井下作业教程.docx

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井下作业教程

压裂基础知识

压裂的基本工序（包括压前、压中、压后）：

通井→洗井→射孔→压裂→完井

一、通井

通井目的：

用以清除套管内壁上的杂物，探明从井口至井底是否畅通无阻，并核实人工井底的实际深度，以确保射孔作业安全顺利进行。

通井原理：

将通径规接在油管柱的最下端，逐步加深管柱，下入至井底。

若中途遇阻严禁猛提、猛放，以免提断或卡死管柱。

通井规是检查套管内径的常用工具，用它可以检查套管内径是否符合标准。

二、洗井

洗井：

用清水将井筒壁上和井底污物带出井口，保持井底干净，减少煤层污染，便于后续施工。

1、洗井方式：

通常分正循环洗井和反循环洗井两种。

①正循环洗井：

指洗井液从油管进入井筒，从油管与套管的环形空间返出地面的洗井方式。

②反循环洗井：

指洗井液从油管与套管的环形空间进入井筒，从油管返出地面的洗井方式。

洗井以出水口流出清水为合格。

正洗井和反洗井各有利弊，正洗井对井底造成的回压较小，但洗井工作液在油套环空中上返的速度稍慢，对套管壁上脏物的冲洗力度相对小些；反洗井对井底造成的回压较大，洗井工作液在油管中上返的速度较快，对套管壁上脏物的冲洗力度相对大些。

2、洗井程序及技术要求

1）、按施工设计的管柱结构要求，将洗井管柱下至预定深度。

2）、连接地面管线，地面管线试压至设计施工泵压的1.5倍，经5min后不刺不漏为合格。

3）、打入洗井工作液。

洗井时要注意观察泵压变化，排量由小到大，出口排液正常后逐渐加大排量，排量一般控制在0.3～0.5m3/min。

4）、洗井过程中，随时观察并记录泵压、排量、出口排量及漏失量等数据。

泵压升高洗井不通时，应停泵及时分析原因进行处理，不得强行憋泵。

5）、严重漏失井采取有效堵漏措施后，再进行洗井施工。

6）、出砂严重的井优先采用反循环法洗井，保持不喷不漏、平衡洗井。

若正循环洗井时，应经常活动管柱。

7）、洗井过程中加深或上提管柱时，洗井工作液必须循环二周以上方可活动管柱，并迅速连接好管柱，直到洗井至施工设计深度。

三、射孔

是压裂前的一道工序，指用电缆把射孔枪下入井内，对准煤层，射孔弹穿透套管壁和水泥环，打开煤层与井筒的通道，为压裂施工做好准备。

射孔主要由射孔枪和射孔弹组成，目前我公司主要采用的是102型射孔枪，127型射孔弹。

孔密：

指煤层每米厚度上的射孔数，单位为孔/米。

一般有8孔/米、16孔/米、24孔/米。

射孔发射率要求必须达到90%以上，如果低于90%，应采取相应的补救措施，并报甲方现场有关人员批准。

四、压裂

1、压裂的概念：

目前我公司主要采用套管水力压裂。

水力压裂实质是利用液体传导压力的作用，将煤层压开，形成裂缝，从而改善瓦斯在煤层中的运移通道，提高生产能力，达到增产、高产的目的。

压裂过程中的液体传压作用是通过地面高压泵组设备来实施的。

压裂施工时利用高压泵组将具有一定砂比的的液体高速向煤层内注入。

当注入速度大于煤层的吸收速度时，就会在井底逐渐形成很高的压力，在外来压力超过煤层的抗压强度的时候，地层就会发生破裂或使原来的微小缝隙张开，形成较大的裂缝。

为了防止裂缝愈合，在不断注入的液体中加入支撑剂（石英砂），随着液体的不断注入，已形成的裂缝就向煤层内部延伸扩展，这样就在煤层中产生了一条或数条渗流能力很强的人工填砂裂缝。

2、煤层压裂增产原理

对煤层进行压裂后，可大大增加单井产气量，增产原理表现在以下几个方面：

①破除煤层段附近因前期施工造成的阻塞（主要是水泥环、泥浆等），在井筒与煤层之间形成气流通道。

②煤层产生人工裂缝，以井筒为中间，平均半径100米，使煤层总体的渗透能力增强。

③压裂后可以沟通人工裂缝与天然裂缝系统，使产量大大提高。

④加强了井与井之间的沟通，使煤层气运移、释放速度放快，使整体煤田排采量增加。

3、压裂方式

我公司目前采用的压裂方式有：

合层压裂、单层压裂。

如何选择压裂方式，主要根据地质条件、井身状况等因素来确定。

①合层压裂

单井多个煤层同时压裂，只适用于各煤层的特性（特别是渗透率）相近、差异不大的井。

如果各煤层差异大，采用合层压裂，一般只能压开强度低、渗透性好的层，起不到改造煤层的目的，甚至会扩大各煤层间的矛盾，造成出水不出气或倒吸现象等。

②单层压裂

即对一个煤层进行压裂。

4、压裂参数

①煤层破裂压力

破裂压力是指压开煤层时井底的压力。

它取决于煤层的深度、性质（强底、渗透率）、煤层原始裂缝情况以及压裂液的性质等因素。

根据每个区块的不同，井的破裂压力相差也不同，甚至相差很大。

实际上，整个压裂施工都是裂缝延绅和开裂的过程，但由于近井污染和井眼应力集中等作用，往往取裂缝起裂时的最高压力为破裂压力。

根据我公司套管参数要求，例出所能承受的最大破裂压力：

J55型套管，限压35Mpa；

N80型套管，限压45Mpa。

②施工压力

当煤层破裂后，压力会下降，整体承现一个相对比较平稳的状态，即为施工压力。

③压裂施工排量

当向井内注入液体时，只有注入量大于煤层裂缝的吸入量，才能在井筒和煤层之间建立起使地层张开裂缝的足够的压裂压差。

压裂压差与排量成正比，与压裂裂缝面积及煤层渗透率成反比。

压开裂缝后，随着裂缝不断延伸和扩大，单位时间内煤层吸入的液体量也不断增大

一般在井口限压允许的条件下，应尽可能提高施工排量，但由于增加排量裂缝垂向延伸也将增加，故此施工排量的选择应适当，确保提高排量时裂缝垂向延伸是有限的。

④压裂施工含砂浓度（砂比）

含砂浓度是指每方液体中所含的支撑剂体积。

高的砂比使支撑裂缝能够添砂饱和，导流能力较强，但砂堵发生的几率增大。

⑤压裂施工设备车辆名称及数量

分项

主压泵车（台）

仪表车（台）

混砂车（台）

管汇车（台）

砂罐车（台）

立式砂罐（具）

数量

6

1

1

1

1

1

主压泵车：

是用于向井内注入高压、大排量压裂液，是压开煤层的关键设备。

仪表车：

相当于人的大脑。

配备先进的电脑仪器，利用数据线，将电脑与相关设备连接，可以直接进行指挥及操作，直观的观察施工的进展情况。

混砂车：

是将所有预先准备的压裂液、石英砂，以预期的比例和速率使其均匀混合，同时对含砂液增压输送至高压泵车，并注入到井筒。

5、压裂所用材料

①压裂液的作用和性能

压裂液：

水力压裂工艺中使用的液体，统称压裂液。

我公司目前主要采用活性水（清水+杀菌剂+润滑剂）。

按不同施工阶段起着不同的作用，分为前置液、携砂液和顶替液。

压裂液的作用

主要是将地面设备的能量传递到煤层中，将煤层扩开裂缝，再把石英砂带到裂缝中铺设形成砂堤。

由于压裂液在施工的不同阶段担负的任务不同，因而，不同阶段的压裂液具有各自不同的作用和特点：

前置液作用是破裂煤层，撑开一定几何尺寸的裂缝，为携砂液的进入创造条件。

携砂液作用是将石英砂带入裂缝，并将石英砂充填到预定位置。

同时携砂液也具有扩展、延伸裂缝的作用。

顶替液作用是将携砂液送到预定位置，而最后顶替液将井筒中携砂液全部替入裂缝。

压裂液的性能

压裂液是决定压裂的成败和效果好坏的重要因素，对压裂液的性能有一定的要求。

一种理想的压裂液应具备流变性好、滤失少、稳定性好、摩阻损失小、携砂能力强、配伍性好、残渣低和对煤层损害小等特点。

②支撑剂的作用和性能

支撑剂指用来支撑已压开的裂缝，使裂缝不再重新闭合，并使裂缝具有较高导流能力的固体颗粒（石英砂）。

支撑剂的作用

在裂缝中沉积排列后支撑裂缝；增大孔隙度，提高渗透率，使裂缝具有较高的导流能力；扩大运移通道，减少阻力，达到增产目的。

压裂效果的好坏，与选择支撑剂有关。

因此，掌握支撑剂性能，并能合理选用是一项重要工作。

支撑剂的性能指标

支撑剂的粒径范围可分为0.224～0.45mm（粉砂），0.45～0.9mm（中砂），0.9～1.25（粗砂）三种不同的规格。

6、压裂施工

一个完整的压裂施工一般分为8个步骤：

摆车接管线→冲管线→管线试压→循环井筒→试挤→压裂（预压）→加砂→顶替。

①施工的原则

施工必须达到设计要求，资料齐全、准确。

施工过程中不能损害煤层，有利于气井稳产高产。

完井后井口井场设备齐全、完好、规格，符合按时投产要求。

②压裂施工设计

收集施工设计所需要的相关数据和资料，设计出施工的材料和规模。

包括：

射孔设计、压前作业设计、压裂设计、下泵设计等。

③压裂施工质量标准

煤层压裂必须按区块地质条件确定实际可行的方案，

压裂液要保持清洁，不许污染、堵塞压裂层。

不同区块的气井，加砂量不一样。

气井压裂加砂后顶替液要严格执行设计要求。

压裂前必须洗井合格。

气井压裂后要注意扩散压力，禁止达不到要求放喷，以防吐砂。

④压裂施工操作规程与要求

探清井底，目的煤层段无砂堵，井筒口袋无泥浆。

井口闸门、法兰、卡箍螺丝齐全上紧，各部件严密封，高压井口必须用地锚加固。

压裂井场布置应紧凑，高压管线尽量短，联接管线不交叉，不重叠，不悬空。

任务明确，各负其责，统一指挥，协调一致。

各压裂车循环排气，压裂车牌正常状态后，按设计要求逐一试压。

正常压裂，经判断确定已形成裂缝，开始慢慢均匀加砂，逐渐加大到设计要求的砂比，加完设计的总加砂量。

注顶替液排量不能低于注携砂液时的排量，顶替液量应严格执行设计要求。

参与正常压裂施工人员必须坚守岗位，各负其责，其它人员不得进行，离开井场20米以外，在此范围内不能吸烟，有明火等。

五、完井

压裂结束待井内压力全部释放到地层后，作业队进行完井作业。

1、完井作业主要包括探砂面、冲砂、组配井下工具并下入井内、装井口等。

探砂面是下入管柱实探井内砂面深度的施工。

通过实探井内的砂面深度，一方面确认压裂后井内套管的通畅情况，另一方面为下一步冲砂提供数据依据。

冲砂是向井内高速注入液体，靠水力作用将井底沉砂冲散，利用液流循环上返的携带能力，将井筒内冲散的砂子带到地面的施工。

2、冲砂方式

冲砂方式一般有正冲砂、反冲砂和正反冲砂三种。

1）正冲砂

冲砂工作液沿冲砂管向下流动，在流出冲砂管口时以较高的流速冲击井底沉砂，冲散的砂子与冲砂工作液混合后，沿冲砂管与套管环形空间返至地面的冲砂方式。

2）反冲砂

冲砂工作液沿冲砂管与套管环形空间向下流动，冲击井底沉砂，冲散的砂子与冲砂工作液混合后，沿冲砂管返至地面的冲砂方式。

3）正反冲砂

采用正冲砂的方式冲散井底沉砂，并使其与冲砂工作液混合，然后改为反冲砂方式将砂子带到地面。

3、完井步骤

1）、搬家：

搬上作业设备及施工用管具、工具、搞标准化井场，做开工准备。

2）、冲砂：

装井口，下Φ73mm油管，下带Φ52mm笔尖落实砂面深度，若有砂则冲砂至遇阻深度，后起出冲砂管柱。

3）、下泵：

检查并丈量将下入井内的丝堵、筛管、泵、油管等工具，检查合格后按下泵设计进行下泵前的组配并安全下入井筒内。

4）、试压：

清水对油管正打压5.0Mpa，30min压降小于0.5Mpa为合格。

5）、下油杆完井：

检查并丈量将下入井内的活塞、抽油杆、扶正器、光杆等工具，检查合格后按下泵设计进行组配并安全下入泵筒内，探泵底，上提防冲距300-500mm，座井口，试抽合格后，交甲方生产。

完井管柱示意图如下：