高春宏，邵宏宇，劉彥濤

（大慶油田裝備制造集團，黑龍江 大慶 163000）

壓裂輔助配套設(shè)備是當(dāng)前工廠化壓裂作業(yè)的必不可少的組成部分，工廠化壓裂的概念，是指以單個平臺多井次作為基礎(chǔ)形成類似壓裂作業(yè)的工廠，將井場變?yōu)閴毫炎鳂I(yè)的工廠，集中配置人員、設(shè)備、物資、組織等要素，通過規(guī)?；?、一體化的施工模式以及以先進的科技管理方法，來提升壓裂作業(yè)的效率，進而減少單井平均開采成本，這是一種提高油氣產(chǎn)能效益的重要模式。由于受到壓裂井場現(xiàn)場條件、作業(yè)時間等一些客觀原因的制約，規(guī)模化的壓裂作業(yè)必須配備相應(yīng)的壓裂輔助配套設(shè)備才可以完成整個壓裂作業(yè)的施工過程。通過應(yīng)用壓裂輔助配套設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)供液、配液、輸砂等工作流程在井場內(nèi)閉環(huán)作業(yè)，這種工作模式可以滿足高壓力、大排量、大砂量、長時間連續(xù)工作的大型壓裂施工作業(yè)的要求，進一步減少液罐車和砂罐車的運輸車次、提高設(shè)備使用率，降低施工人員勞動強度，提升壓裂作業(yè)效率。隨著工廠化壓裂技術(shù)在國內(nèi)的研究應(yīng)用，我國工廠化壓裂輔助配套設(shè)備發(fā)展迅速，并取得了良好的應(yīng)用效果，但是整體技術(shù)水平與國外還有相應(yīng)的差距。

1 國外壓裂設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀

國外壓裂設(shè)備的研發(fā)起步相對較早，隨著致密油、頁巖氣等一些非常規(guī)油氣資源的大批量開發(fā)以及水平井的大規(guī)模應(yīng)用，壓裂施工段數(shù)不斷增多，壓裂規(guī)模不斷增加。近些年以來，國外的大型壓裂現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)過不斷的發(fā)展，目前已擁有非常完善的壓裂輔助設(shè)備及工藝流程。以北美地區(qū)來講，隨著頁巖氣的開發(fā)，水平井以及大型壓裂技術(shù)被關(guān)注，研發(fā)了多種高性能的壓裂設(shè)備，工廠化壓裂技術(shù)被廣泛應(yīng)用，作業(yè)效率及作業(yè)精度提高，加快了壓裂作業(yè)的施工速度，降低了施工作業(yè)的成本。由于國外大部分地區(qū)當(dāng)?shù)貕毫丫畧黾暗缆返臈l件相對較好，井場面積較大，能夠應(yīng)用大型的壓裂裝備，壓裂輔助設(shè)備的安裝及布局也比較容易，同時國外使用的壓裂成套裝備中輔助設(shè)備種類雖然很多，但是壓裂配套設(shè)備價格偏高，體積大，并不適合我國各大油田壓裂井場的作業(yè)條件。因此，當(dāng)前我們迫切需要研發(fā)外觀體積小、布局方便、性能穩(wěn)定的壓裂輔助配套設(shè)備來滿足國內(nèi)油田井場的作業(yè)需求。

2 國內(nèi)壓裂輔助配套設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀及特點

伴隨著當(dāng)前壓裂施工技術(shù)在各大油田油氣開采過程中的作用逐漸加大，壓裂輔助配套設(shè)備也受到更多的重視及關(guān)注。通過分析目前國內(nèi)各地規(guī)?；瘔毫咽┕さ默F(xiàn)狀能夠得出，因為不同區(qū)域壓裂作業(yè)的規(guī)模、地理位置、施工工藝以及裝備配置等方面不盡相同，導(dǎo)致各地壓裂輔助配套設(shè)備的配置有所不同。我們根據(jù)國內(nèi)各地頁巖氣開發(fā)的需要及地形的特點，結(jié)合壓裂現(xiàn)場工況對配套設(shè)備相關(guān)工藝進行研究，研制開發(fā)了適合國內(nèi)大多數(shù)油田的壓裂輔助配套設(shè)備的解決方案。壓裂輔助配套設(shè)備主要由水力提升動力機組、大型壓裂蓄水裝置、遠程供水供液裝置、高效配液設(shè)備、大型壓裂連續(xù)加砂設(shè)備等共同組成。

2.1 水力提升動力機組

水利提升動力機組是主要由發(fā)動機、離心泵、進出水管匯、儲油箱、柴油發(fā)電機、電控系統(tǒng)等部件組成，整體采用撬裝結(jié)構(gòu)。主要用于二級水源向大型壓裂蓄水裝置內(nèi)供水的水力提升作業(yè)。水力提升動力機組采用一備一用的撬裝式結(jié)構(gòu)。兩個撬裝結(jié)構(gòu)通過管匯進行連接，該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，操作維護方便等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程自動控制、發(fā)動機起停、實時監(jiān)控機組的運行參數(shù)。該設(shè)備操作相對簡單，運行穩(wěn)定可靠，操作者可以通過手機控制軟件遠程監(jiān)控該機組的運行情況，從而實現(xiàn)無人值守作業(yè)。

2.2 大型壓裂蓄水裝置

大型壓裂蓄水裝置主要由儲池單片、進出水管匯、防護欄、觀察臺、內(nèi)膽等部分構(gòu)成，該裝置是一種大型的室外容器，大型壓裂蓄水設(shè)備主要功能是保證壓裂施工過程所需清水的臨時存儲。該裝置通過改變儲池單片的數(shù)量，讓蓄水裝置的連接角度發(fā)生改變，從而實現(xiàn)蓄水裝置的可變?nèi)莨δ堋Ｍㄟ^應(yīng)用不同數(shù)量的儲池單片可以使大型壓裂蓄水裝置容積在600～2000m3范圍內(nèi)可變。同時該裝置的液位、溫度等相關(guān)參數(shù)能夠通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)實時監(jiān)控、遠程傳輸。

2.3 遠程供水供液裝置

遠程供水供液裝置主要由撬裝底架、主供液系統(tǒng)、副供液系統(tǒng)、液添系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部分組成。主要用于壓裂作業(yè)時為混砂車配制滑溜水，為儲酸配酸裝置和配液撬提供清水。供液系統(tǒng)的總排量可以滿足混砂車所需的排量，該設(shè)備采用橇裝結(jié)構(gòu)以便于壓裂現(xiàn)場的運輸和布局。根據(jù)現(xiàn)場頁巖氣壓裂工藝的特點，將遠程供水供液裝置設(shè)計為主、副兩套供液系統(tǒng)?？煞謨陕吠瑫r為下游設(shè)備供水配液，減少壓裂施工的作業(yè)時間。主供液系統(tǒng)通過液位計的信號傳輸識別緩沖罐的液位高低，自動控制主供液管匯的排量，使緩沖罐的液位始終保持在合理范圍內(nèi)，保證供液的持續(xù)性和聯(lián)動性。

2.4 高效配液設(shè)備

高效配液設(shè)備主要由動力系統(tǒng)、混合系統(tǒng)、快速增粘裝置、供排液泵送管匯、粉料計量系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓傳動系統(tǒng)、撬架及附件等部分組成。高效配液設(shè)備通過高能混合器將多種液體和粉類添加劑混合，實現(xiàn)水、聚合物、胍膠、堿、固體物質(zhì)等多種物質(zhì)的均勻混配、快速增粘。目前壓裂施工作業(yè)需要大排量、自動化、混配效果好、性能穩(wěn)定的高效配液設(shè)備，這種配液設(shè)備能夠提升壓裂現(xiàn)場的作業(yè)效率及施工水平，出口粘度短時間能夠達到作業(yè)粘度要求的80%以上。該配液設(shè)備排量大、采用負壓上料技術(shù)，可以有效避免揚塵現(xiàn)象，給料精確安全環(huán)保。同時混合系統(tǒng)混配普通瓜膠效果良好，攪拌效率高，通過充分溶漲,能夠達到快速增粘的效果，進一步提升混配液的實時配比粘度。高效配液設(shè)備底部采用撬裝結(jié)構(gòu)，非常便于運輸、拆裝和維修，通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動各執(zhí)行元件，整體結(jié)構(gòu)緊湊、運行平穩(wěn)，安全性能高，具備過載保護的功能（圖1）。

圖1

2.5 大型壓裂連續(xù)加砂設(shè)備

大型壓裂連續(xù)加砂設(shè)備主要由全密封式儲砂箱、自動落料系統(tǒng)、懸臂吊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等部分組成。大型壓裂連續(xù)加砂設(shè)備主要為非常規(guī)油氣田大型壓裂施工提供儲砂、輸砂作業(yè)設(shè)備，具有吊裝、上砂、儲砂、輸砂等相關(guān)功能，作業(yè)安全環(huán)保、能夠?qū)崿F(xiàn)長時間連續(xù)輸砂作業(yè)。該設(shè)備儲砂容積約為100m3，最大輸砂速度可以達到2m3/min。通過采用雙提升輸砂結(jié)構(gòu)，提升了砂料的輸送效率，內(nèi)部擁有六個儲料倉，能夠滿足多種支撐劑儲存的要求，同時該設(shè)備底部采用液壓支撐系統(tǒng)，能夠自動調(diào)節(jié)平衡，提高設(shè)備對各類油田井場的適應(yīng)性。

3 存在的問題及一些建議

首先部分新研發(fā)的設(shè)備，例如大型壓裂連續(xù)加砂設(shè)備現(xiàn)場試驗還比較少，設(shè)備的性能還有待進一步驗證及完善。其次國內(nèi)各油田由于作業(yè)規(guī)模、地形特點、施工工藝的不同，工廠化壓裂輔助配套及壓裂工藝流程也不完全一樣，希望進一步優(yōu)化壓裂工藝的相關(guān)流程，淘汰過時的流程及設(shè)備，以實現(xiàn)效益與技術(shù)的最優(yōu)匹配。另外當(dāng)前我國工廠化壓裂技術(shù)整體上還處在研究及發(fā)展階段，還沒有針對井場壓裂施工制定輔助設(shè)備配置與連接的規(guī)范，各油田及單位大部分都根據(jù)自身條件進行壓裂輔助設(shè)備的配套，還不能完全滿足大型工廠化壓裂施工作業(yè)的需求。

我們可以借鑒及參考國內(nèi)外在壓裂施工方面的先進經(jīng)驗，不斷完善壓裂輔助配套設(shè)備的制造和工藝流程，共同促進壓裂配套設(shè)備將來在各大油田的推廣及應(yīng)用。

4 結(jié)語

壓裂輔助配套設(shè)備對工廠化壓裂的施工效果有著積極的影響，結(jié)合我國油田的地形特點、儲層特征、現(xiàn)場條件以及壓裂工藝特點研發(fā)的系列工廠化壓裂輔助配套設(shè)備近些年來得到了快速的發(fā)展，部分壓裂配套的設(shè)備目前已處于世界水平，極大的推動了工廠化壓裂設(shè)備在國內(nèi)各大油田資源開發(fā)方面的現(xiàn)場應(yīng)用。壓裂輔助配套設(shè)備是大型壓裂施工作業(yè)前提和保障，通過應(yīng)用壓裂輔助配套設(shè)備，保證了大型壓裂施工現(xiàn)場配套設(shè)備之間的系統(tǒng)性、聯(lián)動性以及通用性，有效的解決了目前部分壓裂輔助配套設(shè)備存在的聯(lián)動性差、控制不統(tǒng)一等相關(guān)問題，提升了壓裂輔助配套設(shè)備的自動化和信息化水平，對推動致密油、頁巖氣等非常規(guī)油氣資源的高效開發(fā)具有十分重要的作用。