”、从轻处理。同时要把握好处理质量问题的“轻、重、缓、急”，分情况处理，防止激化采油厂与作业队之间的矛盾。“公正”就是厘清质量问题相关方的责任，不偏不倚地处理相关方，不能将一方作业队伍的责任推到另一方作业队伍身上，尤其是采油厂在客观或主观上有问题时，不能将质量问题导致后果和损失的责任全部让市场化作业队伍来承担。“公平”就是对同类的质量问题，处罚处理度量上要保持一致性，不能由于作业队伍不同而出现较大差别。问题处理过程中，还要征求相关责任方的意见，争取理解和支持。“公开”就是通过网络、邮件、纸质通报等各种方式，将质量问题处理结果通报给全厂各单位、各市场化作业队伍，接受厂内外共同监督。

3 压裂作业质量控制方法创新

3.1 工具油管试压

第一采油厂根据压裂作业生产实际，确立了油井井筒中工具油管整体试压制度。在每年压裂作业第一口井施工前，要求每个市场化作业队伍将所有工具油管整体下入井筒中，通过地面打压来验证工具油管完好情况。试压合格后，方可准许作业队施工；试压不合格，则要求作业队逐根仔细检查找出有缺陷的油管，或对油管进行整体更换后重新试压，直到试压合格。通过这种简易方法，减少了由于工具油管质量问题导致压裂作业失败的质量事故。

3.2 压裂支撑剂数量核实

以前，采油厂现场检验、核实压裂用支撑剂（石英砂）数量的通用做法是丈量砂罐车内压裂砂体积的方法。由于砂罐车长距离、长时间颠簸运输，会导致石英砂产生压实现象，加上上下坡影响，导致砂罐内砂面不平整，因此这种方法检测石英砂体积误差较大，不能真实反映施工的实际砂量。为解决这个问题，采油一厂采取了砂罐车过磅复核的办法，核实石英砂重量，再依据石英砂的密度折算成体积，减少了计量误差，使实际施工砂量能真实反映出来，消除了质量管理漏洞。

3.3 数字化视频监控应用

传统的监督方式是监督员必须亲临现场实施全过程监督，存在监督需求多、工作强度大、野外环境差、身体健康风险高等问题；加上压裂作业施工生产周期长，受恶劣天气、道路影响，监督人员有时无法到达现场实施监督，这些问题都不利于监督工作的开展。如何既能达到全程监督无缝化，又能减轻监督人员的劳动强度，使监督人员投入更多的时间和精力抓好压裂作业施工重点工序质量监督，是一个需要探讨的课题。而采油一厂数字化视频监控系统全面建成，为改变传统的监督方式提供了平台。

监督方式构想:压裂作业施工一般作业工序如现场准备、起下油管杆、试油作业等监督不必亲临现场，只通过数字化视频监控平台实行全程监控；对于重点工序如通洗井、压裂施工等必须亲临现场实施监督。这样一来，既保证了压裂作业重点工序质量，又实现了全过程监督的“无缝化”，还可降低监督人员数量，改善监督人员工作环境，提高监督人员从事监督工作的积极性，使监督管理工作向更高层次迈进。这些需要在今后的监督工作中予以探索和创新。