压裂施工常见问题分析课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,压裂施工中常见问题分析,2012.5.23,压裂施工中常见问题分析2012.5.23,1,压裂工艺是油层改造挖潜的一项重要技术措施，为油田高产稳产做出了突出贡献。但随着外围油田及低渗透油层的开发，压裂施工的不成功工序时有发生。下面对施工中常见问题进行原因分析，并提出处理及预防措施，仅供在以后的施工中参考。,压裂工艺是油层改造挖潜的一项重要技术措施，为,2,一、压不开的原因分析,二、压窜的原因分析,三、砂堵的原因分析,四、压裂管柱活动困难的原因分析,五、沉砂的原因分析,六、施工曲线分析,目 录,一、压不开的原因分析 目 录,3,目的层无注入量,低排量持续高压不降,地质因素,管柱因素,井身因素,一、地层压不开的主要因素,目的层无注入量 低排量持续高压不降地质因素 一、地层压不开,4,地层物性较差，吸液困难，在地面设备及井下工具所承受的压力范围内无法把地层压开，形成裂缝。,、,处理措施,1、地质因素,一、,地层压不开的主要因素,在不超压的基础上瞬间起停泵憋放,挤酸,地层物性较差，吸液困难，在地面设备及井下工具所承受的,5,由于作业队技术员疏忽或是小班工人下管柱时大意，将卡距卡在了未射井段上，造成压不开。盯压裂人员要熟知管柱结构，及时做出准确地判断，提出合理的处理措施。,我们可根据泵入压裂液的数量大致推断出不通的位置。,压裂施工中替挤量不足，上提管柱过程中地层吐砂。,2、管柱因素,喷砂器被砂埋,组配或下井压裂管柱有误,压裂管柱不通,一、,地层压不开的主要因素,由于作业队技术员疏忽或是小班工人下管柱时大意，将卡距卡在了未,6,射孔炮眼污染严重,压前挤酸不到位,油套环形空间有泥浆或死油,射孔质量问题,油井结蜡严重,3、井身因素,一、,地层压不开的主要因素, 射孔炮眼污染严重 压前挤酸不到位 油套环形,7,射孔炮眼污染严重,压前挤酸不到位,堵塞炮眼常常出现在水井中，由于注入水中的金属离子和杂质，对炮眼造成的污染，导致在管柱限压内压不开。,多发生在压裂第二层以上的层位。处理办法通常是将卡在压不开井段的卡距下放至已压开井段或上提到其它高渗透油层上，然后小排量起泵推注，酸到位后再将管柱调整到原位置。,3、井身因素,一、,地层压不开的主要因素, 射孔炮眼污染严重 压前挤酸不到位,8,油套环形空间有泥浆或死油,射孔质量问题,油井结蜡严重,如果是深井底部下有导压喷砂器的，可通过正、反洗井，将脏物循环洗出。对待这类压不开井，一是采用瞬间起停泵憋放，二是采取迅速大幅度上下活动管柱的措施。通过封隔器活塞式的抽吸作用，将堵塞物排出。,造成炮眼数量少或无炮眼。解决的方法只有重新射孔。,下压裂管柱时把死蜡推到目的层，导致炮眼堵塞压不开。,处理措施：压前用热水清洗油层或刮蜡。常出现在过渡带井中。,3、井身因素,一、,地层压不开的主要因素, 油套环形空间有泥浆或死油 射孔质量问题 油,9,1、压裂过程中地层窜槽引起的套喷,地层窜分上窜、下窜两种，上窜比较容易判断，因为上窜会引起套喷。导致上窜的主要原因是由于被压层位的上夹层比较薄（14m）。,如果上面的地层也是预压层位，那么采取的折中办法就是两层合压。,如果上面有射孔井段，但不是预压层位（没封隔器）那么就只能停止施工，研究下步方案（扩层）。固井质量差也会导致压窜。,二、压窜的原因分析,1、压裂过程中地层窜槽引起的套喷 地层窜分上窜、下窜两,10,2、压裂过程中由于封隔器坏引起的套喷,封隔器是用来封隔油套环形空间的一种工具，如果封隔器损坏，其胶筒不能膨胀，无法封隔油套环形空间时，则形成套喷。上封隔器损坏形成的套喷现象非常明显，因为油套完全处于连通状态。我们可以通过上提验封的办法来判断。,二、压窜的原因分析,2、压裂过程中由于封隔器坏引起的套喷 封隔器是用来封,11,3、压裂过程中由于油管击穿、断裂引起的套喷,油管打洞、断裂形成的套喷与上封隔器损坏形成的套喷同属油套连通的一种，现象比较明显。如果是在卡距以上断裂，那么油套连通就会形成套喷，如果断裂处是在卡距内，此时上级封隔器还在工作，不会有套喷现象，但油管此时会上顶，压力也会有明显的下降。,二、压窜的原因分析,3、压裂过程中由于油管击穿、断裂引起的套喷 油管打洞,12,4、配错或下错管柱引起的套喷,1）单层压裂:单层压裂都是一封一喷或两封一喷，一封一喷多为探井。如果油管下错，使封隔器卡在被压层的炮眼上，压裂时携砂液就会通过上封隔器上面的炮眼进入套管形成套喷。,处理措施：正确调整管柱深度。,二、压窜的原因分析,4、配错或下错管柱引起的套喷 1）单层压裂:单层压裂,13,4、配错或下错管柱引起的套喷,2）多层压裂:（普通型管柱）多层压裂时管柱配错，对压裂施工是极其危险的，出现的情况，也很复杂，包括：压不开、套喷、油管打洞、损坏封隔器、卡管柱等一系列严重问题，一旦起车有套喷现象，要坚决终止施工，核对井上管柱记录或测查原因。,二、压窜的原因分析,4、配错或下错管柱引起的套喷 2）多层压裂:（普通型,14,压裂液性能,地层物性的变化,施工操作,三、砂堵的原因分析, 压裂液性能三、砂堵的原因分析,15,1） 压 裂 液 性 能,三、砂堵的原因分析,低滤失性 高携砂性,热稳定性 抗剪切性,1） 压 裂 液 性 能三、砂堵的原因分析低滤失性 高携,16,1） 压 裂 液 性 能,a: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。从施工曲线上看，当压力曲线未直线上升以前是地层内发生脱砂，压力直线上升则是喷砂器和炮眼砂堵，施工中的防治措施是前置液和携砂液粘度要稍大一些。,三、砂堵的原因分析,1） 压 裂 液 性 能 a:压裂液滤失量过大，会大幅,17,1） 压 裂 液 性 能,b: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。施工曲线的特征是：排量曲线突然上升一个台阶，当这一阶段的携砂液到达井底后压力上升。粘度越低，性能越差，砂比越高，压力上升到最高允许压力的时间间隔也就越短，造成措手不及的砂堵。因此，在施工中，工程技术人员应细心观察排量曲线变化，密切注意交联液浓度变化，及时调整基胶比。,三、砂堵的原因分析,1） 压 裂 液 性 能 b:加砂过程中，压裂液粘度突,18,1） 压 裂 液 性 能,c: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。,三、砂堵的原因分析,1） 压 裂 液 性 能 c:压裂液稳定性差，抗剪切能,19,a:有断层的地层会造成砂堵。,2） 地 层 因 素,b: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。,三、砂堵的原因分析,a:有断层的地层会造成砂堵。2） 地 层 因 素,20,2） 地 层 因 素,c:地层天然裂缝发育良好或者压裂时产生的微裂缝多，施工时易发生堵井，原因是压裂液的滤失量过大，工作效率降低。,可采用适当增大胶联剂量，增加压裂液粘度的方法或是粉砂预处理的方法进行预防。,d:水井比油井产生堵井的可能性大，注水层具有较高的孔隙度和连通性,导致施工时滤失量大。,处理措施：优选压裂液、提高排量，降低砂比。,三、砂堵的原因分析,2） 地 层 因 素 c:地层天然裂缝发育良好或者压裂,21,3）,施工操作不当造成砂堵,a:前置液少，动态缝宽不够，容易形成砂堵。,b: 加砂过程中，由于设备损坏、仪器故障停车更换或修理，会造成沉砂堵井。这些故障有多种情况：压裂车抽空、混砂车零部件故障、计算机系统失灵、井口设备破裂。,预防措施就是保证高压部件在检定周期内使用。,c:砂比提升过快，容易形成砂堵。,三、砂堵的原因分析,3）施工操作不当造成砂堵 a:前置液少，动态,22,活动管柱是压裂作业中的一项重要工序，它的快慢直接影响到作业和压裂的进度，同时也关系到施工的效益，所以如何预防和处理管柱活动不开是非常关键的。在压裂施工过程中，经常会发生管柱活动困难的现象，原因很多，但主要分为以下5种类型。,四、压裂管柱活动困难的原因,活动管柱是压裂作业中的一项重要工序，它的快,23,封隔器质量的好坏直接影响到活动管柱的难易程度。正常情况下，在压裂结束后，会看到套压表的套压明显上升，这表明封隔器已经解封，压裂层位的压力已经传到井口，这时候管柱就很容易活动开。,如果封隔器的质量不好或在压裂结束后封隔器的胶筒不收缩，这样会给活动管柱带来很大的困难。,出现这种情况，如果多次活动不开，我们应采取平衡套压的方法，使封隔器胶筒上下压力趋于相近，迫使封隔器收缩。,1、封隔器质量不好在高压作用下胶筒不收缩，而导致封隔器不解封。,四、压裂管柱活动困难的原因,封隔器质量的好坏直接影响到活动管柱的难易程度。正常情,24,压裂施工中由于地层窜槽或封隔器坏，携砂液从油套环形空间上窜，使支撑剂沉落到最上级封隔器上，导致上封隔器被砂埋，而使管柱活动不开。,目前薄夹层井压裂施工很多，在加砂过程中，发现套压持续升高，打开套管闸门，套管溢流越来越大，此时判断是地层窜槽，,应立刻停砂替挤，当套管内无压裂砂后，活动并上提管柱。,如果地层上窜，没能得到正确及时的处理，管柱被沉砂埋死，将给施工带来极大的不便，严重的可能发生工程事故。,在施工过程中一旦确认是地层窜槽，则应立即停砂，进行替挤，避免出现更大的经济损失。,2、地层窜槽导致管柱活动不开,四、压裂管柱活动困难的原因,压裂施工中由于地层窜槽或封隔器坏，携砂液从油套环形空,25,普通封隔器的承受压力一般在40MPa左右，当压力持续偏高或在瞬间压力过高时，有可能使封隔器内部结构发生变化，产生塑性变形，使其活动受阻。,为了减少这种现象的发生，除选用质量好的封隔器之外，在施工过程中要控制施工压力，在封隔器能承受的压力范围内施工。,3、封隔器发生塑性变形，管柱活动不开,四、压裂管柱活动困难的原因,普通封隔器的承受压力一般在40MPa左右，当压力持续,26,因此在作业施工过程中，我们应该严细认真，文明施工，这种事故是完全可以避免。,4、作业施工过程中，油套环形空间掉下落物卡住封隔器，导致管,柱活动不开,5、套管变形，导致管柱活动不开,在下压裂管柱施工过程中，套管无遇阻现象，但在起压裂管柱时，套管变形，这种现象也时有发生。,管柱活动不开的原因有很多，只要我们提前预防，正确处理，将会减少工程事故的发生。,四、压裂管柱活动困难的原因,因此在作业施工过程中，我们应该严细认真，文明施工，这,27,五、沉砂的原因分析,沉砂就是在压裂施工中由于机械设备故障、下井原材料、工具质量不过关或人为操作不当等原因引起的压裂管柱内或油套环形空间内填砂。下面我们主要通过现场施工来分析沉砂的形成原因，了解如何预防和避免此类事故的发生。,五、沉砂的原因分析 沉砂就是在压裂施工中由于机,28,1、替挤过程中，由于替挤量不足,使管柱 中压裂砂未全部替入地层，,从而形成沉砂。,此类沉砂现象属于人为造成，所以减少或避免此类事故发生的根本就是在于技术操作人员本身，要求是在替挤过程中必须严、细、准，做到不超不少。,五、沉砂的原因分析,2、加砂过程中因井口设备或地面管汇破裂，也可能造成沉砂。,在加砂过程中如果井口设备或地面管汇破裂，必须紧急停车更换，支撑剂在管柱内沉积，如果不及时起车就会造成沉砂。,此类沉砂现象属于高压部件质量问题引起，所以在压前的准备过程中，必须进行严格的检查、试压，不能麻痹大意。,1、替挤过程中，由于替挤量不足,使管柱 中压裂砂未全部替入地,29,由于压裂液成胶不好或排量低，支撑剂会沉在混砂车出口的管道中，重新起车时，如循环不净，支撑剂就会被带入管柱中，这时由于刚起车没有压开裂缝，支撑剂堆积在喷砂器和油套环空中，形成沉砂。因此压前做好循环，将会避免这种现象的发生。,3、压裂施工过程中，由于设备原因而引起的沉砂,五、沉砂的原因分析,由于压裂液成胶不好或排量低，支撑剂会沉在混砂车出口的,30,压裂施工后，需要关井扩散压力，如果扩散时间不够，压裂液没有破胶，或是地层没有闭合，在返排过程中，地层就会吐砂，如果此时喷砂器凡尔罩被打坏，所吐出的支撑剂将会从喷砂器进入油管，当压力平衡后迅速沉积在压裂管柱内，造成沉砂。因此保证扩散时间是减少此类事故发生的关键。,4、压后上提时喷砂器被打坏，返排时造成沉砂。,五、沉砂的原因分析,压裂施工后，需要关井扩散压力，如果扩散时间不够，压裂,31,六、施工曲线分析,压裂施工中发生的事故会在施工压力上反映出来。例如砂堵、油套管破裂等。虽然影响施工压力的因素非常复杂，但是施工压力却是我们了解井下情况的重要手段，因此正确分析压裂施工曲线，及时发现现场施工中的问题，并迅速作出处理，是每个现场压裂工程师的重要职责。,六、施工曲线分析 压裂施工中发生的事故会在施工,32,选取一口井作为实例进行一下简单的分析。,该井的压裂设计基本情况：,六、施工曲线分析,射孔数据表,射孔井段,m,厚度,m,枪型,弹型,孔密,孔/m,射孔,方式,相位,气层,中深,m,静温,3418.,8,3427.9,9.1,102,127,16,电缆,传输,60,3423.3,105(估),压裂施工参数表,施工管柱下深,液柱压力,MPa,施工,排量m,3,/min,支撑剂量m,3,最大含砂浓度,%,平均含砂浓度,%,预计破裂压力MPa,预计施工摩阻MPa,预计施工泵压MPa,施工限压MPa,液氮m,3,顶替液,m,3,3408,34.2,2.5-3.0,35.7,33,21.6,59.9,32.7,58.5,68,10,10.9,选取一口井作为实例进行一下简单的分析。该井的压裂设计基本情况,33,六、施工曲线分析,A,B,C,E,D,F,G,o,六、施工曲线分析A BC E DF G o,34,1、启泵阶段（OA段）,正常施工时，启泵阶段泵压随排量的增加而增加。达到设计排量时，此时的泵压等于地层破裂压力减去液柱压力再加上清水摩阻。,六、施工曲线分析,此阶段，如果泵压明显高于预计压力，则应停泵，观察停泵压,力。若停泵压力高，说明地层破裂压力高（破裂压力等于停泵压力,加液柱压力），应按照实际压力调整压裂设计。若停泵压力低，可,能是摩阻高，则首先循环洗井，检查井筒是否被堵塞，如果再次启,泵泵压仍然高，则可能是砂埋油层（出砂井）、炮孔堵塞或射孔效,率低、如果是分压井也可能是工具下入位置错误。需要根据具体情,况进行处理。,该井曲线OA段的泵压达到55MPa，预计地层破裂压力59.9MPa，,液柱压力34.2MPa，以此计算清水摩阻应该是29.3MPa。,1、启泵阶段（OA段） 正常施工时，启泵阶段泵,35,2、前置液泵注初期阶段（AB段）,此阶段主要判断压裂液是否降阻，无法判断裂缝的延伸方式。此阶段压力下降的主要因素有压裂液（交联液）降阻、堵塞的炮孔被冲洗开。此阶段压力上升的原因主要是压裂液增阻、裂缝的延伸，后者的压力增加幅度较小。,六、施工曲线分析,该井曲线AB段的泵压从55MPa下降到44MPa，后又上升到52MPa。,预计地层破裂压力59.9MPa，液柱压力34.2MPa，以此计算交联液的,摩阻应该是18.3MPa，那么和OA段泵压计算后的清水摩阻29.3MPa,相比，交联液的降阻率达到了38%。,如果此阶段泵压上升幅度过高，影响施工正常进行，一般说明压裂,液摩阻高，应及时调整，降低摩阻。本井去西安高的原因主要是伴注液,氮造成的。,2、前置液泵注初期阶段（AB段） 此阶段主要判,36,3、前置液泵注后期阶段（BC段）,此阶段施工参数基本稳定，前置液进入地层，井筒中充满压裂液，地面泵压的变化真实反映了裂缝的延伸情况。压力缓慢上升说明裂缝主要沿着长度方向延伸。如果压力恒定，裂缝可能进入了隔挡层，应适当降低排量和压裂液粘度。如果压力下降，则裂缝可能突破隔挡层进入低应力层。,六、施工曲线分析,该井曲线BC段的泵压基本上是从48MPa缓慢上升到52MPa左右。上升趋势比较明显，说明裂缝在缝长上在缓慢延伸。,预计地层破裂压力59.9MPa，液柱压力34.2MPa，施工泵压48-52MPa，以此计算交联液的摩阻应该是26.3MPa。（此摩阻值包括液氮引起的摩阻）,3、前置液泵注后期阶段（BC段） 此阶段施工参,37,4、携砂液泵注前期阶段（CD段）,此阶段携砂液只是进入井筒，还未进入地层。砂液密度比压裂液的密度大，而且随着砂比的增加，砂液密度也在增加，根据施工泵压计算公式：施工泵压=地层破裂压裂+摩阻-液柱压力。可以看出，此阶段的施工泵压一般是会下降的。,六、施工曲线分析,该井曲线CD段的泵压趋势明显是基本上是呈下降趋势的，而且此时的施工砂比刚刚达到10%左右。,4、携砂液泵注前期阶段（CD段） 此阶段携砂液,38,5、携砂液泵注后期阶段（DE段）,此阶段支撑剂进入地层开始直到停止加砂，随着砂比的增加，施工泵压一般会下降。从地层角度出发，D点位压裂施工中的分界点，此点之前为造缝阶段，之后为填砂阶段，必须密切注意支撑剂运移造成的压力变化，防止砂堵发生。,如果在支撑剂进入裂缝初期，压力明显上升，可能是裂缝窄或多条裂缝发育等造成的。总之，如果支撑剂进入裂缝不畅，应停止加砂，观察压力变化，压力恢复平稳后才可以继续加砂。如果压力曲线（扣除液柱影响）斜率波动，而此时排量没有变化，则可能是压裂液粘度变化引起的摩阻变化造成的，此时需要及时调整交联比，确保液体性能稳定，保证施工成功。,六、施工曲线分析,该井曲线DE段的泵压，初期比较平稳，后期压力升高，并出现较大幅度的波动，说明液体交联存在问题。（后期压力明显下降的主要原因是停止伴注液氮）,5、携砂液泵注后期阶段（DE段） 此阶段支撑剂,39,6、顶替阶段（EF段）,此阶段是将井筒中的携砂液挤入地层，也正好是高砂比携砂液进入地层的阶段，砂堵的可能性最大，究其原因主要是因为：,（1）如果地层或液体滤失量大，前端的支撑剂由于浓度不断增加造成脱砂，阻止裂缝延伸。（2）由于压裂液在地层中的粘度降低而造成沉砂，缩小了裂缝的空间，影响后期支撑剂的进入。（3）高砂比的支撑剂进入地层，易形成砂桥，造成砂堵。,此阶段根据地面泵压判断地下情况比较困难，一般根据压力曲线变化趋势来预测是否会出现砂堵超压。顶替时，应使用降阻水做顶替液，以降低泵压，密切关注压力变化，及时调整排量防止超压，如果泵压上升速度过快，应随时做好紧急停泵的准备。,六、施工曲线分析,该井曲线EF段的泵压基本上是从50MPa缓慢上升到55MPa左右。泵压升高的主要原因是顶替液换用了压裂液基液，摩阻增加造成的。,6、顶替阶段（EF段） 此阶段是将井筒中的携砂,40,7、停泵阶段（FG段）,达到顶替量时，立即停泵，并记录瞬时的停泵压力。通过停泵压力可计算出底层的破裂压力梯度。,地层破裂压力梯度=（停泵压力+中深液柱压力）,地层中深,六、施工曲线分析,该井曲线FG段的停泵压力位25.8MPa。 地层中深3423.3m地层中深压力34.2MPa，折算地层的破裂压力梯度应该是0.0175MPa/m,。（此摩阻值包括液氮引起的摩阻）,7、停泵阶段（FG段） 达到顶替量时，立即停泵,41,谢谢大家!,谢谢大家!,42,