浅谈油井压裂施工影响因素及对策

时间：2024-05-04

宋卫东程鑫康/胜利油田河口采油厂高级技师

浅谈油井压裂施工影响因素及对策

宋卫东程鑫康/胜利油田河口采油厂高级技师

【摘要】油井压裂工艺是目前最有效的油井增产措施之一，它在解除近井地带储层堵塞、改善油层流动条件等方面起着不可替代的作用。压裂施工工序复杂，技术含量高，投入大，因此，控制好现场施工各环节质量是保证施工成功率的关键。本文对河口油区压裂施工中一些现象和做法进行分析总结，找出了施工问题出现的规律，优化了施工作业程序设计，提出了一些有效措施，保障了压裂施工质量及效果，具有较好的推广应用价值。

【关键词】油井压裂；影响因素分析；解决途径

前言

油井压裂是通过水力高压在油层中造缝，并通过陶粒砂或石英砂支撑，从而形成一条或几条高渗透通道，以增大流通面积，改善油流在油层中的流动状况，降低流动阻力，达到油井增产的目的。随着油田开发进入中后期，产量自然递减加快，稳产压力增大。作为目前最有效和最常用的增产技术措施，河口油区年施工压裂措施井60余井次以上，改造低渗透层，提高采油速度，收到了良好的增油效果。压裂施工作业，工序复杂，技术含量高，单井投入百万元以上，一旦出现压裂施工故障，不仅影响措施效果，甚至发生卡管柱转大修等工程事故。处理故障延长了作业占井周期，造成巨大的经济损失。因此，对压裂施工各环节进行深入研究，分析压裂施工故障出现的规律和特征，寻求问题解决途径，以规避施工风险，显得尤为重要。

一、油井压裂工艺技术在河口油区施工现状

1.油井压裂施工质量问题统计分析

2014年河口油区共实施油井压裂措施58口井，其中有9口出现施工问题，见表（表1）。

表1　2014年油井压裂出现施工质量问题井统计表

统计可以看出，除去车组故障及下井工具因素处，压裂砂堵占问题井数半数以上。

油井压裂过程中，一旦出现砂堵故障，必然导致过早停止压裂施工，对压裂造缝、充填及布砂均度等产生不利影响，继而影响到压裂增产效果。而砂堵出现在压裂前段、中段及后段，其对增产效查影响也不尽相同。

（1）压裂施工前段出现砂堵，支撑剂在近井堵塞，裂缝无法填实，对油井初期的增产效果影响不大，但对油井长期稳产是有害的，因此，此时的砂堵故障很显然是有害的。

（2）如果裂缝已有足够的长度和宽度，砂子在裂缝中沉降出来（也就是地层已吃饱），那么，从生产能力的角度来看是无害的。因为油井压裂增产的主要原因是：通过压裂暴露出新的产油区、绕过渗透降低区（污染带）和油层的流动型态由径向流改变为直线流来实现。据相关研究表明，大多数伤害区只需要一条短缝就能绕过去。当达到设计砂量60～70%的砂堵井，也能达到油井增产目的。

（3）因压裂液返排不及时，低压层会因液体堵塞产生新的油层伤害。

（4）如果因裂缝宽度不够或裂缝闭合造成的砂堵也是有害的。

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由此，我们认为：对压裂初、中期发生砂堵，处理时间长，以及低压井增产效果影响较大。对压裂施工后期，设计加砂量已完成70%以上，砂堵后得到及时处理（洗井等）投产的井，对增产效果影响不明显。

二、压裂施工影响因素分析

油井压裂影响因素较多，而出现砂堵故障除地层因素外，也有设备因素、管理因素及操作失当等。

1.施工预案不完善，操作失当。在地层中造缝和充填，与井底附近地应力及其分布、岩石的力学性质、压裂液的渗滤性、注入方式等因素有关。施工中地层发生变化导致工艺设计不适应，现场施工指挥人员处置不当或指挥失误，极易造成砂堵。压裂施工中，问题具有突发特性，如加砂尾段泵压急剧爬升时，设计方为了盲目追求高的方案符合率，继续加砂，易造成管柱砂堵。

2.施工用压裂液不合格，液量储备不足。压裂初期压裂液性能差，造缝宽度不够，裂缝不能接受携砂液中的砂粒，或砂子在套管中沉降出来堵塞炮眼，就会发生砂堵。而缝的宽度与裂缝中反抗岩层弹性的压力差有关，随着砂子进入裂缝并沉降下来，就需要更高的液体压力以产生更高的应力作用在缝面上才能增加缝宽，如果压裂液滤失过快或设备能力不足，不能得到所需要的压力，液体排量减慢，砂子以更快的速度沉降下来，形成砂堵。

现场导致压裂性能差的原因即有配制标准低，也有转运灌车未放净存液，稀释了压裂液，或配制的压裂液长期搁置，在高温天气下变性等。

压裂液储备不足。压裂液运输和施工过程中的损耗造成实际用于施工的液体不充足时，会因加砂比过高，导致砂堵。特别是现场采用罐车拉液，大多液量不准。而压裂液不足，采用前置液采用污水，造成地层造缝宽度不够，也为砂堵埋下隐患。

3.设备故障。设备对压裂设计的完成产生的影响是决定性的，充足的、运转良好的设备是压裂成功的保证。一旦出现压裂泵车出现故障，维修时频繁停泵造成压裂液损失，或降排量施工。孔眼处的射流作用将底部附近的砂子冲走，进入裂缝的首批砂子在井底附近沉降到缝底，更多的砂子进入裂缝后，砂堆的高度将增加到某一平衡点，此时，如果没有足够的缝中流速（排量）和泵注能力，其他砂子很难被带过砂堆，最终沉降到裂缝近处，形成砂堵，在进行低成本的中浅层压裂（压裂防砂）作业中，车组问题较多。

交联泵故障，手工加注交联剂不均匀。压裂施工中，交联剂应连续、均匀地加入压裂液中，否则，压裂液的粘度和携砂能力就会大大降低，造成压裂砂在压裂液中呈不均匀分布状，这样砂子会在管柱发生扰流的地方形成障壁，进一步形成管内砂堵。L17-X22井施工时因交联泵故障，手工加注交联剂不均匀造成过泵压导常。

4.施工监测问题。在压裂施工中混砂车是心脏，目前压裂大多采用绞龙式混砂车，通过绞龙转速换算砂比，即使绞龙空转，仪表车也会显示与其对应加砂比和加砂量。由于支撑剂粒度因井而异，所以应对螺旋输送器按所使用的支撑剂进行校准，出现混砂车与实际加砂量不符，表现明显的有L8-10-8井（仪表数据与砂量不符）、DB13-20井（数据混乱，砂比波幅大）、DB26-26井（仪表数据与砂量不符）。特别到了加砂尾段当实际加砂量少于仪表显示数据时，现场指挥人员会因压裂液不足大幅提高砂比，也导致砂堵。

5.施工条件差。油区受海潮侵蚀、苇场圈耕等因素影响，井场越来越小，加上压裂车辆又多又重，井场边缘无法使用，在车辆摆放时就捉襟见肘，甚至作业井架也被迫撤出。施工过程中，车靠不到位或车载压裂液接续不及时，不连续，造成了施工排量的波动，或直接导致砂堵，或达到不设计加砂量，或平均砂比过低。如C78-1井砂堵，Z27-19井降排量施工等都是上述原因造成的。