压裂施工超压砂堵原因探究

林春来

摘 要：压裂作为油气井增产改造的重要手段在低渗油气藏得到了广泛应用。非常规天然气资源已成为全球油气资源勘探与开发的新亮点，通常采用压裂的方式进行地层改造，提高油气生产效率。压裂施工过程中产生砂堵不仅影响压裂效果而且会产生严重的经济损失。本文从地层物性、压裂液性能以及人为因素剖析影响压裂施工造成砂堵的原因。

关键词：压裂液;超压;砂堵;地层原因;人为因素

1 地层物性的变化对压裂施工的影响

1.1 天然裂缝发育的地层容易产生砂堵

裂缝延伸到渗透率很高的地区或者自然裂缝比较发育的地区，也会造成液体大量滤失，或者地层本身就是裂缝性的，会大幅度降低前置液在缝中利用效率，使裂缝几何尺寸达不到设计的规模。加砂过程中由于压裂液大量滤失，造成裂缝端部脱砂，随着时间的增加，砂比加大，脱砂量增加，泵压会逐渐升高至最高允许压力，而被迫停砂、停泵。

1.2 有断层的地层或者隔层较薄会造成砂堵

有断层的地层或者隔层较薄会造成砂堵有时突然击穿应力隔层，如果后面是一个应力较低的地层的话也会出现砂堵，这个时候裂缝高度突然增加很多，就会损失宽度，特别是在应力隔层的位置就容易出现夹点，这种情况就很容易砂堵，在水平应力比较高的地区容易出现这种情况。油层砂体的非均质性，如岩性尖灭等会导致裂缝的规模受限形成砂堵，在过渡带和油田边缘易发生此类砂堵。

2 压裂液性能影响

①压裂液滤失量过大，会大幅度降低前置液在缝中利用效率，使裂缝几何尺寸达不到设计的规模。加砂过程中由于压裂液大量滤失，造成裂缝端部脱砂，随着时间的增加，砂比加大，脱砂量增加，泵压会逐渐升高至最高允许压力，而被迫停砂、停泵。施工中的防治措施是配液时要充分循环、前置液要用交联压裂液，粘度要稍大于携砂液;②加砂过程中，压裂液粘度突然变低，导致携砂能力变差也是发生砂堵的主要原因。在施工中，工程技术人员应细心观察排量曲线变化，负责加砂人员应密切注意交联液浓度变化，及时调整交联比;③压裂液稳定性差，抗剪切能力差，会造成携砂液进入地层以前已经破胶，支撑剂在近井筒附近的地层沉积形成砂桥而堵井。施工过程中的表现是：交联剂的用量比平时大许多，但是压裂液成胶不好，经压裂车大泵剪切后携砂能力降低。主要原因是压裂液配制过程中，粘度不够，或者是配液的水中盐离子的作用，使交联剂不能正常发挥作用。

3 压裂施工操作不当人为因素造成砂堵

①配液时循环时间短，造成压裂基液粘度不够，携砂性能不好;②配液时未按设计比例加水剂（杀菌剂、碱），基液pH不达标（pH值8-10，酸性溶胀碱性交联pH6.5以下不交联，pH8.5以上不溶胀）;③配液时未根据储液罐实际水量计算配液量，造成压裂实际液量不足，液体紧张，砂比过高造成砂堵;④混砂工未调整好合适的交联比，交联比大交联过快易脆，交联比小交联时间长，易沉沙;⑤混砂工经验不足，加砂操作不平稳，换绞龙时砂比波动大，砂子湿时砂比不准确，砂比忽高忽低;⑥水化剂加入不均匀，压裂液破胶速度过快，在加砂量大的情况下可能造成砂堵;⑦储液罐液面及低压流程的调配不合理，液量估算不准确率，直接影响施工排量及砂比;⑧压裂泵车受砂子中布条、塑料袋、大砂粒等杂物堵影响泵效低，施工排量未能达到施工要求、造成缝宽较窄等因素造成的超压;⑨加砂过程中，由于设备损坏、仪器故障停车混砂车零部件故障、计算机系统失灵、井口及地面流程刺漏等原因中途停泵，会造成沉砂堵井;⑩井下工具封隔器坐封不严，滑套打开不完全造成施工压力过高，对液体剪切大，造成脱砂;?喷砂射孔不完善，造成施工压力过高，以及喷嘴在加砂过程中磨损脱落等因素影响造成砂堵;?施工指挥对曲线趋势判断经验不足，未根据曲线实际情况提砂比，砂比提升过快，采取措施不当，造成砂堵;?各个岗位间的协同配合能力差，命令执行反应慢。

4 压裂施工曲线实例分析

实例一：某水平井喷砂射孔压裂。

该井是一口水平井，采用EM50S液体体系，油管喷砂射孔工艺，分六段进行压裂施工。EM50S液体体系是新型可回收清洁压裂液体系，与EM50体系相比具有高粘弹性，抗剪切能力强，缺点是携砂不均匀。在施工过程中加砂后期因砂子对喷嘴磨损较大，造成喷嘴脱落，施工压力下降10-20MPa，喷嘴脱落后失去了对地层的喷射力，携砂液大部分从脱落喷嘴处挤入地层，液体喷溅造成缝口脱砂。特点是缝口脱砂特别快，套压一般上涨0.2-0.3MPa即为脱砂迹象，随后油压急剧上涨，出现脱砂迹象时要立即停砂顶替。

实例二：某直井K344封隔器分成压裂。

该井是采气二厂的一口生产井，采用K344封隔器分层改造，下午13：35开始施工第三段，滑套打开后压力直接上涨至70MPa，有一定压降。经反复试挤多次后仍无法压开地层。现场核查管柱数据、射孔數据，分析原因：

①施工层段上下跨度21m，管柱不会存在如此大的误差，排除管柱问题。射孔段为两段，不会因为水泥环后造成射孔不完善的问题，排除了射孔问题;②排出射孔和管柱问题后，从井下工具和地层入手，经分析滑套工具有可能在加砂过程中或打滑套过程中存在砂卡滑套打开不完全，压裂通道没有打开，或者在钻井过程中地层污染问题。

根据上述分析现场采取油放，同时水泥车反洗措施，冲洗滑套位置，反洗后重新投球施工，球到位后再次出现打开滑套迹象，同时地层压力正常不存在大幅波动，因此可以断定是滑套砂卡打开不完全造成的，油放反洗冲击解除了滑套砂卡，后续施工压力平稳，施工正常。

5 结语

本文从地层因素、压裂液性能以及人为因素剖析影响压裂施工造成砂堵的原因分析，并从实例分析压裂工具滑套及喷嘴对施工的影响，施工时面对地层物性不可控因素，要谨慎施工，灵活应对，压裂液及工具因素，要充分利用曲线分析原因，找出解决方法，减少人为因素对施工的影响，提高施工质量。

参考文献：

[1]刘海龙，吴淑红.煤层气井压裂效果评价及压裂施工工程因素分析[J].非常规油气，2014（03）.