陸英娜

（中石化四機石油機械有限公司， 湖北 荊州 434000）

隨著石油勘探開發(fā)技術的不斷進步，以酸化壓裂為主要手段的儲層改造技術已成為開發(fā)低滲油氣田、提高單井產(chǎn)量的主體技術，該技術已廣泛應用在陸地油氣開采中，并且具備完整的配套設備和成熟的工藝體系。將陸地壓裂技術轉(zhuǎn)化為適合海上油氣作業(yè)的可行技術，開發(fā)約占全球石油資源總量34%的海上油氣資源[1]。海洋石油增產(chǎn)作業(yè)多數(shù)集中在一艘船上完成，這類專門為壓裂或其它流體處理而設計的增產(chǎn)作業(yè)船具有現(xiàn)場質(zhì)量控制、混合能力、儲存能力、泵送能力和動力定位能力，能夠提供包括酸化、壓裂和防砂在內(nèi)的一系列增產(chǎn)作業(yè)服務。

圖1 作業(yè)系統(tǒng)功能模塊以及流程

1 壓裂船的主要作業(yè)設備

一艘壓裂船主要由船舶和作業(yè)設備組成，作業(yè)設備一般由壓裂裝置、配液裝置、支撐劑儲存裝置、液體儲存裝置、管匯等組成。在壓裂施工時，配液裝置將混配好的壓裂液通過供液管匯以一定壓力輸送給壓裂裝置，后經(jīng)壓裂裝置增壓后注入油氣井中[2]。在整個作業(yè)流程中，供液管匯起到了給壓裂裝置輸送壓裂液的作用。雙層海洋壓裂作業(yè)系統(tǒng)臺架下層壓裂液混合流程如圖2所示，其中，高壓泵送系統(tǒng)即壓裂撬至少為4臺套。

目前，陸地和海洋平臺壓裂作業(yè)中的供液管匯通常采用4寸橡膠軟管，根據(jù)現(xiàn)場壓裂作業(yè)需求，在配液裝置和壓裂裝置之間連接多根4寸橡膠軟管，通過控制蝶閥的開啟，改變所連接的4寸橡膠軟管的數(shù)量，以適應不同流量壓裂液的輸送，保證壓裂裝置的吸入端有充足的吸入壓力。

現(xiàn)有的供液管匯應用在壓裂船上存在以下問題：（1）受船體及船艙的空間限制，沒有足夠的空間安裝現(xiàn)有的管路來完成壓裂液的輸送；（2）單根4寸橡膠軟管無法滿足不同排量壓裂液輸送要求，目前陸地上所采用的供液方式不能適用于壓裂船。為此，需要設計一種可以安裝在海洋壓裂船上的供液管匯，從而實現(xiàn)海洋壓裂增產(chǎn)作業(yè)需求。

2 壓裂船供液管匯的整體結構設計

供液管匯包括歧管、蝶閥Ⅰ、蝶閥Ⅱ、主管、支管。歧管通過蝶閥Ⅰ與主管連接，通過蝶閥Ⅱ與支管連接，其中，主管的管徑D1不等于管徑D2。

圖3 壓裂船供液管匯

3 壓裂船供液管匯的詳細結構設計

（1）歧管由兩條管徑不同的支路組成，呈Ч型布置，支路間夾角為α。

（2）主管和支管均由法蘭接管和可曲撓橡膠接頭組成，每個接管至少有四條支路用于給多個設備接口供液。安裝在每個管路上的可曲撓橡膠接頭用于吸收供液管匯工作時產(chǎn)生的振動。

大排量壓裂作業(yè)時，主管上的蝶閥Ⅰ開啟，支管上的蝶閥Ⅱ關閉，壓裂液通過主管的至少四條支路進入壓裂裝置低壓管匯；小排量壓裂作業(yè)時，支管上的蝶閥Ⅱ開啟，主管上的蝶閥Ⅰ關閉，壓裂液通過支管的至少四條支路進入壓裂裝置低壓管匯。

管徑、壓力與流量存在如下關系：

式中：D-管道內(nèi)徑；n-管道內(nèi)壁粗糙度；S-管道摩阻；L-管道長度；ρ-壓裂液密度；Q-流量；P-壓差

由上式可知，壓裂泵的吸入壓力為某一定值時，同一種壓裂液在相同的管道材質(zhì)，相同的管道長度下作業(yè)時，當流量變小時，管徑也相應變小。

4 結論

海洋油氣壓裂作業(yè)系統(tǒng)要求配置壓裂作業(yè)所需要的所有裝備，在有限的船舶空間下，作業(yè)設備優(yōu)化配置，完成混合、配液、配酸、供砂與輸砂、壓裂增壓等工藝流程。設計一種壓裂船供液管匯，能夠滿足船舶安裝空間和壓裂作業(yè)工藝需求，保證壓裂裝置的吸入壓力。

兩種管徑的海洋壓裂作業(yè)系統(tǒng)供液管匯能夠在保證供液壓力的前提下，適應大、小排量壓裂作業(yè)工況，大排量作業(yè)時通過大管徑的主管供液，小排量作業(yè)時通過小管徑的支管供液。

◆參考文獻

[1] 劉安.酸化壓裂技術在海洋油氣田中的應用與發(fā)展[J].石化技術，2017，24(10)：150+137.

[2] 中石化石油工程機械有限公司第四機械廠. 一種雙層海洋壓裂作業(yè)系統(tǒng)模擬試驗臺架[P].中國專利：205895216，2017-01-18.

[3] 中石化石油工程機械有限公司第四機械廠. 一種壓裂船供液管匯[P].中國專利：206016789，2017-03-15.

[4] 武昌船舶重工集團有限公司，湖北海洋工程裝備研究院有限公司. 一種海洋油氣增產(chǎn)作業(yè)船[P].中國專利：205837138，2016-12-28.

[5] 中石化四機石油機械有限公司，中石化石油機械股份有限公司. 一種壓裂船作業(yè)系統(tǒng)[P].中國專利：106050212，2018-10-28.