林蕾

（中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司壓裂公司，遼寧盤錦124000）

1 引言

壓裂和酸化施工作業(yè)是改造油氣藏的重要手段之一。壓裂施工通過注入高壓流體使井底地層形成具有足夠大小的填砂裂縫，以增加油氣的流動性，提高油氣單井產(chǎn)量。對于低滲透油氣井需要借助壓裂和酸化作業(yè)才能達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)的目的，油氣井通過成功的壓裂酸化作業(yè)后，單井產(chǎn)量可以提高幾倍到十幾倍。壓裂設(shè)備的配置和性能隨著壓裂工藝的進(jìn)步在不斷的發(fā)展中。目前，國內(nèi)常用壓裂車組類型主要為2000型和2500型。

壓裂設(shè)備適用于油（煤）氣層泵送不同類型介質(zhì)的措施作業(yè)，是油氣田、頁巖氣、煤層氣勘探開發(fā)的重要增產(chǎn)措施裝備。壓裂車組通常由壓裂車、混砂車、儀表車、地面高低壓管匯和其他輔助設(shè)備組成。施工中，混砂車將壓裂液與支撐劑混合完成后，通過連接管匯提供給壓裂車，壓裂車對混合后的液體加壓，通過高壓管匯集后注入井底，儀表車對作業(yè)全過程進(jìn)行監(jiān)控和記錄。頁巖氣開發(fā)的主要手段就是依靠水平井技術(shù)通過壓裂酸化作業(yè)措施提高氣產(chǎn)量。

2 頁巖氣壓裂作業(yè)概況

2.1 頁巖氣壓裂作業(yè)規(guī)模

與常規(guī)水力壓裂相比，頁巖氣藏壓裂作業(yè)具有大液量、大排量、大規(guī)模、低砂比和長工期的特點(diǎn)。大液量指單井施工用液在20 000m3以上；大排量指單井施工排量為12～14m3/min；大規(guī)模指水平井分段25段以上、單段加砂90～110t、施工壓力約在100MPa；低砂比指砂比小于10%；長工期指單井施工周期約為15d[1]。

2.2 不同儲層的設(shè)備需求

目前，壓裂作業(yè)已由常規(guī)小規(guī)模加砂壓裂發(fā)展到大規(guī)模壓裂改造、分層壓裂、水平井分段壓裂等，單井次施工規(guī)模由原來的千方液和百方砂，發(fā)展到目前的萬方液與千方砂，連續(xù)施工作業(yè)時間由原來的1d增加到十幾天以上[2]。儲層的變化和新工藝的應(yīng)用，使壓裂施工的規(guī)模和難度越來越大，對壓裂裝備的性能和配套要求也越來越高，具體如表1所示。

表1不同儲層改造對壓裂車組功率及配置需求

2.3 壓裂車的基本構(gòu)成

壓裂車主要由重載汽車底盤、發(fā)動機(jī)、傳動箱、壓裂泵、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、吸入管匯及排出管匯、儀表控制系統(tǒng)等組成。2000型壓裂車最大工作壓力為103MPa，額定輸入功率為1 470kW；2500型壓裂車最大工作壓力為140MPa，額定輸入功率為2 058kW。

3 2000型壓裂車在頁巖氣作業(yè)工況下的弊端

2000型壓裂車在頁巖氣作業(yè)工況下主要有如下弊端：

1）頁巖氣藏巖性特別致密，頁巖儲層孔隙度、基質(zhì)滲透率極低，巖石硬度大，破裂壓力梯度大，施工破裂泵壓高。現(xiàn)階段，部分頁巖氣井最高施工泵壓已達(dá)120MPa，2000型壓裂車的最高施工泵壓為103MPa，難以滿足現(xiàn)有施工要求。

2）頁巖氣壓裂需要盡可能地溝通天然裂縫實現(xiàn)增產(chǎn)，因此，需要較大的加砂規(guī)模，并且需要的砂比較低，前置液量較大，使壓裂液的用量也較大，壓裂施工時間較長。例如，在重慶焦石壩地區(qū)實施的焦頁42-2HF井和42-3HF井，兩口井共計壓裂36段/89簇，施工時間15d。2000型壓裂設(shè)備難以滿足高壓力下的長時間運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。

3）部分頁巖氣井地面壓裂施工泵壓超過90MPa，接近或超過現(xiàn)有2000型壓裂泵車的安全施工工作壓力，施工安全風(fēng)險較大，有時還存在壓不開地層現(xiàn)象，達(dá)不到壓裂增產(chǎn)的效果。例如，富順—永川合作區(qū)的來101井直井壓裂，施工時壓力達(dá)到91～95.5MPa，最大排量11.3m3/min，設(shè)備運(yùn)行存在較大的安全隱患。

4）壓裂車超高壓（工作額定壓力100MPa）工作時，處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)。長時間滿負(fù)荷工作，會縮短壓裂車可連續(xù)工作時間，造成設(shè)備磨損嚴(yán)重，大大降低設(shè)備可靠性和使用壽命。

4 2500型壓裂車的技術(shù)優(yōu)勢

以煙臺杰瑞公司壓裂車組為例，其2000型壓裂車組單機(jī)輸出水功率1 470kW，最高工作壓力103MPa；2500型壓裂車組單機(jī)輸出水功率約1 838kW，最高工作壓力137.9MPa。2500型壓裂車組功率超出2000型壓裂車組25%，最高工作壓力超出約33%。國內(nèi)2500型壓裂車常見配置要求如表2所示。

表2國內(nèi)2500型壓裂車常見配置要求

5 結(jié)語

頁巖氣壓裂施工規(guī)模大、排量大、壓力高、施工時間長，其施工特點(diǎn)決定頁巖氣壓裂作業(yè)需要在較大功率下，或者是在較高壓力下進(jìn)行長時間的持續(xù)作業(yè)。2000型壓裂車組單機(jī)輸出功率只有1 470kW，最高工作壓力103MPa，為滿足施工要求，只能通過增加車組數(shù)量、輪流作業(yè)；或者是在高壓力、大功率下強(qiáng)行長時間連續(xù)作業(yè)，但此舉使設(shè)備過度磨損，使用壽命大大降低，且存在較大的安全隱患。相比2000型，2500型的輸出水功率（1 838kW）和最高工作壓力（137MPa）均較高，更適用于當(dāng)前頁巖氣開發(fā)所需要的大排量、大規(guī)模、高壓力發(fā)展的需要。因此，從壓裂施工的泵壓、排量和安全等方面考慮，2500型壓裂車綜合優(yōu)勢較為明顯。