页岩气水平井压裂装备配套与应用技术研究

页岩气水平井压裂装备配套与应用技术争论完成单位：工艺研发中心2023年十二月页岩气水平井压裂装备配套与应用技术争论编写人：杨保军于洋张洪唐世东赵正龙目 录\l“_TOC_250013“一、工程概况 1\l“_TOC_250012“二、主要争论内容及取得成果 1\l“_TOC_250011“〔一、压裂装备配套方案应用与分析 1\l“_TOC_250010“1、压裂泵车配置 1\l“_TOC_250009“2、仪表车 3\l“_TOC_250008“3、低压系统 4\l“_TOC_250007“、混砂车 4\l“_TOC_250006“、连续混配车 6\l“_TOC_250005“、低压供液系统 7\l“_TOC_250004“、立式砂罐的争论应用 12\l“_TOC_250003“4、管汇、压裂专用井口连接器及高压管线 13\l“_TOC_250002“〔二、井场布置争论与分析 17\l“_TOC_250001“三、现场应用效果及技术指标、经济效益 21\l“_TOC_250000“四、结论和生疏 2310一、工程概况20235工，我处对压裂设备及设施进展了配套，通过现场应用，压裂设备配15m3/min、加砂量单搅龙最大只能3m3/min依据。二、主要争论内容及取得成果〔一〕、压裂装备配套方案应用与分析1、压裂泵车配置泵送桥塞+电缆射孔联作水平井分段压裂规模较大，因每段压裂后泵送桥塞、射孔导致施工时间更长，一般每天最多施工210-15m3/min1000-3000m３、每段砂量100-200m３，每段使用多种液体〔滑溜水与线性胶或冻胶〕和多种粒径的支撑剂〔70/10040/7030/50。2023250020238250010月，2250015HF-1102023施工需求；250041.02m3/min，100MPa，1640000HHP。档压力〔MPa)排量(m3/min)压力〔MPa)档压力〔MPa)排量(m3/min)压力〔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台2500型〔4“柱塞〕泵车各种限压下施工排量限压〔MPa〕9080706050档位45667泵效85-87%87-90%90%93%93-95%理论排量〔m3/min〕16.320.3225.625.631.52实际排量〔m3/min〕13.8-14.217.6-18.22323.829.3-29.9压裂泵车配置除考虑压裂设计总功率外，还需依据泵车的连续工作时间选择泵车功率储藏系数〔见表。由此确定压裂泵车的型号和数量。3压裂泵车功率系数确定原则1-23-45-66h压裂车功率储藏系数1.2-1.41.4-1.61.6-1.81.8-2.0在使用泵车时可以参考SPM〔QWS2500“CLASSIC“〕工作周期曲线〔1〕来确定单台泵车的压力、排量和工作时间。图中蓝8080%以下，有利于保证大泵的使用寿命。但通常这个条件难以满足，特别是下的工作时间。1QWS2500“CLASSIC“泵工作周期曲线5%工作时间区5%工作时间区25%工作时间区100%10%工作时间区大泵有效使用区45%90%80%力压45%00 80% 90% 100%排量32500HHPØ101.6mm(4“)柱塞需的高压、大排量、充分充裕水马力要求的需要。建议：依据施工需求，合理安排泵车数量及施工档位。页岩气井每段施工20-30%充裕量。2、仪表车仪表车用于远距离遥控压裂车和混砂车，采集和显示施工参数，进展实时数据采集、施工监测及裂缝模拟并对施工的全过程进展分析。由于不同的压裂设备具有不同的仪表车操控、采集系统，不能互2入仪表车泵车掌握系统，关心机组使用便携式泵车操作箱。2500统，进展统一掌握、监控及操作；四机厂泵车掌握系统及便携式掌握箱屡次消灭施工中间掉线、断网等现象，造成泵车短时间内失控，可能会造成施工事故。建议：检修、升级掌握系统；3、低压系统、混砂车20m3/min16m3/min85%的泵效计算，混砂车施工排量≤13.6m3/min10-13m3/min115m3/min2台混砂车同时使用。元页HF-1215.5m3/min1HF112m3/min其是混配车不能在线补液时，排量降的较多，且不稳定。250010000kg。目前页10040-70目、30-501.45-1.7kg/m3。表4 施工排量与混砂车最大砂比对应表施工101112131415161718排量砂比34-2931-2628-2426-2224-2122-1921-1820-1719-16混砂车操作问题：操作不娴熟，不能针对混砂车设备现状，进展有效、准时、稳定操作。焦页1HF量波动较大，造成马上停砂顶替观看。分析缘由：页岩气承受段塞式动力系统或液压系统动力安排不准时、不稳定，后对于超过10%的砂5%的台阶屡次连续输入的方式，根本解决操作问题。图2 焦页1HF井第八段施工曲线图3 焦页1HF井第十四段施工曲线发动机或液压系统动力安排存在问题，每次加砂均消灭排量大幅施工砂堵；图4 焦页1HF井第十五端施工曲线图5 文203-59施工曲线措施制定及演练；改进混砂车动力或液压系统。、连续混配车目前配套的四机厂CSGT-4808.03/mi7m/mi6m/mi。尽管为当前国产最大排量的压裂液混配车，仍与混砂车的额定排量不匹配。连续混配车自投产以来，先后施工泌页HF-1井、涪页HF-1彭页HF-1HF-11HF150000m31HF段中期，因台上打气泵损坏缘由，突然停泵，险些造成施工事故〔见以下图，排量线被修改正，排量几乎降为零，目前正进展检修。图6 焦页1HF井第八段施工曲线连续混配车从一开头只是进展每段施工前的配液到目前施工前配液、施工中在线补液，今后进展目标是施工前不配液，施工中完全实量。续混配在线施工，加工定制连续配酸混配车。、低压供液系统800m3/h1HF1泵启动不着，推迟了半小时施工。1010分承受滑溜水与线性胶液分区供液，供液类型清楚、不易混乱，倒换快捷。缺点：10″汇管均承受马牙扣连接、卡子固定的方式，在施工排动脱扣现象有所好转，但未根本解决问题，涪页HF-1HF-11HF9已固化的汇管快速接头图7供液汇管拐弯处钢丝加固 图89已固化的汇管快速接头10彻底杜绝供液软管憋开，造成供液中断的隐患。汇管流程上连接了供液泵800m3/，在使用2段后，因发动机与传动的连接键断裂脱落，造成供液泵停用，因供液泵直接连在流程上，使用时的供液排量。10焦页1HF图11供液泵连接在汇管上 图12改进后的供液泵连接方式续供液强度需要，造成尼龙连接键断裂。管中间，专家供液压力，值得再试验验证效果。涪页HF-125004″流量计计量，并传输到仪表车采集系统。元页HF-14″HF-1线性胶、冻胶体系，均不能浓缩，因此没有验证使用效果。浓缩页岩气压裂液体系能有效削减配液工作量，并能降低连续混配车工作量，图13 4″流量计连接在流程上 图14 4″流量计1:9〔800m3/h〕泵送，因此变换液体、小排量及排量变化时，浓缩液比例不能准确准时掌握。建议：配备专用小比例泵，能准确泵送0.1—2m3/min的液体，比例泵的排量掌握简介、快速；泵送承受4″管线，接入混砂车吸入接口，管线上安装4″流量计，流量计信号与仪表车采集系统配套，液体系，降低供液、配液难度。涪页HF-1XLW-30比较大，添加剂泵不易直接泵送，贝克公司做法：承受工业白油按1:1XLW-301HF-1XLW-30工前，将白油和XLW-301:10.6m3的方池，通2-32:12-3XLW-301:11200L200LXLW-30队的隔膜泵直接将稀释后的XLW-30从稀释、配制工艺上彻底解决了该问题。155m3搅拌池〔XLW-32交联剂〕图16搅拌罐〔XLW-30交联剂〕17隔膜泵〔XLW-30交联剂〕压井及其他大型水平井压裂施工现场。图18 威德福公司添加剂泵车 图19 BJ公司添加剂泵车、立式砂罐的争论应用232100m323m3/min3场压裂加砂的需要。20200m3HF-11HF立式砂罐在涪页HF-1HF-1HF-11HF43m3/min，对于施工排量12m3/min251HF40-7010030-50装一种砂，也限制了现场施工需求；立式砂罐闸门承受人工开关，因10内部或外部改造，单具砂罐可分装25m3/min18m3/min30%砂比，单具砂罐能依据需要选装1-2比需要随便掌握闸门开合度。4、管汇、压裂专用井口连接器及高压管线目前配套用于水平井压裂的高压管汇、管件额定工作压力为103MPa，能够满足压裂施工需要。对于大排量、大液量的页岩气水平井压裂，为削减含砂液体高速度、长时间对高压管件的冲刷磨蚀，必需43″高压管线连接至压裂专用井口。涪页HF-1涪页HF-1塞阀试压时主轴断裂飞出；高压弯头刺漏；高压短节刺漏等等。延页1HF-1统计：5序号施工中损坏高压设备、设施统计表规格序号 单位数量12500型泵头 套322023型泵头 套33高压弯头 只64旋塞阀 只55高压短节 只36低压管线 根47台上发动机 台2图、21断裂前的旋塞阀〔蓝圈内〕图22 断裂后的旋塞阀手柄 图23 断裂后的旋塞阀本体元页HF-11HF2高压件〔泵头除外，泵头进展工作量统计和探伤、测壁厚等检测〕24路高压管线连接方式进展调整尝试，杜绝了高压消灭刺漏、断裂等事故，降低了管线大幅猛烈震惊。建议：建立格外规压裂井专项压裂储藏库，储藏一批高压弯头、中的使用，涪页HF-110-20%5%；对于80MPa及以上压力使用超4080MPa80口井次的泵头，在格外规压裂井施工前予以更换。压裂六通：涪页HF-1井、彭页HF-1井使用一般压裂井口四通进展连接，元页HF-11HF井使用特地加工定制的压裂六通，180mm2口井使用，目前已通过压裂,33903.6m3，砂1663.69m3内外压裂施工现场图片，压裂专用井口连接头主要分平式和立式两种，多为五通或六通，平式连接头加工工艺简洁，易磨蚀；立式连接头属于异型，不易加工，通过转变压裂液体流淌、冲刷方向，能减缓磨蚀，延长使用寿命。页岩气压裂目前施工排量一般在10-12m3/min，15-18m3/min；3″高压管线允许最大通过流量2.9-3.2/min，目前页岩气井均承受415-18m3/min，需考虑加工专用压裂八通连接头，依据加工难易程度和目前压裂六通使用后磨蚀检查，建议承受平式连接头。24压裂六通在元页HF-1图25 国外几种压裂专用立式压裂连接器2个高压总管汇，高压管线需连2个高压总管汇内流量，4路高压管线进展了串联，但受施工压力高、排量大影响，现场施工效果不好，高压管线抖动较HF-1井尝试2个高总管汇至井口的高压管线不在串联，直接至井口压裂六通回合，1HF不相互串联。建议：压裂高压管线不相互串联，各自从总管汇直接连接井口。图26 元页HF-1井、焦页1HF井高压管线串联及独立连接〔二〕、井场布置争论与分析规模、施工排量等要求进展合理布置，确保施工顺当进展。1HF又能专业解决山区大落差管道铺设及大排量稳定供水难题。1000-1500m310-12m/min，支撑剂分3种粒径〔单种粒径支撑剂最多90m/段，一般配备12-152台混砂车1台备用40m340L”60mX50m根本能满足施工要求。但是也存12m3/min5-7m3/min中途加压，以保证施工排量稳定。110m材料房材料房工具房远控房消防通道110m材料房材料房工具房远控房消防通道混配车消防池800方供水泵区救护车管管汇汇车车吊车浓缩液罐1浓缩液罐2浓缩液罐3立砂浓缩液罐5调整罐1调整罐2调整罐3调整罐4调整罐5 柴油罐调整罐6仪表车消56m防车消防车压裂高压危急区车元页HF-1井元坝-9井混砂车酸泵一级节流管热交换立式胶液罐9-12胶液罐8胶液罐7胶液罐6胶液罐5井场入口集合点11 2 3冻胶罐5冻胶罐6胶液罐1胶液罐2胶液罐3胶液罐44 5 6 7至主放喷池二级节流管三相分别吊车至副放喷池锅炉数据采集房油管排区发电房值班房空呼房泥泥泥泥泥泥泥浆浆浆浆浆浆浆集合点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冻胶罐12023方冻胶罐2冻胶罐3冻胶罐4281HFL”型液罐布置图10—20m3/min32m3/min，2023m360000m3，支撑剂每段60—0—032套机组分别独立施工、井口集合。表6 国外页岩气井压裂数据统计表L”型液罐、压裂车2023-2500m315-18m3/min，150-200m3，则存在混砂车供液距离远、混砂车砂比低、压60-7040m3液80mx90-100m等因素，不能满足施工需求。施工现场HF-1井两排液罐摆放距离过12m。图28 元页HF-1井混砂车连接2根上水管线争论页岩气大型压裂现场摆放方式，分下面几种：“一”字型〔井场长条形，现场设备一条线摆开，现场设备集中，低压流程连接较远，远端压裂车上水困难，高压管线多路连接混乱〕 不合理的布置方式。“十”字型〔井场为方形，井口在方形边框角落，压裂设备分2处直角摆放补液分2处流程连接简单可选的布置方式。“Ⅱ”或“”字型〔井场不受限，井口位于一边中部，机组2侧连接，供液集中，低压流程简洁，供液便利；高压多路管线连接清楚、便利〕----29。“工”字型〔井场窄长，压裂机组两端摆设，高、低压流程连接简洁、便利；补液、补砂分2处，补液流程较远〕 可选的布置方式。图29 国外页岩气大型压裂现场摆放模式型或“Δ”字型，2套低压供液系统联合或独立供液、2套机组独立施工、独立加砂；加工可承重压裂液罐，承受双层罐，削减液罐多占地大、液罐远供液效率低；加工立式砂罐配套2套机组独立施工；施工现场布置必需满足施工需求，必需严格依据布置方案落实。三、现场应用效果及技术指标、经济效益2023HF-1HF-1HF-11HF在圆满完成压裂任务的同时，也制造了一系列指标。页岩气井施工指标：1、水平井段最长：1178m〔元页HF-1〕2、水平井最深/垂深：4982m/3661.8m〔HF-1〕3、压裂段数最多：15〔1HF〕4、施工排量最大：15.5m3/min〔元页HF-1〕5、施工压力最高：97.4MPa〔元页HF-1〕6、单日施工段数最多：3〔彭页HF-11HF〕7、单井施工总液量最多：19972.3m3〔1HF〕8、单井加砂量最多：965.82m3〔1HF〕9、施工阶段砂比最高：32%〔元页HF-1〕10、最大单段加砂量：113.3m3〔1HF〕11、单段最大液量：1427m3〔1HF〕12、钻塞时间最短：936h〔元页HF-1〕13、压后效果最好、产气量最高：14mm油嘴放喷气产量20.3×104m3/d，4mm10.53×104m3/d，油压25.1MPa〔1HF井。4口页岩气井完成压裂指标动用了大量压裂配套设备：涪页7250010202337500hhp；彭页HF-1825003202326000hhp；元页250030000hhp。7页岩气井使用压裂设备设施明细表井号主压仪表混砂管 混 供 其他 合计使液 酸砂汇 配 液 关心 用〔台车车车车罐罐罐车泵车辆套〕HF-1173222842141275HF-111122278213967HF-11522137621311801HF121113062141371井号压裂井段m压裂级数井号压裂井段m压裂级数施工排量总液量支撑剂量m3/min施工压力M