水力压裂过顶替实践与认识

何智慧，卜掌印，李 凯，何 彬

水力压裂过顶替实践与认识

何智慧，卜掌印，李 凯，何 彬

（延长油田股份有限公司志丹采油厂， 陕西 延安 717500）

目前关于压裂过顶替存在两种观点，一种观点认为过顶替不存在，支撑剂不会被过顶的压裂液顶进缝端；另一种观点认为只要施工未结束，裂缝都有可能在延伸，支撑剂完全有可能被运移，过顶很可能影响缝口的铺砂。本文从理论和实践经验加以论述，最终给出了顶替液用量合理使用的条件，对压裂设计和现场施工具有一定的指导意义。

压裂； 过顶替；裂缝

裂缝缝口处的填砂及渗流条件是压裂成败的关键部位之一。替挤过程中顶替液量的多少十分重要，直接关系到压裂的成败与效果的好坏。顶替液量过多，会把井筒附近的沉砂推向裂缝深处，造成压力下降，使井筒附近的裂缝闭合，达不到预期要求，影响压裂效果；顶替液量过少，会使一部分余砂慢慢的沉积在井筒内形成砂卡事故。国内外鲜有文章介绍压裂过顶替，姚伟等人通过试验证明煤层气井应该过顶替[1]。

1 顶替液量计算的原则

既要把支撑剂尽量顶入地层又不能在井筒周围形成空缝（常说的包饺子）。顶替液量可分两部分计算：地面流程和井下管柱。两部分容积和为理论顶替量。

（1）地面流程（包括混砂罐、高压管汇和高压管线）。根据施工队伍计量习惯不同，计算方法略有区别。如从输砂绞龙停转即开始计量顶替量，则应将混砂罐容积考虑进去。如等砂浆密度降至纯压裂液密度才开始计量，则不考虑混砂罐容积。

（2） 井下管柱。从井口算起，顶替液通过的所有管柱容积之和。根据注液方式不同可能包括油管内容积、套管内容积、油套环空容积等。一般计算井下管柱容积时都只算至处理层段射孔顶界，而非油层中部。

（3）根据现场经验来看，完全按照计算数量是不够的，支撑剂会沉在井筒内，地面管线还会有沉砂，这主要是没有考虑支撑剂在液体中下行或在裂缝中运行时受裂缝壁面摩擦而产生的滞后现象，以及因支撑剂的自重而产生的分离作用。

（4）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。

2 是否存在包饺子现象[2]

（1）根据“砂堤”理论，支撑剂在裂缝内沉降形成砂堤，是一个动态的平衡，轻微的过量顶替是不会造成“包饺子”的；

（2）在分层压裂施工的时候，除最后一层都要过量顶替一点，产量上来看影响很小或几乎没有影响；

（3）在压后放喷基本上是口口井出砂。因此即使顶替过量，在放喷后支撑剂会倒流回缝口，且有一部分沉入井底的。压裂加砂过程中，裂缝口的岩层经携砂液打磨应该能形成一个通道，即使过量顶替，“饺子”口也不会闭合。

3 应该过顶替的情况

对于分层压裂和水平井压裂必须过顶替。

（1）投球滑套压裂：一般投球是在第一段压裂顶替了几方之后才投，首先要避免第一段未顶完球到位，造成滑套无法打开，这样就不太容易控制球能恰好顶完时到位，一般会过顶一些。

（2）桥塞+电缆射孔工艺：水平井压裂，第一段施工顶替液一般都比计算的顶替量高，因考虑页岩气水平井要泵送桥塞，井筒必需彻底干净，所以顶替过量是必须的，再加上泵送桥塞的液量，应该说，顶替过量也很多。对于水平井，因水平井筒内必须干净，不能有沉砂，所以和直井顶替是不一样的。

（3）多级封隔器分段压裂：当压裂层段下面有封隔器的时候，为了避免砂卡管柱，保证压完后解封和起管柱顺利，必须保证井筒内不沉砂，这样过顶替一些是很有必要的，否则，卡管柱造成大修，延误生产时间，浪费油管等材料，严重时管柱卡死无法处理，造成油井报废。

（4）连续油管水力喷射带底封的水平井压裂：在射孔时候如果不过顶替很容易在地层刚起裂的时候出现砂堵，过顶替把多余支撑剂带到环空确保地层开裂再把支撑剂加进地层。

（5）疏松地层或者煤层需要过量顶替一些。

4 严禁过顶替的情况

（1）直井单层压裂一般采用欠量顶替，保证井筒周围裂缝的充分支撑。欠顶量0.1~0.5 m3。对于顶替液要求用量适当，不能过量顶替。中间过量顶替有可能出现区段闭合，尾注过量顶替会将缝口支撑剂推向裂缝深处，使缝口得不到支撑而降低导流能力，甚至导致压裂失败。

（2）端部脱砂压裂，在水力压裂过程中有控制的使支撑剂在裂缝的端部脱出、架桥，形成端部砂堵，从而阻止裂缝进一步在缝长方向延伸;继续注入高砂比混砂液，将沿缝壁形成全面砂堵，缝中储液量增加，泵压增大，促使裂缝膨胀变宽，缝内填砂增大，从而造出一条具有高导流能力的裂缝。因此端部脱砂压裂严禁过顶替。

5 顶替时机

在实际操作中，从加砂完毕到进入顶替的时机掌握是凭经验的，加砂完毕后混砂车上的混拌室里的支撑剂不可能马上都进入地层，需要一个过程。要是在加完支撑剂后马上进入顶替，严格按照井筒容积打入顶替量，就不会产生过顶；要是等混砂车上的混拌室里基本没有支撑剂后才进入顶替，过顶是一定的了。

施工时采集到的砂浓度是指流过密度计的砂浓度。当以某个数值的砂浓度开始算顶替的时候，其实从密度计到井口的管线里所存在的砂浓度还是大于算顶替的那个值。 因此顶替量应该是从混砂车搅拌罐干净开始计算，通常这里就是3方液体了，有的做法是等密度降到某值时开始算顶替量，例如等到砂浓度降低到200 kg/m3以下或者观察斗子里支撑剂很少的时候计算顶替量，同时考虑地面管汇容积。

加砂停止后，井筒内液体比重逐渐下降，此时泵压会有上升。为了使裂缝保持加砂时的张开状态，替挤时应适当增大油门，增加排量以补充因泵压上升而使排量下降的影响。

6 结 论

（1）本文根据大量压裂现场经验和理论猜想，提出了应该过顶替和严禁过顶替的工艺情况，对于压裂设计和压裂实践具有一定的指导意义。

（2）下一步将结合室内试验和现场试验，针对不同的压裂工艺，研究不同情况下是否能够过顶替，是否存在“包饺子”现象。

［1］姚伟，窦武，王青川. 煤层压裂过顶替实践与认识[J]. 中国煤层气, 2016, 13（1）.

［2］王鸿勋. 水力压裂原理[M]. 石油工业出版社, 1987.

Practice and Recognition of Fracturing Excess Displacement

,,,

（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，助理工程师，硕士，陕西延安人，2014年毕业于中国石油大学（北京）油气田开发工程，研究方向：储层改造与数值模拟研究，目前从事测井射孔监督及资料验收工作。

TE 3

A

1004-0935（2017）01-0048-02