信息技术在非常规压裂施工管理中的应用

一、前言

随着勘探开发的不断深入, 常规油气田的勘探开发难度越来越大, 国家在“十一五”规划中明确提出大力加强非常规油气田的勘探开发, 增加油气资源替代储量, 提高采收率。因此, 非常规水平井分段压裂工艺的应用成为了主要的增产手段, 对提高采收率和储量动用率有重大意义。

目前压裂施工现场的管理和技术支持工作还处于起步阶段, 尤其是针对压裂车组的设计、现场部署和运行管理上存在不足, 影响了车组的优化组合和施工井场占地的优化。

二、非常规水平井分段压裂在现场施工管理方面的特点

1. 车辆投入量大, 各种配套多

现场投入使用的大型设备主要是车辆和配套设备。

车辆:大型压裂一般需要1-2套车组施工, 每套车组一般由下列车辆组成:仪表车、泵车、管汇车、混砂车、配液车、水泥车、水罐车、吊车、各类卡车等等。

设备:包括清水罐、砂罐、搅拌罐、过滤装置、投球器、配液撬, 以及用于配液的各种泵, 和用于冬季保温的电热带等。

流程:除车辆和设备外, 还需要在压裂车组和罐、装置、井口之间进行管汇的连接, 主要包括低压管汇和高压管汇两类。

2. 配套关系复杂, 耗材管理不规范

考虑压裂过程中的损耗, 需要根据排量、流速等工艺要求提前准备易损配件, 主要包括:液控旋塞阀、手动旋塞阀、单流阀、盘根、柱塞、凡尔体、凡尔胶皮、弯头、直管、接头、三通、四通等等。

在实际施工过程中, 配件的损耗情况与施工规模、施工设计、地层条件等有着密切的关系, 如何根据已知施工条件, 加强施工过程中耗材的管理, 是一个不小的挑战。

3. 设备资源有限, 合理调配困难

非常规水平井分段压裂往往需要大规模车组, 动辄几十辆的车组也很常见, 但对于施工单位而言, 车组的配置非常昂贵, 如何根据施工条件, 对各类车辆设备进行优化组合、提高资源利用率, 是车辆设备运行亟待解决的问题。

三、信息技术对非常规压裂施工管理的支持

针对非常规水平井分段压裂在施工现场管理方面的特点和显露的问题, 我们进行了施工井场车辆设备辅助管理的信息化建设工作, 主要从以下几个方面进行了应用研究和建设:

1. 施工井场车辆设备配备

现场所有的施工车辆中, 泵车无疑是整个压裂施工车组的核心组成部分, 可用于供液、增压、打平衡、投球等施工过程, 其数量也比较多。

根据地质设计和工艺设计中确定的施工规模、施工参数, 可以初步计算出施工需要的泵车数量, 并以此为基数进行调整。比如下面列举两个比较简单的计算公式:

(1)

该公式为经验公式, 其中:

施工排量和施工限压:为工艺设计中要求的施工参数。

系数:常见的致密砂岩为1.3, 页岩为1.5。

泵车排量:一般2000型泵车是2000, 2500型泵车是2500, 其它以此类推。

(2)

总液量:施工设计用液量和施工备用液量之和。

罐车容量:一般为15方, 具体根据罐车容量而定。

按照经验, 施工排量在6.5方/分钟以内上一个车组, 超过6.5方/分钟后上二个车组。车组中每类车辆都由多台车组成, 并在施工中担负不同的工作角色。

车辆配备的计算非常复杂, 以上两个公式只是较为简单的情况, 其它计算公式不再一一列举。在实际计算中, 还需要考虑吊车、低压流程车、背罐车等车辆的配备, 以及配液速度、罐车容量、管理制度等方面的约定。

2. 施工井场车辆设备摆放

计算出大致的施工车辆设备配备情况后, 就是现场车辆和设备的摆放问题。

去过压裂施工现场的人都知道, 在有限的施工空间内, 车多、人多、设备多, 如何根据井场面积、井口位置及周边环境等条件, 最大限度利用好井场空间, 使施工过程有条不紊的进行, 是一个很大的挑战。

因此, 我们首先根据实际业务建立了车辆及设备摆放的业务规则和关系模型, 根据车辆配备情况和井场环境、业务规则进行初步的计算, 为施工管理人员提供最优化的摆放选择。

例如对泵车, 建立部分规则如下:

(1) 供液泵车按照长15米宽3米占地计算

(2) 打平衡泵车按长11米、宽3米占地计算

(3) 2000型泵车按照长12米、宽3米占地计算

(4) 2500型泵车按照长14米、宽3米占地计算

(5) 2500型泵车与管汇之间地距离为1.5米

(6) 泵车之间要有至少0.5米的宽度

(7) 压裂车组尽量远离值班房及设备, 并留有安全和应急疏散通道

其它还有针对混砂车、水罐车、高低压流程, 以及立式罐、卧式罐等设备的摆放规则, 在此不再一一列举。

3. 施工设备的配套准备

对于压裂施工过程中易损设备的维护保养需要提前准备, 保障施工正常进行。该部分主要针对车辆、流程和一些连通设备的配件的提前准备。下面以泵车为例进行系统的建设说明。

泵车需要提前准备的配件包括:凡尔体、凡尔胶皮、凡尔座、盘根、柱塞等, 以及其它保养维护工作, 如润滑油等, 配件在更换维护时, 无法正常工作。下面为泵车中部分易损耗配件的更换规则。

凡尔体:施工液量达到140方时, 需更换, 耗时2小时。

凡尔胶皮:施工液量达到140方时, 需更换, 耗时2小时。

凡尔座:施工液量达到400方时, 需更换, 耗时4小时。

盘根:施工液量达到400方时, 需更换, 耗时约8小时。

柱塞:施工液量达到400方时, 需更换;柱塞严重偏磨使其圆柱度公差大于0.1毫米时应予更换;表面粗糙度过大, 或出现纵向沟纹时应予更换;耗时约8小时。

根据这些规则, 我们建立计算机模型, 体现出这种规则关系, 根据施工规模和工艺设计要求, 计算出施工中需要提前准备的配件种类和数量, 保障施工按计划安全、正常进行。

结论

我们通过对非常规压裂施工井场车辆设备辅助管理的信息化建设工作, 能够迅速掌握现有车辆和设备等资源的状况、分布, 以及施工井位等多方面的情况, 根据这些情况, 能够更好的优化组合现有资源, 提高车辆设备的利用率。

摘要：近两年针对非常规油气的勘探开发, 是“两桶油”增储上产的战略重点。但是压裂施工的车辆设备等资源投入是非常巨大的。因此, 如何确保车辆设备等资源的投入和产出, 确保车辆设备利用的最大化, 是施工管理工作面临的重要问题。

关键词：非常规水平井,分段压裂,施工管理,车辆设备