頁巖氣水平井壓裂裝備配套與應(yīng)用技術(shù)研究

頁巖氣水平井壓裂裝備配套與應(yīng)用技術(shù)爭論完成單位：工藝研發(fā)中心2023年十二月頁巖氣水平井壓裂裝備配套與應(yīng)用技術(shù)爭論編寫人：楊保軍于洋張洪唐世東趙正龍目 錄\l“_TOC_250013“一、工程概況 1\l“_TOC_250012“二、主要爭論內(nèi)容及取得成果 1\l“_TOC_250011“〔一、壓裂裝備配套方案應(yīng)用與分析 1\l“_TOC_250010“1、壓裂泵車配置 1\l“_TOC_250009“2、儀表車 3\l“_TOC_250008“3、低壓系統(tǒng) 4\l“_TOC_250007“、混砂車 4\l“_TOC_250006“、連續(xù)混配車 6\l“_TOC_250005“、低壓供液系統(tǒng) 7\l“_TOC_250004“、立式砂罐的爭論應(yīng)用 12\l“_TOC_250003“4、管匯、壓裂專用井口連接器及高壓管線 13\l“_TOC_250002“〔二、井場布置爭論與分析 17\l“_TOC_250001“三、現(xiàn)場應(yīng)用效果及技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益 21\l“_TOC_250000“四、結(jié)論和生疏 2310一、工程概況20235工，我處對壓裂設(shè)備及設(shè)施進(jìn)展了配套，通過現(xiàn)場應(yīng)用，壓裂設(shè)備配15m3/min、加砂量單攪龍最大只能3m3/min依據(jù)。二、主要爭論內(nèi)容及取得成果〔一〕、壓裂裝備配套方案應(yīng)用與分析1、壓裂泵車配置泵送橋塞+電纜射孔聯(lián)作水平井分段壓裂規(guī)模較大，因每段壓裂后泵送橋塞、射孔導(dǎo)致施工時間更長，一般每天最多施工210-15m3/min1000-3000m３、每段砂量100-200m３，每段使用多種液體〔滑溜水與線性膠或凍膠〕和多種粒徑的支撐劑〔70/10040/7030/50。2023250020238250010月，2250015HF-1102023施工需求；250041.02m3/min，100MPa，1640000HHP。檔壓力〔MPa)排量(m3/min)壓力〔MPa)檔壓力〔MPa)排量(m3/min)壓力〔MPa)排量(m3/min)位3.75“4“11370.4861230.55321370.6081230.69231370.7621230.86741240.9011091.0255991.13186.91.276791.4169.71.6057641.73856.61.9778512.17245.272.471表2 16臺2500型〔4“柱塞〕泵車各種限壓下施工排量限壓〔MPa〕9080706050檔位45667泵效85-87%87-90%90%93%93-95%理論排量〔m3/min〕16.320.3225.625.631.52實際排量〔m3/min〕13.8-14.217.6-18.22323.829.3-29.9壓裂泵車配置除考慮壓裂設(shè)計總功率外，還需依據(jù)泵車的連續(xù)工作時間選擇泵車功率儲藏系數(shù)〔見表。由此確定壓裂泵車的型號和數(shù)量。3壓裂泵車功率系數(shù)確定原則1-23-45-66h壓裂車功率儲藏系數(shù)1.2-1.41.4-1.61.6-1.81.8-2.0在使用泵車時可以參考SPM〔QWS2500“CLASSIC“〕工作周期曲線〔1〕來確定單臺泵車的壓力、排量和工作時間。圖中藍(lán)8080%以下，有利于保證大泵的使用壽命。但通常這個條件難以滿足，特別是下的工作時間。1QWS2500“CLASSIC“泵工作周期曲線5%工作時間區(qū)5%工作時間區(qū)25%工作時間區(qū)100%10%工作時間區(qū)大泵有效使用區(qū)45%90%80%力壓45%00 80% 90% 100%排量32500HHP?101.6mm(4“)柱塞需的高壓、大排量、充分充裕水馬力要求的需要。建議：依據(jù)施工需求，合理安排泵車數(shù)量及施工檔位。頁巖氣井每段施工20-30%充裕量。2、儀表車儀表車用于遠(yuǎn)距離遙控壓裂車和混砂車，采集和顯示施工參數(shù)，進(jìn)展實時數(shù)據(jù)采集、施工監(jiān)測及裂縫模擬并對施工的全過程進(jìn)展分析。由于不同的壓裂設(shè)備具有不同的儀表車操控、采集系統(tǒng)，不能互2入儀表車泵車掌握系統(tǒng)，關(guān)心機(jī)組使用便攜式泵車操作箱。2500統(tǒng)，進(jìn)展統(tǒng)一掌握、監(jiān)控及操作；四機(jī)廠泵車掌握系統(tǒng)及便攜式掌握箱屢次消滅施工中間掉線、斷網(wǎng)等現(xiàn)象，造成泵車短時間內(nèi)失控，可能會造成施工事故。建議：檢修、升級掌握系統(tǒng)；3、低壓系統(tǒng)、混砂車20m3/min16m3/min85%的泵效計算，混砂車施工排量≤13.6m3/min10-13m3/min115m3/min2臺混砂車同時使用。元頁HF-1215.5m3/min1HF112m3/min其是混配車不能在線補液時，排量降的較多，且不穩(wěn)定。250010000kg。目前頁10040-70目、30-501.45-1.7kg/m3。表4 施工排量與混砂車最大砂比對應(yīng)表施工101112131415161718排量砂比34-2931-2628-2426-2224-2122-1921-1820-1719-16混砂車操作問題：操作不嫻熟，不能針對混砂車設(shè)備現(xiàn)狀，進(jìn)展有效、準(zhǔn)時、穩(wěn)定操作。焦頁1HF量波動較大，造成馬上停砂頂替觀看。分析緣由：頁巖氣承受段塞式動力系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)動力安排不準(zhǔn)時、不穩(wěn)定，后對于超過10%的砂5%的臺階屢次連續(xù)輸入的方式，根本解決操作問題。圖2 焦頁1HF井第八段施工曲線圖3 焦頁1HF井第十四段施工曲線發(fā)動機(jī)或液壓系統(tǒng)動力安排存在問題，每次加砂均消滅排量大幅施工砂堵；圖4 焦頁1HF井第十五端施工曲線圖5 文203-59施工曲線措施制定及演練；改進(jìn)混砂車動力或液壓系統(tǒng)。、連續(xù)混配車目前配套的四機(jī)廠CSGT-4808.03/mi7m/mi6m/mi。盡管為當(dāng)前國產(chǎn)最大排量的壓裂液混配車，仍與混砂車的額定排量不匹配。連續(xù)混配車自投產(chǎn)以來，先后施工泌頁HF-1井、涪頁HF-1彭頁HF-1HF-11HF150000m31HF段中期，因臺上打氣泵損壞緣由，突然停泵，險些造成施工事故〔見以下圖，排量線被修改正，排量幾乎降為零，目前正進(jìn)展檢修。圖6 焦頁1HF井第八段施工曲線連續(xù)混配車從一開頭只是進(jìn)展每段施工前的配液到目前施工前配液、施工中在線補液，今后進(jìn)展目標(biāo)是施工前不配液，施工中完全實量。續(xù)混配在線施工，加工定制連續(xù)配酸混配車。、低壓供液系統(tǒng)800m3/h1HF1泵啟動不著，推遲了半小時施工。1010分承受滑溜水與線性膠液分區(qū)供液，供液類型清楚、不易混亂，倒換快捷。缺點：10″匯管均承受馬牙扣連接、卡子固定的方式，在施工排動脫扣現(xiàn)象有所好轉(zhuǎn)，但未根本解決問題，涪頁HF-1HF-11HF9已固化的匯管快速接頭圖7供液匯管拐彎處鋼絲加固 圖89已固化的匯管快速接頭10徹底杜絕供液軟管憋開，造成供液中斷的隱患。匯管流程上連接了供液泵800m3/，在使用2段后，因發(fā)動機(jī)與傳動的連接鍵斷裂脫落，造成供液泵停用，因供液泵直接連在流程上，使用時的供液排量。10焦頁1HF圖11供液泵連接在匯管上 圖12改進(jìn)后的供液泵連接方式續(xù)供液強度需要，造成尼龍連接鍵斷裂。管中間，專家供液壓力，值得再試驗驗證效果。涪頁HF-125004″流量計計量，并傳輸?shù)絻x表車采集系統(tǒng)。元頁HF-14″HF-1線性膠、凍膠體系，均不能濃縮，因此沒有驗證使用效果。濃縮頁巖氣壓裂液體系能有效削減配液工作量，并能降低連續(xù)混配車工作量，圖13 4″流量計連接在流程上 圖14 4″流量計1:9〔800m3/h〕泵送，因此變換液體、小排量及排量變化時，濃縮液比例不能準(zhǔn)確準(zhǔn)時掌握。建議：配備專用小比例泵，能準(zhǔn)確泵送0.1—2m3/min的液體，比例泵的排量掌握簡介、快速；泵送承受4″管線，接入混砂車吸入接口，管線上安裝4″流量計，流量計信號與儀表車采集系統(tǒng)配套，液體系，降低供液、配液難度。涪頁HF-1XLW-30比較大，添加劑泵不易直接泵送，貝克公司做法：承受工業(yè)白油按1:1XLW-301HF-1XLW-30工前，將白油和XLW-301:10.6m3的方池，通2-32:12-3XLW-301:11200L200LXLW-30隊的隔膜泵直接將稀釋后的XLW-30從稀釋、配制工藝上徹底解決了該問題。155m3攪拌池〔XLW-32交聯(lián)劑〕圖16攪拌罐〔XLW-30交聯(lián)劑〕17隔膜泵〔XLW-30交聯(lián)劑〕壓井及其他大型水平井壓裂施工現(xiàn)場。圖18 威德福公司添加劑泵車 圖19 BJ公司添加劑泵車、立式砂罐的爭論應(yīng)用232100m323m3/min3場壓裂加砂的需要。20200m3HF-11HF立式砂罐在涪頁HF-1HF-1HF-11HF43m3/min，對于施工排量12m3/min251HF40-7010030-50裝一種砂，也限制了現(xiàn)場施工需求；立式砂罐閘門承受人工開關(guān)，因10內(nèi)部或外部改造，單具砂罐可分裝25m3/min18m3/min30%砂比，單具砂罐能依據(jù)需要選裝1-2比需要隨便掌握閘門開合度。4、管匯、壓裂專用井口連接器及高壓管線目前配套用于水平井壓裂的高壓管匯、管件額定工作壓力為103MPa，能夠滿足壓裂施工需要。對于大排量、大液量的頁巖氣水平井壓裂，為削減含砂液體高速度、長時間對高壓管件的沖刷磨蝕，必需43″高壓管線連接至壓裂專用井口。涪頁HF-1涪頁HF-1塞閥試壓時主軸斷裂飛出；高壓彎頭刺漏；高壓短節(jié)刺漏等等。延頁1HF-1統(tǒng)計：5序號施工中損壞高壓設(shè)備、設(shè)施統(tǒng)計表規(guī)格序號 單位數(shù)量12500型泵頭 套322023型泵頭 套33高壓彎頭 只64旋塞閥 只55高壓短節(jié) 只36低壓管線 根47臺上發(fā)動機(jī) 臺2圖、21斷裂前的旋塞閥〔藍(lán)圈內(nèi)〕圖22 斷裂后的旋塞閥手柄 圖23 斷裂后的旋塞閥本體元頁HF-11HF2高壓件〔泵頭除外，泵頭進(jìn)展工作量統(tǒng)計和探傷、測壁厚等檢測〕24路高壓管線連接方式進(jìn)展調(diào)整嘗試，杜絕了高壓消滅刺漏、斷裂等事故，降低了管線大幅猛烈震驚。建議：建立格外規(guī)壓裂井專項壓裂儲藏庫，儲藏一批高壓彎頭、中的使用，涪頁HF-110-20%5%；對于80MPa及以上壓力使用超4080MPa80口井次的泵頭，在格外規(guī)壓裂井施工前予以更換。壓裂六通：涪頁HF-1井、彭頁HF-1井使用一般壓裂井口四通進(jìn)展連接，元頁HF-11HF井使用特地加工定制的壓裂六通，180mm2口井使用，目前已通過壓裂,33903.6m3，砂1663.69m3內(nèi)外壓裂施工現(xiàn)場圖片，壓裂專用井口連接頭主要分平式和立式兩種，多為五通或六通，平式連接頭加工工藝簡潔，易磨蝕；立式連接頭屬于異型，不易加工，通過轉(zhuǎn)變壓裂液體流淌、沖刷方向，能減緩磨蝕，延長使用壽命。頁巖氣壓裂目前施工排量一般在10-12m3/min，15-18m3/min；3″高壓管線允許最大通過流量2.9-3.2/min，目前頁巖氣井均承受415-18m3/min，需考慮加工專用壓裂八通連接頭，依據(jù)加工難易程度和目前壓裂六通使用后磨蝕檢查，建議承受平式連接頭。24壓裂六通在元頁HF-1圖25 國外幾種壓裂專用立式壓裂連接器2個高壓總管匯，高壓管線需連2個高壓總管匯內(nèi)流量，4路高壓管線進(jìn)展了串聯(lián)，但受施工壓力高、排量大影響，現(xiàn)場施工效果不好，高壓管線抖動較HF-1井嘗試2個高總管匯至井口的高壓管線不在串聯(lián)，直接至井口壓裂六通回合，1HF不相互串聯(lián)。建議：壓裂高壓管線不相互串聯(lián)，各自從總管匯直接連接井口。圖26 元頁HF-1井、焦頁1HF井高壓管線串聯(lián)及獨立連接〔二〕、井場布置爭論與分析規(guī)模、施工排量等要求進(jìn)展合理布置，確保施工順當(dāng)進(jìn)展。1HF又能專業(yè)解決山區(qū)大落差管道鋪設(shè)及大排量穩(wěn)定供水難題。1000-1500m310-12m/min，支撐劑分3種粒徑〔單種粒徑支撐劑最多90m/段，一般配備12-152臺混砂車1臺備用40m340L”60mX50m根本能滿足施工要求。但是也存12m3/min5-7m3/min中途加壓，以保證施工排量穩(wěn)定。110m材料房材料房工具房遠(yuǎn)控房消防通道110m材料房材料房工具房遠(yuǎn)控房消防通道混配車消防池800方供水泵區(qū)救護(hù)車管管匯匯車車吊車濃縮液罐1濃縮液罐2濃縮液罐3立砂濃縮液罐5調(diào)整罐1調(diào)整罐2調(diào)整罐3調(diào)整罐4調(diào)整罐5 柴油罐調(diào)整罐6儀表車消56m防車消防車壓裂高壓危急區(qū)車元頁HF-1井元壩-9井混砂車酸泵一級節(jié)流管熱交換立式膠液罐9-12膠液罐8膠液罐7膠液罐6膠液罐5井場入口集合點11 2 3凍膠罐5凍膠罐6膠液罐1膠液罐2膠液罐3膠液罐44 5 6 7至主放噴池二級節(jié)流管三相分別吊車至副放噴池鍋爐數(shù)據(jù)采集房油管排區(qū)發(fā)電房值班房空呼房泥泥泥泥泥泥泥漿漿漿漿漿漿漿集合點2供液清水罐1清水罐2泵清水罐3清水罐4清水罐5清水罐6污水池清水罐7凍膠罐12023方凍膠罐2凍膠罐3凍膠罐4281HFL”型液罐布置圖10—20m3/min32m3/min，2023m360000m3，支撐劑每段60—0—032套機(jī)組分別獨立施工、井口集合。表6 國外頁巖氣井壓裂數(shù)據(jù)統(tǒng)計表L”型液罐、壓裂車2023-2500m315-18m3/min，150-200m3，則存在混砂車供液距離遠(yuǎn)、混砂車砂比低、壓60-7040m3液80mx90-100m等因素，不能滿足施工需求。施工現(xiàn)場HF-1井兩排液罐擺放距離過12m。圖28 元頁HF-1井混砂車連接2根上水管線爭論頁巖氣大型壓裂現(xiàn)場擺放方式，分下面幾種：“一”字型〔井場長條形，現(xiàn)場設(shè)備一條線擺開，現(xiàn)場設(shè)備集中，低壓流程連接較遠(yuǎn)，遠(yuǎn)端壓裂車上水困難，高壓管線多路連接混亂〕 不合理的布置方式?！笆弊中汀簿畧鰹榉叫危谠诜叫芜吙蚪锹?，壓裂設(shè)備分2處直角擺放補液分2處流程連接簡單可選的布置方式?！阿颉被颉啊弊中汀簿畧霾皇芟?，井口位于一邊中部，機(jī)組2側(cè)連接，供液集中，低壓流程簡潔，供液便利；高壓多路管線連接清楚、便利〕----29?！肮ぁ弊中汀簿畧稣L，壓裂機(jī)組兩端擺設(shè)，高、低壓流程連接簡潔、便利；補液、補砂分2處，補液流程較遠(yuǎn)〕 可選的布置方式。圖29 國外頁巖氣大型壓裂現(xiàn)場擺放模式型或“Δ”字型，2套低壓供液系統(tǒng)聯(lián)合或獨立供液、2套機(jī)組獨立施工、獨立加砂；加工可承重壓裂液罐，承受雙層罐，削減液罐多占地大、液罐遠(yuǎn)供液效率低；加工立式砂罐配套2套機(jī)組獨立施工；施工現(xiàn)場布置必需滿足施工需求，必需嚴(yán)格依據(jù)布置方案落實。三、現(xiàn)場應(yīng)用效果及技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益2023HF-1HF-1HF-11HF在圓滿完成壓裂任務(wù)的同時，也制造了一系列指標(biāo)。頁巖氣井施工指標(biāo)：1、水平井段最長：1178m〔元頁HF-1〕2、水平井最深/垂深：4982m/3661.8m〔HF-1〕3、壓裂段數(shù)最多：15〔1HF〕4、施工排量最大：15.5m3/min〔元頁HF-1〕5、施工壓力最高：97.4MPa〔元頁HF-1〕6、單日施工段數(shù)最多：3〔彭頁HF-11HF〕7、單井施工總液量最多：19972.3m3〔1HF〕8、單井加砂量最多：965.82m3〔1HF〕9、施工階段砂比最高：32%〔元頁HF-1〕10、最大單段加砂量：113.3m3〔1HF〕11、單段最大液量：1427m3〔1HF〕12、鉆塞時間最短：936h〔元頁HF-1〕13、壓后效果最好、產(chǎn)氣量最高：14mm油嘴放噴氣產(chǎn)量20.3×104m3/d，4mm10.53×104m3/d，油壓25.1MPa〔1HF井。4口頁巖氣井完成壓裂指標(biāo)動用了大量壓裂配套設(shè)備：涪頁7250010202337500hhp；彭頁HF-1825003202326000hhp；元頁250030000hhp。7頁巖氣井使用壓裂設(shè)備設(shè)施明細(xì)表井號主壓儀表混砂管 混 供 其他 合計使液 酸砂匯 配 液 關(guān)心 用〔臺車車車車罐罐罐車泵車輛套〕HF-1173222842141275HF-111122278213967HF-11522137621311801HF121113062141371井號壓裂井段m壓裂級數(shù)井號壓裂井段m壓裂級數(shù)施工排量總液量支撐劑量m3/min施工壓力M