页岩气加砂压裂高压管汇失效爆裂风险的控制措施

2021-01-09张权王明生刘袭袭

化工管理 2021年10期

张权，王明生，刘袭袭

(中国石油集团川庆钻探工程有限公司井下作业公司，四川成都 629000)

0 引言

随着我国社会经济的不断向前发展，超大型规模水力压力生产施工作业，成为页岩气勘探开发工作中比较常用的技术工艺。自从我国正式启动页岩气平台井工厂化压裂工作以来，经过相关工作人员的统计和分析，近几年，我国在页岩气加砂压裂工作过程中出现了数十起高压管汇失效和爆裂问题，对页岩气压裂生产作业安全性造成了较大影响。由于在页岩气压裂作业过程中，处于一种大排量、高压力以及长周期的施工作业状态，高压管汇经常会出现失效和爆裂问题，已经慢慢发展成为压裂现场第一大安全风险隐患。相关生产工作单位在工作过程中，不断寻找高压管汇失效爆裂问题的相关影响因素，并且积极采取相关的预防和解决方法，全面提高高压管汇使用的安全性和稳定性。

1 高压管汇失效爆裂风险因素分析

相关工作人员通过使用故障假设、因果分析等工作方法，对高压管汇产生失效爆裂问题的原因进行了总结。

1.1 人为性影响因素

由于工作人员对于新的工作条件、工作环境下的高压管汇失效激增的风险问题认知程度有所不足，同时管理和操作人员的安全控制责任意识以及工作责任心相对较低，在综合技术能力和综合素养方面有所欠缺，造成高压管汇采购、使用过程中管理优化以及安全防护等多方面工作没有加以落实，在后续的作业过程中，造成高压管汇产生失效和爆裂风险。

1.2 物理因素影响

由于受到外部物理因素的影响，造成高压管汇出现失效和爆裂问题，主要表现在以下几点：

首先，高压管汇由于受到外物的冲击破坏，或者某些密封件失效，造成高压管汇局部出现裂缝、破损或爆裂问题。管道的断裂问题产生，主要因为管道的受力比较集中而产生疲劳失效，爆裂问题主要发生在结构比较复杂的高压弯管部分，在作业过程中由于液力转向和管道内部的液体叠加会出现薄弱点位置，会出现突然产生失效问题[1]。

其次，高压管汇产生的各种断裂爆裂等问题，和产品的材质有着直接的关联。由于受到页岩气勘探开发工作所产生的影响，高压管汇在国产化的发展进程上相对较快。由于在管道材质方面的差异性，管道材料的物理性能和化学性能也会存在一定的差异，其中主要包含了屈服强度、抗拉强度、冲击力影响、夹杂物影响以及晶体颗粒度等。对比和分析国内外高压管汇，除了在结构设计方式上进行提升以外，适当的增加Cu元素也可以提高合金结构的强度以及管道的韧性条件。通过添加Mo元素可以细化管道金属材质的颗粒性质，进一步提高钢材料的受力条件，有效改善钢材料的韧性。Mo和Cu等元素含量的增加，可以进一步提高管道的抗疲劳性能，成为改进管道产品性能以及提高管道使用安全的重要依据。

1.3 技术工艺影响因素

首先，工艺流程的布局方案或者高压管道的连接方法存在问题，造成施工作业过程中高压管汇的减振吸收能力有所不足，流体对高压管道的冲刷存在不均衡现象，很容易造成局部应力集中，进而造成比较严重的裂纹和刺漏现象。

其次，压裂酸化施工过程中，泵送酸性介质对高压管道具有一定的腐蚀性效果。页岩气压裂增产施工作业过程中，由于施工作业环境处于一种变化性状态，因此在处于高压和高温条件下，也容易造成高压管汇出现失效形成爆裂事故。

最后，在作业过程中泵注液体的总量快速上涨，高压管道在工作过程中，受到高泵压、大排量等作业因素影响，造成管汇的连续工作时间延长，同时没有恢复期而达到管汇基础材料疲劳极限，严重缩短管道的使用周期，造成高压管汇出现失效和爆裂问题。

1.4 管理方面因素

首先，是存在高压管汇管理制度缺陷。比如：在管汇的检测周期、产品采购技术指标等并没有进行实时性跟进更新，同时对高压管汇的管控风险意识程度有所不足，出现管控工作死角问题；其次，高压管汇入场检测工作没有加以落实，管汇的周期检测工作不到位；最后，由于受到页岩气低成本开发工作所产生的影响，高压管汇招标采购工作当中更加偏重于价格控制方面，进而忽略了施工安全和质量要求[2]。

2 高压管汇失效爆裂风险防控工作策略

2.1 全面提高管道材料产品质量

要想有效预防高压管汇出现失效和爆裂事故，必须要从管道的原材料质量控制角度上着手，全面提高高压管汇原材料采购和质量控制工作标准，在现有的管理标准体系下需要全面加强管道材料的质量验收工作。与此同时，需要和我国国内一些大型的生产厂家之间形成战略合作发展关系，全面推动产品用户、科研基地、生产厂家等各单位之间的合作关系，进一步提高高压管汇的原材料生产工作质量，需要从产品的设计选材以及生产工作流程全面做好质量控制工作，对管道产品的质量进行全面升级和改进，充分保证管道可以更加适应特殊的工作环境，有效避免出现管道爆裂事故。

2.2 制定出更加科学完善的高压管汇管理工作制度

相关生产工作单位需要有效引入高压管汇产品入库之前的第三方质量与安全检测工作制度，缩短安全检测工作周期，并且展开高压管汇加密监测工作，要最大限度上预防一些不符合标准和要求的材料进入到库房，同时预防高压管汇带病运行等工作情况，要有效明确高压管汇的分级使用工作规范，进一步加强井口到高压分配器工作环节的管线弯头管理，并且尽可能选用一些质量更高的进口零部件产品。设置高压管汇安全工作压力，要充分明确高压管汇在工作过程中的极限工作压力情况，并且根据高压管汇的相关工作制度，有效控制高压管汇出现失效暴力风险问题。

2.3 实施更加专业化的高压管汇管理工作制度

通过建立起专业化管理队伍，有效实施高压管汇入库质量检查、集中化管理、科学配送、专业保养、质量检测、管汇材料疲劳恢复以及材料报废判定等各项专业管理工作，记录高压管汇工作过程中的关键工况参数，并且和高压件信息平台之间展开实时性信息记录和服务，对建立起高压管汇全生命周期内的质量管控和安全保障工作打下良好的基础[3]。

2.4 通过大数据技术对高压管汇进行管理

针对高压管汇出现失效爆裂风险问题，通过采取更加先进的大数据技术和物联网技术有效建立起高压管汇RFID电子身份识别系统，并且对RFID软件信息库当中的内容进行进一步完善和改进，对每一件高压管汇进行电子身份识别标记，并且将芯片实施身份化管理。在工程施工现场，工作人员手持终端扫描仪设备和仪表车，对施工数据进行收集和录入，以此来有效保证高压管汇数据收集的真实性和可靠性，并且在第一时间可以直接通过网络信息将数据输送到RFID软件管理系统终端，以此来实现实时性数据库的更新，有效防止没有经过身份验证，或者没有经过检测的高压管汇进入到施工井当中。通过设置出安全预警功能可以起到实时性的高压管汇预警工作提示，从整个控制工作的关键点着手，进一步强化和控制高压管汇在工作过程中出现失效和各种风险隐患问题。基于RFID电子身份识别系统，在高压管汇的现场管理工作中，充分实现各种数据信息的实时性收集跟踪和预警处理。

2.5 对地面高压管汇布局设计进行优化和改进

在高压施工作业过程中由于高压管汇内部的液体流动速率相对较快，因此会产生不同程度的振动现象，并且这一问题无法完全避免，页岩气压裂施工过程中不断优化和改进地面管汇连接工艺，充分做到高压管汇的柔性连接工作，以此来进一步降低应力集中点和均衡流体的功能与效果，有效控制高压管汇在工作过程中的振动幅度，加强管道的吸能效果，以此来最大限度上减少或者是直接消除不安全载荷[4]。通过设计和优化定制带锁扣的高压管道橡胶垫木，可以有效解决管道工作过程中，由于垫木变形和位置改变等问题，造成高压流体出现大幅度不规则性振动现象，地面高压管汇在主管线的接口位置设置单流阀。同时在泄压工作环节当中，通过增加机械爆破式安全阀，可以有效控制管汇工作过程中出现瞬时超压问题所产生的影响，避免管汇产生爆裂风险问题。