“井工厂”压裂地面设备配套技术的研究及应用

“井工厂”压裂模式指以密集的井位形成一个开发“工厂”, 流水线式集中压裂, 目的是通过一体化、批量化施工提高效率, 降低平均单次成本。盐227是胜利油田第一口真正意义按“井工厂”模式勘探开发的井组, 胜利井下作业公司压裂大队成功组织施工盐227井工厂, 通过降本增效、节点控制、全程控制等, 形成良好的应用效果, 取得巨大成功, 创出多项集团公司行业纪录, 受到领导高度称赞, 被授予集体二等功, 并将该井打造成为中石化样板工程。

一、问题的提出

自2012年胜利油田开始大规模实施非常规压裂施工, 两年中分别在樊154、义123、盐227等区块, 实施非常规压裂施工71口500余层, 累计加砂1.6万m3, 用液19万m3, 采用了裸眼分段压裂、电缆泵送桥塞, 连续油管喷砂射孔等不同工艺。这些施工与以往的常规井压裂运行有很大的不同, 并且在实施过程中还要兼顾常规压裂井的运行, 运行起来点多、面广、工序繁杂, 施工风险日益增大、成本控制难度也增大, 给压裂运行工造带来了很大的挑战。

二、地面配套设备研究及应用

地面配套设施是“井工厂”一体化前提和保障, 它们的设计和应用有力保障“井工厂”压裂顺利实施运行, 同时也解决了生产时效问题, 大大缩短了施工准备时间, 从而使该技术更具有先进性。

地面配套主要研究内容有以下六项:优化方案与布局;罐区优化与低压管汇组合;连续供液系统;连续混配系统;高压环形管汇设计与研制;泵送桥塞注意事项及问题对策。

1. 优化方案与布局

排兵布阵、合理布局是地面配套工艺中的重中之重。优化施工方案, 配套设施布局主要分以下几个方面。

(1) 优化压裂车组

盐227井工厂井场采用品字形布局, 8口压裂井分布在三个井组。按照常规做法, 每个井台备一组主压车组和泵送桥塞车组。在两套车组共同施工中, 高压管线部分连接复杂, 使用管线、弯头多, 两套车组不但各自接出双管线上井口, 而且在地面四条管线之间要用管线进行连接, 每条管线要有相应的闸门控制。现场施工中, 高压管线难免出现排量差异而造成的震动, 复杂的闸门也增加操作的难度。另外考虑井场测井占地需要, 经多方考证, 决定现场选用8台一套2500型压裂泵车车组, 两套2000型泵送桥塞车组, 目的机组位置固定, 车组不动, 交叉连续作业。经实际验证, 一套车组完全可以满足施工要求。

(2) 压裂施工设备维护优化

设备好坏是保证连续施工的前提, 保证施工过程中主压裂设备不出现问题。特别制定编写车辆一二级维护制度, 制定填写“施工时设备维护计划表”。根据实际单车过液量、交叉作业、工作压力及规模等实际情况, 确定一二级维护时间, 确保主压裂设备性能优良、工况可靠。同时在维护期间进行加油、扒泵、更换柱塞盘根等易损件的维护工作。8台2500型泵车, 施工液量达到1120m3, 进行一级维护;施工液量达到3200m3, 进行二级维护。施工期间, 累计一级维护55次, 二级维护15次, 没有出现因压裂设备故障造成等停现象发生, 为连续施工打下坚实基础。

2. 罐区优化与低压管汇组合

盐227井组单层施工液量最大达到900m3, 立式罐要满足至少存储1000m3液体的量, 因此上45个立式储液罐用于主压裂施工;另上6个卧式储液罐分两组用于泵送桥塞液体储液罐。

3. 连续供液系统

盐227连续供液系统由3台大排量供水泵, 钢丝软管线、快速接头、1台大排量 (16方) 供液泵, 3个缓冲卧室罐、低压管汇等组成。考虑电潜泵供水因扬程低的原因无法直接给立式罐补满水, 于是安排上3个较低矮的卧式罐作为缓冲罐, 用电潜泵往里打水, 再上一台大排量电泵将缓冲罐内的水补充到45个立式罐中, 保证了供液的连续性。立式储液罐区采用三套低压流程连接, 每套流程之间采用两条管线串联, 混砂车从每套流程连接两条管线到混砂车上液端, 确保大排量施工的要求。

4. 连续混配系统

盐227“井工厂”压裂液体系采用乳液缔合型压裂液, 实验室前期论证该压裂液体系, 具有携砂能力强、耐剪切、抗温能力强、较现行瓜胶经济高效、易配易储运等诸多优点, 可以实现地表水即时混配泵注要求。所以在讨论方案时, 压裂大队没有上连续混配车、搅拌罐等连续混配设备, 只用采油院相关设备直接泵注至混砂车, 利用混砂车台上搅拌罐混配。该体系在现场应用中发现诸多问题:液体粘度高, 弹性差, 液体挂壁性强, 液体摩阻较大的特点。

5. 泵送桥塞注意事项及对策

泵送桥塞和射孔联作技术是目前先进的联作技术, 以其作业速度快和更经济高效的特点在北美和加拿大得到广泛应用。作业过程要求测井队伍和压裂队相互协调作业, 控制好泵入排量和电缆速度, 避免意外发生。泵送排量大小和电缆速度关系密切。排量过大和电缆移动速度过快可能会导致电缆弱点断开、桥塞意外座封和工具遇卡等事故。泵送桥塞施工顺利与否直接影响施工进度, 该项工序异常重要。压裂大队借鉴以往配合经验, 成功完成盐227井87次泵送任务。施工期间全程强化时效控制, 累计完成8口水平井共87段压裂施工任务, 设计泵送液量3900m3, 实际泵送液量2560m3;平均每天压裂施工3段, 较之前完成的非常规施工压裂运行时效有了很大提高, 同时还创出了单日压裂施工5段的高纪录, 达到了提速压裂施工运行时效的目的。

结论

盐227井是中石化胜利油田第一口真正意义上的“井工厂”, 该井成功实施摆脱了长期国外公司在“井工厂”方面的技术壁垒, 为油田可持续发展提供助力。在施工运行中, 以降本增效为核心、强化节点控制、强化组织运行, 创新型采用“环形管汇”, 开创出一套主压设备不移动车组, 只需倒换相应闸门实现三井台8口井压裂施工新模式, 取得了很好的效果和经济效益。

摘要：胜利油田自2012年开始摸索非常规压裂施工模式, 初步形成了“非常规压裂地面配套工艺”。在此工艺基础上, 经过2年多71口井试验, 不断归纳总结、不断改进优化措施, 逐步形成了“井工厂压裂地面设备配套工艺”模式。该技术在盐227井工厂成功实施和应用中取得显著效果, 并在重庆焦石坝等压裂市场成功实施, 使压裂大队在压裂技术与配套技术迈上一个新台阶。该工艺技术提高生产时效、降低作业费用、降低劳动强度等特点, 易操作、易推广。

关键词：井工厂,连续供液,优化布局,连续混配