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压裂技术与风险控制,目 录,一、概述,二、压裂材料,三、压裂工艺技术,四、压裂设备,五、现场施工及质量控制,六、,安全风险评估,压裂的作用,油气井在试油或生产过程中，由于近井地带有污染（钻井、固井、洗压井过程都会造成污染）或地层原始渗透率低的原因造成的产量低，都可以通过压裂技术来提高产量。,压裂技术是油气井增产和水井增注的进攻性技术。压裂可以成倍、几十倍甚至成百倍的提高油气井的产量，是低渗透油气藏和非常规油气藏开发的利器，在油田开发中的低位越来越重要。,例如：鄂尔多斯盆地的低渗透油气藏，正依靠压裂技术的进步，才有了开发价值。长庆油田提出的“磨刀石上闹革命”，就是靠“压裂”这一“杀手锏”技术。美国的页岩气开发也是依靠压裂技术，才名声大噪。,产生裂缝,裂缝扩展,水力压裂,就是利用压裂车组将,一定粘度的液体,以,足够高的排量,沿井筒,注入油气层,，由于,注入速度远远大于油气层的吸液速度,，所以多余的液体在井底,憋起高压，,当此压力和进入油气层的液体使井壁上某处的岩石所受的,应力超过岩石强度,后，油气层就会在此处,开始破裂,形成裂缝。,注入支撑剂,放喷,当裂缝延伸一段时间后，继续,注入携带有支撑剂的混砂液,扩展延伸裂缝，并使之,充填支撑剂,。泵注完毕后，通过破胶使,压裂液粘度降低,，并返排出井。由于支撑剂的支撑作用，裂缝不致闭合或至少不完全闭合。,致密地层,疏松地层,水力压裂本质含义：,在油气层与井筒之间制造出一条具有足够长度、高度和宽度的填砂裂缝，此裂缝具有很高的渗流能力。,支撑剂,混砂车,压裂液,泵车,油管,井口,压裂液,裂缝,地层,压裂材料：压裂液和支撑剂,施工参数：排量、压力、砂比,压裂设备：泵车,(,组,),、液罐、砂车、仪表车,水力压裂基本要件,支撑剂,混砂车,压裂液,泵车,油管,井口,压裂液,裂缝,地层,压裂流程,压裂液,支撑剂,混砂车,泵车,交联剂,高压管汇,井口,井筒内管柱,地层,水力压裂的关键技术之一就是压裂液和支撑剂。压裂液是对油气层进行压裂改造时使用的工作液，它的主要作用是将地面设备形成的高压传递到地层中，使地层破裂形成裂缝并沿裂缝输送支撑剂。支撑剂起到支撑裂缝，使之处于张开状态，保持裂缝导流能力的作用。,二、,压裂材料,（一）压裂液的分类,1,、根据,压裂液,在不同泵注阶段的作用，可分为前置液、携砂液和顶替液。,2,、根据,压裂液的类型，可分为,水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、醇基压裂液、清洁压裂液、,酸基压裂液,。,3,、根据,压裂液所适应的,地层温度，,可分为低温压裂液、中温压裂液、高温压裂液,(,四,),压裂液类型简介,1,、水基压裂液,2,、油基压裂液,3,、泡沫压裂液,4,、乳化压裂液,5,、醇基压裂液,6,、清洁压裂液,7,、酸基压裂液,1,、水基压裂液：危险性小，使用最广泛,2,、,油基压裂液,：易燃，有危险性，很少使用,3,、泡沫压裂液：液氮和,CO,2,防止泄露冻伤，使用较多,4,、,乳化压裂液,：配置过程中油相易燃，有危险性，很少使用,5,、,醇基压裂液,：蒸汽易燃，有危险性，使用较少,6,、清洁压裂液：危险性小，使用较少,7,、,酸基压裂液,：有腐蚀性,，使用较少,三、压裂工艺技术,压裂设计需要通过压裂现场施工来实现。随着压裂技术的进步，压裂现场施工方法从初期的全井段笼统压，发展到分层分段、有针对性的多种施工方法。压裂技术没有明确的分类标准，通常按照分层方法，液体特性及施工目的为依据进行分类。,主要介绍：,分层压裂技术,，重复压裂技术，水平井压裂技术，自生热压裂技术，泡沫压裂技术，压裂防砂一体化技术,(,一,),分层及选层压裂技术（直井）,在压裂多个目的层时，如果压裂井段超过一定距离或层间岩性差异大，不采用分层或选层压裂技术，往往只能压开其中的几个目的层，而达不到压裂改造的目的。,1.,封隔器分层压裂技术,封隔器分层压裂就是在压裂管柱上连接封隔器，隔开不同层段进行分层压裂，是目前国内外应用较为广泛的一种分层压裂技术，该技术具有压裂目的层明确，针对性强，有效率高的特点。根据所选用的封隔器和管柱不同，封隔器分层压裂可分为以下四种类型。,2.,限流法分层压裂技术,限流法分层压裂是通过控制各层的射孔孔眼数量和直径，并尽可能提高注入排量，利用最先被压开层孔眼产生的摩阻，提高井底压力，使其他它层相继被压开，从而达到一次分压几个层的目的,。,破裂压力低的层减少射孔数量和直径,3.,定位平衡分层压裂技术（目前使用较少）,定位平衡分层压裂技术是利用定位平衡压裂封隔器上的长胶筒和喷砂体的组合来控制压裂目的层裂缝形成的位置和吸液炮眼的数量，达到裂缝定位和限制目的层吸液量的目的。压裂时，在需要保护薄夹层的邻近高含水部位装有平衡装置，该装置只进液不进砂，使高含水层与压裂目的层处于同一压力系统中，夹层上下压力平衡而得到保护。通过大排量施工，依靠压裂液通过吸液炮眼所产生的摩阻，大幅度提高井底压力，从而相继压开与破裂压力相近的各个目的层，达到一次施工压开,3,5,个目的层的目的。,4.投球分选压压裂工艺技术（应用开始减少）,投球分选压压裂工艺就是在某些油井中所有欲压裂的层段已经一次射开，而且由于地层或其他原因不能应用封隔器进行分层压裂。该工艺技术利用各层间破裂压力不同，首先压开破裂压力低的层段进行加砂，然后再注顶替液时投入堵球，将其孔眼暂时堵塞，再提高压力压开破裂压力较高的层段，也可利用各层渗透性的差异，在泵注的适当时机泵入堵球，改变液体进入产层的分配状况，在渗透性较差的层段建立起压力，直至破裂，如此反复进行，直到更多的层段被压开。,5.,连续油管分层压裂工艺技术,连续油管底带封隔器,+,射孔枪,连续油管带双封分层压裂,连续油管喷射水力封隔分层压裂,连续油管喷砂留砂塞分层压裂,连续油管喷砂底带封隔器分层压裂,(,二,),水平井压裂技术,裸眼封隔器分段压裂,裸眼喷砂水力封隔分段压裂,泵送快钻桥塞分段压裂,投球暂堵分段压裂,拖动封隔器分段压裂,连续油管分段压裂,四、压裂主要设备,柴油机,ALLISON,传动箱,仪表及控制系统,3ZB-1490,泵,“,BENZ,”,4144 8X6,液气控制系统,压裂泵三大主要组件：,柴油机输出动力,变矩器 泵,柴油机：卡特，底特律，康明斯三种,变矩器：艾利逊，双环，凯星（国产）,泵 头：哈里伯顿，双,S,，,常见的压裂泵有三缸泵和五缸泵两种。,美国哈里伯顿公司生产，具有自动超压保护功能，整套车组采用局域网络控制，自动化程度高，可靠性高。,HQ-2000,型压裂车组,参数名称,性能参数,单机额定水功率,2000HHP,最高施工压力,101.3MPa,最大施工排量,2.54m,3,/min,SJ-2000,型压裂车组,参数名称,性能参数,单机额定水功率,2000HHP,最高施工压力,101.3MPa,最大施工排量,2.46m,3,/min,第四石油机械厂生产，具有自动超压保护功能。,烟台杰瑞公司生产，具有自动超压保护功能。,参数名称,性能参数,单机额定水功率,2000HHP,最高施工压力,96MPa,最大施工排量,1.9m,3,/min,2000,型压裂撬组,参数名称,性能参数,单机额定水功率,1500HHP,最高施工压力,101.3MPa,最大施工排量,1.5m,3,/min,1500,型压裂泵车,混砂撬,最大排量 15.9,m,3,/min,最大输砂能力 10909,kg/min,添加剂输入系统 3个液体 2个固体,混砂车,仪表车,高低压管汇,砂罐车,自行研制的配液车，配液速度,2-3m,3,/min,，供液速度,4-5m,3,/min,，粉料罐容积,5m,3,，添加剂液箱容积,1.5 m,3,2,。,Hydra Rig,液氮泵车,为了满足施工需要，分公司近几年还配套了多种压裂酸化作业辅助设备。其中，液氮泵车,6,台：,参数名称,性能参数,最高施工压力,103.5MPa,最大施工排量,360KSCFH,900-35,型制氮泵车（,1,台）,参数名称,性能参数,装机功率,750BHP,最高施工压力,35MPa,最大施工排量,900m,3,/h,氮气纯度,95%,五、压裂现场施工及质量控制,一个成功的压裂施工应该具备：,1,、没有安全、环境污染问题,2,、没有服务质量问题,3,、按照设计要求完成工作,井场：,1,、有足够的场地，可以容纳设计要求的压裂设备及辅助设备，设备摆放完毕后，要保证连续加砂；,2,、场地平整坚实，入口无障碍杂物；,3,、备有足够容积的排污罐（坑）。,井身结构：,1,、使用专用的压裂井口，耐压大于设计的最高限压。,2,、压裂井口送往井场前应装配齐全、试压合格；,3,、井口按照完毕后应加固防振（钢丝绳、地锚固定）；,4,、压裂用油管、井下工具入井前清洗干净并试压合格；,5,、压裂管柱要丈量准确，并要时使用磁定位，下入平稳并涂抹丝扣油。,压裂液：,1,、检查配液罐的质量和清洁情况，确保罐中无沙土、残液、原油、铁锈、易腐败物质等影响液体性能的杂质，以及面纱、线绳、编织袋等网状或丝状物体，以免堵塞上水管线；,2,、按设计要求核对现场清水数量，配液用水必须清洁、无污染、无杂质，,PH,值,6.5-7.5,；,3,、按设计要求，逐样检查运抵现场的化学添加剂的品种、数量及包装情况；,4,、按设计要求程序和数量配制压裂液；,5,、液体配制完毕后，溶胀,2-4,小时，进行交联实验，根据实验结果调整施工时的交联比；,支撑剂：,1,、按设计要求检查支撑剂货源和质检报告，核对支撑剂数量；,2,、有条件时现场检验主要指标，并取样品，以备实验室复查。,压裂设备：,1,、按照设计中的水马力准备泵车，根据施工规模，留足备用泵车，如果是大型施工，还要备用一台混砂车，防止施工中途因设备出现故障影响压裂；,2,、高压管线连接尽量取直，并于落在地面上，拐弯处用双弯头，确保管线有充分的活动范围，不受横向拉伸；,3,、压裂车低压上水管线，不得与高压硬管线直接接触，以免施工时发生振动，磨破管线；,压裂设备：,4,、连接混砂车吸入口管线数量要保证设计的排量要求，低压管线连接完毕要进行试压，混砂车上水管线可使用清水罐的液柱压力试压；,5,、施工前对所有泵车要单独循环排空，发现上水异常立即整改；,6,、对井口及高低压管线进行试压检查，如果有平衡车，也要对平衡泵车及打平衡的管线进行试压；,7,、地面高低压管线及井口设备试压合格后方可施工。,六、安全风险评估,施工步骤,勘察井场,上罐上水,井筒准备、井口加固,压裂设备检查测试,配液及液体实验,连接设备、固定管线,召开安全、分工、技术交底会，明确最高限压指标,循环泵车、管线试压,测试压裂,修改设计,压裂施工,拆除设备及管线，清洁井场,倒残液、清压裂罐、回收压裂罐。,风险评估,勘察井场,风险,1,：人员触电伤亡。,削减措施：,井场高压电线尽量避开井场设备。,岗位责任人：,压裂队队长、吊装班长,风险,2,：道路狭小无法行车。,削减措施：,及时与甲方沟通，由甲方协调整改,。,岗位责任人：,分公司生产管理人员、队长,上压裂液罐，清洁、回收压裂罐,风险,1,：大罐倾斜伤人。,削减措施,：使用合格的四腿索具进行吊装作业。,岗位责任人：吊装班长,风险,2,：有限空间作业。,削减措施,：专人指挥，司索人员站在罐体前（后）侧方。,岗位责任人：吊装班长,风险评估,上压裂用水,风险,1,：,压裂罐有杂质和残液。,削减措施：,泄水前对大罐进行清理。,岗位责任人：,班长,风险,2,：,水质不合格。,削减措施：,拉水前对水源进行检测，,PH,值为,6.5-7.5,。岗位责任人：,技术员,配压裂液,风险,1,：化工料侵蚀皮肤。,削减措施,：配液人员在上风口开启化工料桶盖。集合点放置冲洗的清水。,风险,2,：粉尘吸入人体内中毒。,削减措施,：施工人员戴好防尘口罩。,岗位责任人：配液班班长,风险评估,压裂设备摆放，连接管线,风险,1,：压裂车挂倒绷绳伤人。,削减措施：,摆车时专人统一指挥,。,岗位责任人：,压裂队队长、施工班班长,风险,2,：视线不良，上车时没查看车周围情况，易发碰撞事故。,削减措施：,上车前查看周边情况，在确保安全的前提下再倒车，应有专人指挥。,岗位责任人：,压裂队队长、施工班班长,风险,3,：敲击管线，液体或固体小颗粒飞溅伤人,削减措施：劳保齐全，榔头及管线由任上有泥时要清理干净，砸榔头时对面不得站人,岗位责任人：,压裂队队长、施工班班长,风险评估,加固井口（紧固螺栓）,风险,1,：高处的物体或抬动的物体突然下落，物体打击人员伤害。,削减措施：两人配合，统一口令。泥泞场地要注意防滑。,岗位责任人：施工班班长、施工人员,风险,2,：刺漏。,削减措施：整改，试压并合格。,岗位责任人：施工班班长、施工人员,风险,3,：着火,削减措施：禁止明火作业，敲击时减少火花的产生。,岗位责任人：施工班班长、施工人员,风险评估,泵注施工（循环、试压、试挤、压裂、支撑剂、顶替）,风险,1,：高压刺漏伤人。,削减措施：按照设计要求进行循环、试压。非操作人员禁止进入高压区。高压部件定期到具备资质的单位进行检测。对高压管线进行固定。若发生刺漏需放压后进行整改。若井口刺漏停泵采取有效措施。,岗位责任人：压裂队队长、施工班班长,风险,2,：液氮或二氧化碳泄露，易突发冻伤、人员窒息事故。,削减措施：对液氮或二氧化碳设备定期检验。专人操作。禁止徒手操作，严防皮肤直接接触低温部位。液氮或二氧化碳设备摆在通风处。,岗位责任人：压裂队队长、施工班班长,风险,3,、套管打平衡高压刺漏伤亡人。,削减措施：按照设计要求进行试压。,岗位责任人：压裂队队长、施工班班长,风险评估,泵注施工（循环、试压、试挤、压裂、支撑剂、顶替）,风险,4,：机械伤人。,削减措施：,压裂设备转动部位按照防护罩，发动机排气管安装隔热套，相关人员设备巡检时注意观察四周环境。,岗位责任人：压裂队队长、施工班班长,风险,5,：上下罐摔倒,削减措施：,双手或双脚不准同时离开梯子，上罐前清除鞋底的湿泥,。,岗位责任人：施工班班长,风险评估,倒残液,风险,1,：用碱对酸液进行中和时，碱腐蚀皮肤。,削减措施：戴好防酸手套和护目镜。配备检测仪器和,PH,试纸。,岗位责任人：施工班班长,风险,2,：环境污染。,削减措施：倒液罐车闸门灵活有效。不间断的观看出口罐，罐口留出,5cm,的富余量。,岗位责任人：施工班班长,压裂施工中的井控风险,正常压裂施工时，井口装置齐全，没有井控风险。但是在压裂施工出现异常情况时还是存在一定的井控风险，例如在加砂过程中，尤其是在液氮或二氧化碳伴注压裂施工时；压裂管柱未按要求试压合格，施工时出现刺漏未及时发现，把油套刺漏等情况。,压裂施工中的井控风险,风险,1:,如果出现高压管线刺漏，由于管线中含砂且井内压力高，在关闭井口闸门时，如果操作不当，容易出现闸板被刺坏的现象，从而造成井口失控；,消减措施：,出现异常情况，操作人员要沉着冷静，关闭井口时，从井口远端的闸门开始关，先关针型阀，再关侧翼闸门，在关总闸门，有条件时，由两个人操作关一个闸门，以加快速度；,岗位责任人：作业队班长,压裂施工中的井控风险,风险,2,：,加砂过程压力快速上升达到最高限压，需要立即放喷，放喷过程油嘴往往很快被刺大，并把丝堵刺漏，在关闭井口闸门时，闸门又被刺坏，造成井口失控。,消减措施：,超压后使用专用放喷管汇控制放喷，并增加油嘴检查的密度，每,10,分钟检查一次，直至连续两次检查时未发现油嘴被刺大；,岗位责任人：作业队班长,压裂施工中的井控风险,风险,3,：,使用封隔器保护套管压裂或光油管注入压裂，油管刺漏，把套管刺坏，造成井口失控。,消减措施：,压裂前油管按设计要求试压合格，下压裂管柱按要求涂密封脂；,压裂时打开技套和油套闸门，并接压力表监测压力，发现压力突然上升立即停止施工，反洗井。,压裂过程监测套管压力，发现压力上升要根据现场情况，停止加砂进入顶替阶段。,岗位责任人：作业队技术员和压裂施工指挥,压裂施工中的井控风险,实例,1,：,滨深,91,井,2011,年,12,月,4,日压裂施工，设计砂量,32m,3,，液量,31.2m,3,，伴注液氮,6.7m,3,，施工限压,88MPa,。加砂至,22.1m,3,时，压力快速上升达到施工限压，立即停泵关闭井口，出口,8mm,油嘴控制放喷。放喷,1,小时后，发现出口出砂，作业工刚爬上采油树，准备关闭闸门检查油嘴，此时丝堵被刺漏，井口喷出氮气泡沫和陶粒砂。该作业工由于紧张，立即下采油树，开始关闭总闸门，由于井口压力高，液体流速快，总闸门关闭后无效，再关闭针型阀，侧翼闸门，离地面高，操作不方便，在关闭过程中都被刺坏，但此时出口流量已经减小，最后有两名操作工同时快速关闭备用总闸门，才最终关闭井口。,压裂施工中的井控风险,压裂施工中的井控风险,实例,2,：,长庆油田一口压裂井施工中由于封隔器不坐封，关闭套管闸门强行施工，造成油管刺漏，把油套刺坏，形成井口周围地面出水的险情。,该井压裂管柱中有一根的丝扣不密封，坐封隔器时，套管始终出水，因为这种情况使技术人员误以为封隔器坐封不严，为了赶进度，直接关闭套管施工，结果这口井是由于压裂管柱不密封引起，结果施工过程中由于管路存在摩阻，造成油管内外压力不平衡，使得油管刺坏而刺漏了油层套管。,压裂施工中的井控风险,漏点,P,f,P,油管内,-,P,油管外,=,P,f,漏点距离井口越近，压差越大,