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1、第五章 油气井特殊作业安全技术5.1 压裂酸化施工作业安全压裂酸化施工是多工种联合作业，其特点是动用机动设备多、马力大、压力高，施工人员多，时间短。施工所用液体绝大部分是用各种化学药剂配制而成，对人体都有不同程度的毒性、刺激性或烧伤作用，还有些是易燃品。施工中任何一个环节发生问题，都有造成事故的可能。所以压裂酸化施工的安全工作只有从总体设计着眼，从基础工作做起，作为一项系统工程来认识、来管理，才能做好。一、施工设计的安全要求1、 压裂施工井场布置原则对井场道路及电力线路的要求压裂酸化施工井场，要根据施工规模统一规划。施工车辆停放位置距井口要保持一定距离，最少不要小于10m。施工区内应填平夯实，
2、保持一定坡度，不存积水，不窝车辆。规划时应考虑到在施工过程中拉运支撑剂(或拉运液体)的车辆能顺利出入。进出井场道路的转弯处，应根据施工车辆的转弯半径适当加宽路面，做到不打倒车，进出方便。所有施工车辆和液罐的摆放位置应远离已架高的各种电力线路，更不要摆在其线路下面。横穿道路的电线要在过车前检查，高度不够者应提前加高。2、 液罐、施工车辆、放喷管线和排污池的规划布局为了施工安全，所有液罐、施工车辆应摆在井口的上风方向。与施工无直接关系的车辆(如交通车、餐车、救护车等)应停放在井场以外的安全处。排污池应设在井口的下风方向20m以外。放喷管线用硬管线，并分段固定牢固，两固定点之间距离不能大于10m。出
3、口端不能接90弯头。(压裂施工井场布置示意见图5.1)。 3气井施工过程中对放喷流程的安装布局要求为了在压裂酸化前后对气井进行试气而在井场安装临时测气流程时，应结合施工进行统一布局。全部流程应避开车辆通过区和压裂设备摆放区。放喷管线和井口出气流程管线应分开，需进哪条管线应可随意用闸门控制。天然气出口点火位置应处于距井口100m以外的下风方向。4、 井口装置的安全要求1） 井口装置的选择与试压井口装置应根据压裂酸化设计的最高施工压力来确定，也就是说所选井口装置的公称压力必须大于或等于施工没计的最高压力。井口装置在安装前必须整体试压，合格后才能上井。属油井的按水密封试压标准试压，属气井者按气密封试
4、压标准试压。2） 套管短节的检验与安装压裂井所用套管短节的材质与规范应与井内所连接套管相符，凡退火部分应切除不用，以保证套管短节的强度。所车新扣应光洁无毛刺，经试压合格(试压标准为原厂家试压压力值的80)，在井口用手上紧，应余33.5扣(指8扣英寸的套管)，余扣过多或过少都不 图5.1 压裂施工井场布置示意图合格，不能使用。上扣前涂丝扣油，用链钳上紧后应无余扣。套管短节如漏失，应卸掉更换，不要焊死，因为焊后焊缝两侧的管壁被退火，强度被降低。图5.2 某压裂施工现场 3）井口装置的安装套管短节、底法兰、套管四通应分段安装，以保护套管丝扣和保证上扣质量。套管四通以上部分的安装可根据施工要求而定。井
5、口装置的钢圈由低碳钢材料制成，较软，应防止碰坏。注意检查钢圈和钢圈槽，应无损伤、无锈蚀、无泥土，擦洗千净。上紧法兰盘螺栓时应对角上紧，将法兰紧平。安装完后用钢丝绳将井口装置四角平衡崩紧。5、 油基压裂液施工的安全要求油基压裂液罐应摆放在距井口较远(最好50m以外)的地势低洼处。罐与混砂车应保持5m以上的距离，中间应设高度不低于0.5m的防护堤，将罐区与设备区隔开。最好用带有呼吸器的密封液罐。不要在高温天气(尤其是30以上天气)施工。进井场车辆排气管要装阻火器，防止火花排出。6、 压裂酸化施工区内的安全要求现场应禁绝明火。施工一开始各岗位人员应严守岗位，注意力集中，高压区内人员全部撤离。非施工人
6、员应远离靥工现场。大型施工应划出警戒区，派专人负责警戒。在警戒区内禁止闲人停留或穿越。7、 确定施工压力时应注意的问题在有关的各种手册中所列出的套管L或油管)各项强度值，是指在单一应力作用下的最小破坏强度。但在井内的套管(或油管)在施工中是受多种应力综合作用的，所以其单项实际强度低于理论数值，这一点要特别注意。1） 施工最高压力的选定施工最高压力要小于套管最薄弱段的抗内压强度，建议控制在80以内。如满足不了施工要求，在工艺上应采取保护套管措施，避开薄弱段，以防压破套管。列压裂管柱也是一样，不论哪个部位，只要强度不够，都应更换。2） 套管平衡压力的确定对下封隔器的井，尤其是对下封隔器保护套管的井
7、，套管打平衡是很重要的，可起到如下作用： 防止施工压力超过封隔器胶皮强度，将胶皮压爆。 在水力锚不起作用时，防止因封隔器上下移动而拉破胶皮、顶弯油管。 使套管受力相对趋于均衡，从而保护了套管。在确定平衡压力时首先应考虑套管强度(如前所述)，另外也要防止套管平衡压力过大，将封隔器胶皮压回，失去封堵能力。一般可按下式考虑：Pl P2一P3式中 Pl 套管平衡压力；P2 施工压力；P3 封隔器正常工作压力。另外，在套管打平衡时，应装套管限压保护器，防止压力突然上升，损坏套管。二、施工设备的安全保障1、 高压管汇系统的定期监测管理高压管汇系统在压裂酸化中是直接承压、受腐蚀的部位，也是最容易出问题的部位
8、，应当引起足够重视。在新投用前就应逐根逐件探伤、测壁厚，将测得结果作为基础资料存档。自投用之日起，应当每年定期探伤、测壁厚1次。如发现异常应增加探伤、测壁厚次数。在探伤中如发现有裂纹管件，该管件应立即报废。同期投用的成套管汇，如发现其中20以上管件有裂纹者，建议全套管汇报废。在测壁厚中，如发现管件壁厚变薄，应按最薄处核算管汇抗内压强度。现场施工最高压力应低于核算后的管汇抗压强度。如满足不了现场施工要求，应换掉抗压强度不够的管件。抗内压计算公式为 式中 Pin 管子自内部压破管壁的最小压力，MPa； k 安全系数。安全系数值一般取k=2；n 壁厚系数，取n=0.875 (考虑壁厚为125的负公差
9、)； 管子钢材的屈服强度(用最小值)，MPa； 管子壁厚，cm；D0 管子外径，cm 。2、 压裂泵液力端(泵头)的检查与监测合理使用，精心维护泵头，是延长泵头使用寿命、防止泵头突发事故的重要措施。每次施工完后应认真清洗泵头内腔，以防止酸、碱、盐的腐蚀造成应力集中点，使泵头过早损坏。装有缓冲器的泵头，应每月核对一次缓冲器压力，低于额定压力者应及时充气，如漏气要及时修理。缓冲器是防止高压系统产生水击的主要手段，应当引起足够重视。另外在换凡尔时要认真观察泵头腔内有无裂纹，如发现裂纹应立即更换新的泵头。有些泵头上装有放空闸门，在泵运转时或承压时不要打开此闸门放空，以防止发生事故。3、 施工压力显示系
10、统的校对与检查随着压裂酸化设备自动化程度的提高，显示施工压力的部位也在增多，如仪表车自动记录压力、数字显示压力、各压裂车泵压表指示压力等。如各部位压力显示不同，施工时就无所适从。所以整个压力显示系统应当每季度标定一次，与标准压力的误差应小于2。4、 超压保护装置的检查与部件更换安装超压保护装置的目的主要是为了防止泵压过高，超过承压系统的额定压力，引起机械和人身事故。所以不论原车组配备何种型式的超压保护装置，都必须使用。而且要定期检查，使其性能可靠。5、 紧急熄火装置的保养与检查安装紧急熄火装置的主要目的是在特殊情况下，采用正常方法熄火停机无效时，用机械的办法将发动机进气管关死，强制发动机熄火。
11、关闭进气管的动作是通过在进气管中装一可控制的活门来实现的。这种装置要经常检查维修，电路部分要保持完好、正常；电磁阀要能正常动作；连杆机构要清理注油，防止锈死；操作手柄要能拉到规定位置。建议每半年试用一次，使之经常处于完好状态。这种装置是在紧急情况下使用的，非紧急情况不要使用。一旦使用紧急熄火装置将发动机熄火后，注意要将熄火活门恢复到原来位置，以便下次启动发动机。6、 对酸化施工设备的配套要求酸化用的酸液属于强酸类型液体，稍有漏失就直接威胁人身安全、造成环境污染。所以总的要求应当是人不见酸、酸不见天、密闭施工。1） 现场酸化施工流程推荐按下述要求配套：所用酸液在酸站配好，用酸罐车拉至井场，采用如
12、下流程注酸：酸罐车密闭供酸泵车酸化压裂泵车进入井内2）防漏与清理管线施工前高低压管汇用无酸液体试压。注酸完后用无酸液体清洗高低压管汇，此清洗液应作为替置液注入井内。7、 其它安全配套要求在压裂(酸化)地面管汇中，对应的每台泵车，混砂车、酸泵车的每条进出口管线都应配有单向阀，以备施工中发生问题时便于处理。8、 施工时消防设备的配备 常规施工按正常规定配备消防设施，并保证性能可靠。 大型施工、高产油气井和在施工中认为应重点防护的井，除常规消防设施外，应加配消防车，至少2台在现场值班。三、施工过程的安全操作鉴于压裂酸化作业的特殊性，施工时必须有专人统一指挥。为了便于理解和叙述方便，按现场施工操作顺序
13、分述如下。1、 施工前施工车组不带压试运转的方法及要求施工流程连接好后，首先要进行不带压试运转(即走泵)。其目的是检查高低压管汇是否畅通，仪表是否工作。同时将流程内的空气用液体全部替出，以免空气与天然气接触而引起爆炸，或因泵内有气体影响泵的正常工作。其方法是将泵注液体通过井口装置的总闸上部生产四通(或三通)进入放喷管线放空。走泵时间的长短以仪表显示正常、各压裂泵的空气排完、上水正常为限。2、 管汇试压为防止在施工过程中管汇漏失，致使施工中断，甚至造成不良后果，高低压管汇在正式施工前都应试压。配备有试压泵的车组，应当用试压泵试压。没有配备试压泵的车组，用压裂泵试压时，必须由操作熟练的人员操作。将
14、带泵的发动机油门降到最低位置，挂l挡，单泵试压。在泵压未达到所规定压力前提前摘挡，靠惯性最后达到所试压力。不论何种情况，试压时操作人员都要注意力集中，所有人员全部撤离高压区。低压管汇所试压力应不低于1MPa，高压管汇所试压力应高于所施工井的最高施工压力。3、 循环洗井和试挤的安全技术要求此处所说的循环洗井，目的不是清理井筒，其目的主要是从安全出发，检查井内管柱是否畅通。核对井筒是否已充满液体。所以开始洗井应慢速注入，以返出正常为限。对井内下有封隔器不能洗井的井，应通过试挤查清井下情况。特别是酸化施工井，在洗井后进行注酸之前必须试挤。观察井口是否漏失，地层是否吸收，算出吸水指数后才能向井内注酸。
15、不论上述哪种不正常情况存在，如果注酸过早，都会导致施工失败，使已泵注的酸液无法回收，最后流到地面，造成污染，威胁人身安全。4、 平稳施工的安全技术要求平稳施工的核心就是要求排量稳、压力稳，压裂泵车工作时不晃动(不走空泵)且工作平稳。为此，首先供液压力要平稳，加支撑剂速度要平稳，这是确保安全施工的关键。在实际操作中，开泵时应先开一台，待运转正常排量稳定、压力稳定在允许值以内后，才能开启第二台泵。再加泵也是如此。加挡也是一样，应由低到高、逐步加挡。使压力和排量缓慢平稳上升，一次达到设计值。做到加泵加挡一次成功。尽量避免加上去又减下来，使压力和排量忽高忽低，大起大落。在压力和排量调整平稳，各泵工作正常后，重要的是防止走空泵(泵不上水)。因为在高压条件下，严重的走空泵可能拉断井口、折断高压管汇、打坏压裂泵，造成重大事故。所以此时要密切注意压力和排量是否稳定，同时供液泵车(混砂车或供酸泵、车)要保持足够和稳定的供液压力，以防止压裂泵走空。一但发现压裂泵车晃动严重(即走空泵)，要立即采取措施，若措施无效，应马上停泵。如有半数以上走空泵者，应停止施工，查出原因进行处理后才能继续施工。5、 带酸施工的安全注意事项酸液和酸液的各种添加剂，大多数都具有不同
