石油工程中的压裂施工曲线特征分析及应用

【摘要】为进一步了解压裂施工曲线在石油工程中的应用，根据压裂施工的主要工序，深入石油生产一线，通过研究现场大量压裂施工曲线特征，总结出压裂施工在石油作业中的作用，为判定施工质量、分析施工效果提供依据，以防止紧急状况的发生。

【关键词】压裂施工曲线 特征 分析 石油作业 作用

1 压裂施工的介绍及压裂施工曲线的构成

1.1 压裂的工作原理

压裂可以使油气层形成裂缝进而增加油气的渗流力量，提高油气产量。其压裂的具体方法是在压裂车组上配备了施工监测系统，对每一口井的压力、排量、砂浓度都可以自动监测，利用地面高压泵组将高粘液体注入井中，注入井中的压力要大大超过地层吸收能力，这样才能在井底造成高压，当此压力大于井壁处的地层闭合应力和岩石抗张强度时，地层破裂，形成裂缝，将带有支撑剂的液体注入地层裂缝中，裂缝向前延伸，关闭后裂缝闭合在支撑剂上，从而在地层内形成了一条具有一定长度、高度、宽度的高导流能力的填砂裂缝。砂裂油气流进筒内，这样形成的裂缝导流能力比地层的孔隙通道导流能力大的多，地油气渗流阻力大为降低，油被抽出，提高了油气产量。

1.2 压裂施工过程的具体介绍

压裂具体分7步进行。第一步：循环。压裂车在未通过井口时，压裂液由液罐车达到压裂车上，之后再返回液罐车，在地面管线系统进行单独循环，循环路线：液罐车―混砂车――压裂车―高压管汇―供液罐。目的检查压裂车的上水情况、供液罐供水情况以及管线连接情况，循环时要逐车逐档进行。

第二步：试压。关掉井口总闸，对地面高压管线试压，对高压管线、井口、连接丝扣等憋压35―40Mpa，保持二三分钟，不漏即为合格，目的是检查井口和高压管线系统连接部位的受压情况。

第三步：试挤。试压结束后，打开井口总闸门，用 1～ 2台压裂车将试剂液小排量地层挤入油层，压力稳定为止。目的是检查井下管柱工作是否正常，掌握地层的吸水能力。

第四步：压裂。在试挤压力和排量稳定后，启动全部车辆向井内注入压裂液，使井底的压力迅速上升，当井底压力超过地层破裂压力时，地层就形成了裂缝。

第五步：加砂。一开始加砂的时候，混砂比一定要小，当砂子进入裂缝之后，再相应提高混砂比。

第六步：替挤。判断加砂量完全加完后，立即泵入顶替液，把地面管线及井筒中的携砂液全部顶替到裂缝中去，这样做是为了防止余砂淤积井底形成砂卡。

第七步：反洗或活动管柱。顶替后立即对井进行反洗以防止余砂残存在井筒封隔器内，造成砂卡。

1.3 压裂施工曲线的构成及理论分析

压裂施工曲线由三部分构成，分别为泵注压力、施工排量、加砂浓度，泵注压力的单位是Mpa，施工排量的单位是m3/min，砂浓度单位是Kg/m3，以这三部分为纵坐标，以时间为横坐标绘制成曲线图，这三条曲线形成的核心就是压力曲线，在施工过程中，通过看这个核心，就能掌握井中地层裂缝情况，对施工情况、地层结构情况、裂缝情况做出正确的判断，是地下情况的真实反映。1.4 压裂液曲线的类型

1.4.1 前置液阶段曲线类型

前置液阶段的类型严格上讲和压裂液性质无关，一次破裂显示产生一条裂缝，多次破裂可能显示多条裂缝，但无明显破裂也不能说明地层没有形成裂缝，只能说明地层产生裂缝时所引起的泵压和排量变化在地面的反应不明显。那么判定地层是否压开，当压裂曲线出现以下三种类型时说明地层有破裂。第一，泵压迅速下降，排量上升；第二，泵压不变，排量上升；第三，排量不变，泵压上升到一定值后迅速下降。这三种现象表现为地层有破裂显示。如果泵压随着排量的增加而增加说明无破裂显示。

1.4.2 携砂液阶段曲线

携砂液阶段曲线类型有下降型、下降稳定型、波动型、上升型、稳定型。

下降型的特点：当排量稳定时，随着裂缝的延伸，砂比逐渐加大，泵压连续下降。

下降稳定型的特点：当排量相对稳定时，随着裂缝的延伸，砂比逐渐增加，泵压下降至一定程度后相对稳定。

波动型的特点：排量、砂比稳定，随着裂缝的延伸、扩展，泵压波动起伏。

上升型的特点：排量稳定，砂比上升，泵压连续上升。

稳定型的特点：排量稳定，砂比略微上升，泵压稳定。

在砂比较低的阶段，泵压下降，表明液柱压力增加高于液体摩阻的增加；在砂比较高的阶段，泵压上升，表明液体摩阻的增加高于液柱压力的增加。

2 压裂施工曲线在石油工程中的具体应用

2.1 为现场工作人员施工监控、处理紧急状况提供依据

在施工的过程中，最关键的一个问题是掌握好波动压力的大小，波动压力过大会造成砂堵或压窜。根据压裂施工曲线特征可以判断裂缝的延伸情况，进而掌握压力波动的大小，当出现不同的情况，采取相应的措施，预防事故的发生。

如果波动压力突然上升，说明近井地带发生了砂堵，压裂车应及时停泵，进行返洗。如果压力逐渐上升，说明远离井筒一定距离内的地方发生砂堵，随着裂缝中沙子越来越多，压力上升急剧加快，当压力上升到尖缝，便会出现压力的巨增，达到最高点，会造成管柱断脱。因此，当遇到端部砂堵情况后，应立即停砂进行返洗，以防事故的发生。

当施工中监测压力降落，套内压上升，就会造成压窜，应立即停止施工，验窜。如果套内压不升，缝高不好控制，在井段地层内窜延伸，此时的压力施工曲线大幅波动，应立即停止施工。另外，如果裂缝穿越不同应力的地层或遇到天然裂缝的干扰，压力施工曲线也会出现大幅波动。

2.2 压裂施工曲线可以判定施工质量、分析施工效果

压裂后，利用压裂施工曲线，可以判定施工质量，分析施工效果。

2.2.1 验收压裂队是否按设计施工

依照压裂施工曲线可以检查压裂队是否按设计执行。通过施工曲线可以读取和计算各项施工参数，根据各段的施工时间、施工排量、加砂量，计算出前置液量、携砂液量、加砂量、替挤液量的平均砂比，进而判断是否在作业的正常范围内。2.2.2 判定施工过程是否正确

检查压裂施工曲线可以判断压裂车队施工过程中是否出现过操作事故、压窜、压堵现象的发生，一旦发生，还能为检查事故发生的具体原因提供依据。

3 结束语

压裂施工曲线类型反应的特点是技术人员得到的最实时、最直接的压裂施工情况的真实反映。了解压裂施工过程并掌握施工曲线特征，对作业施工实时监控、判定施工质量、分析施工效果提供了依据。

参考文献

[1] 王鸿勋.水力压裂原理[M].石油工业出版社1987

[2] 黄月明.水力压裂加砂施工曲线形态剖析[J].河南石油，2002，（05）