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| 江苏诗迈机械有限公司 |
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压裂施工工序
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压裂施工除特殊情况外,施工的工序是相同的,大致可分为七个工序。
循环,试压,试挤,压裂,加砂,替挤,反洗
以上七个工序对新区和初次进行水力压裂时,一般界线明显,在每一工序中都有详细的措施与记录。而对于较熟悉的油田,以上步骤就不是太明显。尤其是试挤与压裂工序之间没有明显的界线,只是根据时间与压力凭经验来判断加砂步骤的进行。
一、循环
循环的途径是循环液从油罐出来,经混砂车泵入各个压裂车,再经压裂泵的作用顺循环高压管线返回油罐。循环时是逐车单个进行,排档由小逐渐变大。循环液根据现场情况而定,可以采用清水、火油或压裂液。
循环的目的是鉴定各种没备的性能,检查地面循环高压管线是否畅通,各种泵上水情况是否良好。同时通过循环可以使油罐内的压裂液得到搅拌,以达到温度和粘度的均匀,冬季施工时还可以清除因天气冷形成的死油块堵塞油罐出口的现象。
循环的标准是以循环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。
二、高压管线试压
高压管线试压时应该将井口总闸门关严,采用清水、火油或压裂液进行试压。
试压的目的是检查设备、井口、地面及所有连接部份的丝扣、由壬等能否承受高压的作用。通过试压检查,就可保证在工作时,不会出现丝扣与由壬被刺漏或憋爆的现象。
试压时,一般试压压力为预测破裂压力的1.2~1.5倍。压力上升后应保持2~3分钟不降压为合格。
试压时,压裂泵应缓慢地提压,以防试压设备、地面高压管线及井口等因强度不够和固定不牢而造成事故。
三、试挤
地面试压合格后,打开总闸门,这时可以启动一台或两台压裂泵先将井口内灌满压裂液,然后逐步提压,开始向地层试挤,直到压力稳定为止。
试挤的目的,是检查下井管柱各部件(如封隔器、喷砂器、水力锚等)工作是否正常,检查下井管柱下入位置是否正确,更重要的是通过对油层的试挤可以掌握地层的吸水指数,以便了解和掌握油层的特性及估计最高破裂压力。
测量地层吸水指数时,应控制排量在低于地层破裂所需排量之下进行,每隔2~3分钟定时记录一次压力和排量,一般需要测出2~3个点子,以便求得平均吸水指数。
吸水指数是代表地层形成裂缝前吸收液体的能力,它的意思是:油井每天一个大气压力差下所能吸收液体的数量。
吸水指数只有在新井或者新区,对地层破裂压力掌握不清的情况下才有详细计算的必要,对已经了解和掌握了压裂情况和规律的地区,不需要进行详细计算。
四、压裂
在试挤压力与排量稳定之后,如果所需测的吸水指数已测完,这时就可以逐车启动或同时启动几台车或全部车辆,以很快的速度向井筒内泵入压裂液,使井底压力迅速升高,直至等于或超过地层破裂所需要的压力,使地层形成裂缝为止。
压裂过程是一个紧张而有秩序的过程,为了以尽量少的压裂液而获得预计的压裂结果。指挥员判断裂缝是否形成应及时、准确。对指挥员来说这是非常重要而关键的一环。
怎样判断裂缝是否形成呢?现场人员在长期的生产实践中摸索出不少的经验,这里仅就所了解到的几种方法介绍如下。
1.根据压力与排量的变化判断裂缝是否形成
在压裂时,随着压力的上升,排量也随着上升,它们之间保持一定的比值关系。但当裂缝形成时,它们之间原来的比值关系就被打破了而出现两种情况:第一种情况是一旦裂缝形成,泵压迅速下降,排量上升。这种情况是比较多的,也是指挥人员最容易掌握的;第二种情况是压力不变,而排量上升。这种现象在现场也是经常遇到的,其原因,在现场有些井在地层形成裂缝时不是一个突变过程,而是原始裂缝的延伸与扩展,它对于泵压的影响不大,有的井甚至只降几个大气压,这样小的压力变化,从泵压上由于压力表的波动以及液体摩擦阻力的影响也就很难看出来,譬如在地层形成了裂缝,井底压力下降了,但是由于排量的上升摩擦阻力增大,结果从地面泵压表上看:不出下降的趋势,甚止还有稍稍增加的现象。
对于这种现象,须待排量增加幅度较大时才能认为是裂缝形成。例如某井在试挤时压力为150大气压,排量为0.3米3/分,压裂中压力上升到300大气压,而排量为1.3米3/分,此时可认为地层裂缝已形成。
2.根据机械设备的变化判断裂缝是否形成
对于裂缝的形成,还可以从压裂机械设备的变化反应上观察出来。在裂缝没有形成以前,由于压力比较高,压裂车上的柴油机负荷大,发出的声音很沉重,此时,可以发出很大的火焰或浓烟。从混砂车的砂罐可以观察到,液体排量不大,砂罐内的液体翻腾亦较小。可是~旦裂缝形成,不管柴油机还是混砂车都发生明显的变化,柴油机马上会改变声音,砂罐中的液体排量突然增加,形成很大的翻腾浪花,尤其是控制供油泵出口的闸阀必须马上开大才能使液体供应得上。
用这种方法判断裂缝的形成时,必须具有丰富的现场经验才能掌握变化的标准,以达到判断的准确与及时。
3.利用地层吸水指数的变化判断裂缝的形成
地层形成裂缝后必将引起地层吸水指数的变化,这是毫无疑义的。采用这种方法判断裂缝形成比较可靠、准确、科学。
在地层未形成裂缝的时候,由于地层本身的吸收面积和渗透率是固定的,则吸水指数也是一个固定值,地层的吸收排量与压力的增长也将是一个固定值,但当地层形成裂缝后,由于有了新的裂缝面积,从而使地层吸收面积增加,这样也就打破了原来的压力与排量的比例关系,从而使比值大大增加,而产生了一个差值。
压裂时的吸水指数明显地超过地层的吸水指数时,可以认为地层已形成裂缝。
吸水指数增长的倍数越大,说明裂缝延伸得越深,吸水指数的增长倍数随着地面压裂泵的压力排量的增加而增加。
五、加砂
当地层已压开,压力、排量稳定后立即可以加砂。加砂是压裂过程中最关紧要的一个步骤,此时应迅速检查一下各个泵的工作是否正常,高压管线、井口设备等是否有问题,能否承受住高压下的震动,如果没有把握或有渗漏的现象,应很快停车修理,以免影响施工质量。
加砂过程中,应该先小后大,开始加砂的混砂比可控制在5~7%左右,此时可以再对裂缝是否形成进行验证。根据压裂层位的深度估算出井筒与地面管汇的总容积,再根据此时的排量,就可以知道混砂液需要多少时间进入地层,当判断砂子已进入裂缝,压力与排量又比较稳定,应该提高混砂比。
如果地层没有形成裂缝,砂子不能进入地层,此时将会引起压力升高的现象。如有这种现象出现,应马上停泵反洗,将井筒内的砂子全部反洗出来,以免沉积在井筒内。
正常加砂的时候,一般混砂比可以在15~20%左右,用高粘度压裂液混砂比可提到40~50%。
加砂过程中泵压会有两种显示。第一种显示是随着混砂比的提高。压力逐渐下降。引起这种现象的原因是,随着井筒内混砂比的提高,压裂液的比重也相对增加,在作用于地层压力不变的情况下,地面泵压会有相对的减少和下降。第二种显示是在加砂过程中,压力会有一个小范围的摆动,一般摆动范围在±20~30大气压之间。这种现象除因泵的柱塞冲击影响造成外,更主要的原因是砂子在整个裂缝中的沉积过程是一个动平衡过程。当混砂液进入裂缝时,必将有一部分砂子开始下沉,随着沉砂的堆积,裂缝宽度变小。这样,在排量不变的情况下混砂液在裂缝入口处流速增加,反映在泵压上则压力有小的上升。当液体流速增高后,又会使沉积的砂堆向里推进使裂缝宽度又重新扩大,使液体流速又下降,此时地面泵压力又会有小的下降。这样一个动平衡过程所引起的泵压小摆动是正常的现象,这要与因加砂不正常而引起的压力摆动相区别。
为了保证施工的正常进行,在加砂过程中要求加砂均匀。防止形成砂桥、砂堵,同时在加砂过程中压裂泵应保持良好的工作情况,否则会因压力、排量的下降而导致裂缝的闭合造成砂堵的现象。
在压裂与加砂过程中,压裂泵经常会出现抽空的现象,当这种现象出现时不仅压力有大的摆动,而且使压力、排量下降,尤其在加砂过程中,出现这种情况是非常危险的。
产生抽空的原因主要是混砂车供液不足或是联通高压管线堵塞或是有空气进入泵内。出现这种情况应首先判断造成这种现象的原因,而后采取有效措施。
六、替挤
预定加砂量加完之后,可立即泵入顶替液,以便把携砂液顶替到地层裂缝中去。替挤过程中顶替液量的多少十分重要,直接关系到压裂的成败与效果的好坏。顶替液量过多,会把井筒附近的沉砂推向裂缝深处,造成压力下降,使井筒附近的裂缝闭合,达不到预期要求,影响压裂效果。顶替液量过少,会使一部分余砂慢慢的沉积在井筒内形成砂卡事故。
加砂停止后,井筒内液体比重逐渐下降,此时泵压会有上升。为了使裂缝保持加砂时的张开状态,替挤时应适当增大油门,增加排量以补充因泵压上升而使排量下降的影响。
七、反洗或活动管柱
替挤完后可根据施工情况立即采取反洗或活动管柱的措施。
目前的压裂工艺绝大多数是采用以封隔器为主的分层选压新工艺。因此在施工完后,必有一小部分余砂残存在井筒及封隔器的卡距之内,这一部分余砂虽然是少量的,但是有时往往造成砂卡事故,所以这一工序是必不可少的。以上六个工序,如果施工顺利,则只要活动管柱,加速封隔器回收即可;如果施工不顺利,则井筒内必有大量沉砂影响封隔器回收,此时应进行反洗,将卡距与井筒内的沉砂反洗清洁,保证封隔器顺利回收,防止砂卡。
以上七个工序进行完毕后就可关井拆卸高压管线,这时压裂工作即告结束,只待按措施调换管柱开井生产。必须强调指出的是压裂后要特别注意防止放喷或采取突然降低井内压力的任何措施,以免将压裂砂子从裂缝内喷出,影响压裂效果。
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