何智慧，卜掌印，李 凱，何 彬

水力壓裂過頂替實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

何智慧，卜掌印，李 凱，何 彬

（延長(zhǎng)油田股份有限公司志丹采油廠， 陜西 延安 717500）

目前關(guān)于壓裂過頂替存在兩種觀點(diǎn)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為過頂替不存在，支撐劑不會(huì)被過頂?shù)膲毫岩喉斶M(jìn)縫端；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為只要施工未結(jié)束，裂縫都有可能在延伸，支撐劑完全有可能被運(yùn)移，過頂很可能影響縫口的鋪砂。本文從理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以論述，最終給出了頂替液用量合理使用的條件，對(duì)壓裂設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工具有一定的指導(dǎo)意義。

壓裂； 過頂替；裂縫

裂縫縫口處的填砂及滲流條件是壓裂成敗的關(guān)鍵部位之一。替擠過程中頂替液量的多少十分重要，直接關(guān)系到壓裂的成敗與效果的好壞。頂替液量過多，會(huì)把井筒附近的沉砂推向裂縫深處，造成壓力下降，使井筒附近的裂縫閉合，達(dá)不到預(yù)期要求，影響壓裂效果；頂替液量過少，會(huì)使一部分余砂慢慢的沉積在井筒內(nèi)形成砂卡事故。國(guó)內(nèi)外鮮有文章介紹壓裂過頂替，姚偉等人通過試驗(yàn)證明煤層氣井應(yīng)該過頂替[1]。

1 頂替液量計(jì)算的原則

既要把支撐劑盡量頂入地層又不能在井筒周圍形成空縫（常說的包餃子）。頂替液量可分兩部分計(jì)算：地面流程和井下管柱。兩部分容積和為理論頂替量。

（1）地面流程（包括混砂罐、高壓管匯和高壓管線）。根據(jù)施工隊(duì)伍計(jì)量習(xí)慣不同，計(jì)算方法略有區(qū)別。如從輸砂絞龍停轉(zhuǎn)即開始計(jì)量頂替量，則應(yīng)將混砂罐容積考慮進(jìn)去。如等砂漿密度降至純壓裂液密度才開始計(jì)量，則不考慮混砂罐容積。

（2） 井下管柱。從井口算起，頂替液通過的所有管柱容積之和。根據(jù)注液方式不同可能包括油管內(nèi)容積、套管內(nèi)容積、油套環(huán)空容積等。一般計(jì)算井下管柱容積時(shí)都只算至處理層段射孔頂界，而非油層中部。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來看，完全按照計(jì)算數(shù)量是不夠的，支撐劑會(huì)沉在井筒內(nèi)，地面管線還會(huì)有沉砂，這主要是沒有考慮支撐劑在液體中下行或在裂縫中運(yùn)行時(shí)受裂縫壁面摩擦而產(chǎn)生的滯后現(xiàn)象，以及因支撐劑的自重而產(chǎn)生的分離作用。

（4）替擠過程中，由于替擠量不足,使管柱中壓裂砂未全部替入地層，從而形成沉砂。此類沉砂現(xiàn)象屬于人為造成，所以減少或避免此類事故發(fā)生的根本就是在于技術(shù)操作人員本身，要求是在替擠過程中必須嚴(yán)、細(xì)、準(zhǔn)，做到不超不少。

2 是否存在包餃子現(xiàn)象[2]

（1）根據(jù)“砂堤”理論，支撐劑在裂縫內(nèi)沉降形成砂堤，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，輕微的過量頂替是不會(huì)造成“包餃子”的；

（2）在分層壓裂施工的時(shí)候，除最后一層都要過量頂替一點(diǎn)，產(chǎn)量上來看影響很小或幾乎沒有影響；

（3）在壓后放噴基本上是口口井出砂。因此即使頂替過量，在放噴后支撐劑會(huì)倒流回縫口，且有一部分沉入井底的。壓裂加砂過程中，裂縫口的巖層經(jīng)攜砂液打磨應(yīng)該能形成一個(gè)通道，即使過量頂替，“餃子”口也不會(huì)閉合。

3 應(yīng)該過頂替的情況

對(duì)于分層壓裂和水平井壓裂必須過頂替。

（1）投球滑套壓裂：一般投球是在第一段壓裂頂替了幾方之后才投，首先要避免第一段未頂完球到位，造成滑套無法打開，這樣就不太容易控制球能恰好頂完時(shí)到位，一般會(huì)過頂一些。

（2）橋塞+電纜射孔工藝：水平井壓裂，第一段施工頂替液一般都比計(jì)算的頂替量高，因考慮頁巖氣水平井要泵送橋塞，井筒必需徹底干凈，所以頂替過量是必須的，再加上泵送橋塞的液量，應(yīng)該說，頂替過量也很多。對(duì)于水平井，因水平井筒內(nèi)必須干凈，不能有沉砂，所以和直井頂替是不一樣的。

（3）多級(jí)封隔器分段壓裂：當(dāng)壓裂層段下面有封隔器的時(shí)候，為了避免砂卡管柱，保證壓完后解封和起管柱順利，必須保證井筒內(nèi)不沉砂，這樣過頂替一些是很有必要的，否則，卡管柱造成大修，延誤生產(chǎn)時(shí)間，浪費(fèi)油管等材料，嚴(yán)重時(shí)管柱卡死無法處理，造成油井報(bào)廢。

（4）連續(xù)油管水力噴射帶底封的水平井壓裂：在射孔時(shí)候如果不過頂替很容易在地層剛起裂的時(shí)候出現(xiàn)砂堵，過頂替把多余支撐劑帶到環(huán)空確保地層開裂再把支撐劑加進(jìn)地層。

（5）疏松地層或者煤層需要過量頂替一些。

4 嚴(yán)禁過頂替的情況

（1）直井單層壓裂一般采用欠量頂替，保證井筒周圍裂縫的充分支撐。欠頂量0.1~0.5 m3。對(duì)于頂替液要求用量適當(dāng)，不能過量頂替。中間過量頂替有可能出現(xiàn)區(qū)段閉合，尾注過量頂替會(huì)將縫口支撐劑推向裂縫深處，使縫口得不到支撐而降低導(dǎo)流能力，甚至導(dǎo)致壓裂失敗。

（2）端部脫砂壓裂，在水力壓裂過程中有控制的使支撐劑在裂縫的端部脫出、架橋，形成端部砂堵，從而阻止裂縫進(jìn)一步在縫長(zhǎng)方向延伸;繼續(xù)注入高砂比混砂液，將沿縫壁形成全面砂堵，縫中儲(chǔ)液量增加，泵壓增大，促使裂縫膨脹變寬，縫內(nèi)填砂增大，從而造出一條具有高導(dǎo)流能力的裂縫。因此端部脫砂壓裂嚴(yán)禁過頂替。

5 頂替時(shí)機(jī)

在實(shí)際操作中，從加砂完畢到進(jìn)入頂替的時(shí)機(jī)掌握是憑經(jīng)驗(yàn)的，加砂完畢后混砂車上的混拌室里的支撐劑不可能馬上都進(jìn)入地層，需要一個(gè)過程。要是在加完支撐劑后馬上進(jìn)入頂替，嚴(yán)格按照井筒容積打入頂替量，就不會(huì)產(chǎn)生過頂；要是等混砂車上的混拌室里基本沒有支撐劑后才進(jìn)入頂替，過頂是一定的了。

施工時(shí)采集到的砂濃度是指流過密度計(jì)的砂濃度。當(dāng)以某個(gè)數(shù)值的砂濃度開始算頂替的時(shí)候，其實(shí)從密度計(jì)到井口的管線里所存在的砂濃度還是大于算頂替的那個(gè)值。 因此頂替量應(yīng)該是從混砂車攪拌罐干凈開始計(jì)算，通常這里就是3方液體了，有的做法是等密度降到某值時(shí)開始算頂替量，例如等到砂濃度降低到200 kg/m3以下或者觀察斗子里支撐劑很少的時(shí)候計(jì)算頂替量，同時(shí)考慮地面管匯容積。

加砂停止后，井筒內(nèi)液體比重逐漸下降，此時(shí)泵壓會(huì)有上升。為了使裂縫保持加砂時(shí)的張開狀態(tài)，替擠時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大油門，增加排量以補(bǔ)充因泵壓上升而使排量下降的影響。

6 結(jié) 論

（1）本文根據(jù)大量壓裂現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和理論猜想，提出了應(yīng)該過頂替和嚴(yán)禁過頂替的工藝情況，對(duì)于壓裂設(shè)計(jì)和壓裂實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)意義。

（2）下一步將結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，針對(duì)不同的壓裂工藝，研究不同情況下是否能夠過頂替，是否存在“包餃子”現(xiàn)象。

［1］姚偉，竇武，王青川. 煤層壓裂過頂替實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J]. 中國(guó)煤層氣, 2016, 13（1）.

［2］王鴻勛. 水力壓裂原理[M]. 石油工業(yè)出版社, 1987.

Practice and Recognition of Fracturing Excess Displacement

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（Yanchang Oil Field Co., Ltd., Shaanxi yan'an 717500, China）

There are two views about fracturing excess displacement, one view is that there is no excess replacement, the proppant will not be over the top of the fracturing fluid into the seam end; another view is thatas long as the construction is not over, cracks are likely to extend, the proppant is entirely possible to be transported, the excess displacement is likely to affect the sand dressing. In this article, the excess displacement was discussed from the aspects of theory and practice, and reasonable use amount of replacement fluid was finally determined, which had a certain guiding significance for on-site construction.

fracturing; excess displacement; crack

2016-12-08

何智慧（1987-），男，助理工程師，碩士，陜西延安人，2014年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣田開發(fā)工程，研究方向：儲(chǔ)層改造與數(shù)值模擬研究，目前從事測(cè)井射孔監(jiān)督及資料驗(yàn)收工作。

TE 3

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1004-0935（2017）01-0048-02