非常規壓裂施工現場配液的應用

摘要：

隨着油田非常規油氣勘探開發工作的推進，水平井多級分段壓裂技術作為非常規油氣藏開發的一種有效的手段。與常規壓裂相比，非常規壓裂的施工工藝和配套設備都發生了重大變革。非常規壓裂有以下特點：施工規模大，入井液種類多，支撐劑種類多；設備連續作業時間長等特點。本文主要壓裂液為例，從井場勘測、罐區擺放、流程連接、現場備水、物料預處理、現場配液等多方面進行優化，着重從細化、量化着手，緊密組織運行，實現連續混配從而實現邊配液邊施工的目的。

關鍵詞：非常規；施工規模；現場配液；連續混配

前言

與常規壓裂對比，非常規壓裂有以下特點：施工規模大，目前已突破千方砂、萬方液，入井液種類如滑溜水、壓裂基液、活性水、酸液、隔離液等，需要現場的配液設備及佈局合理優化，能達到連續混配邊配邊用；施工排量大，一般施工排量為9-14 m3/min；支撐劑種類多且用量大。在非常規油藏開發中，水平井多級分段壓裂技術是目前世界上最先進的技術之一，而壓裂材料體系則是壓裂施工最重要的技術支撐。目前，壓裂大隊在常規現場配液技術基礎上，經過大量的實踐已取得連續混配技術突破，滿足中高温非常規壓裂壓裂體系要求。本文主要以5000方壓裂液為例，從井場勘測、罐區擺放、流程連接、現場備水、物料預處理、現場配液等多方面進行優化，着重從細化、量化着手，緊密組織運行，實現連續混配從而實現邊配液邊施工的目的。非常規壓裂配液，借鑑常規配液的理論基礎，在經過大量非常規現場配液組織經驗，總結非常規井配液方法及流程，力求從細化和量化入手，進行標準化流程操作。

1井場及場地要求

鑑於挖萬方蓄水池難度大，現在採用方法是上儲水罐，採油廠提前備水至卧式罐，待水備滿後，進行現場配液。非常規壓裂液量大，目前非常規壓裂採用立式罐施工，卧式罐儲液、供液的模式運行，現場運行效果很好。根據具體運行情況來看，上罐要求上立式罐1000方或者卧式罐上2000方。標準化非常規壓裂井場應為長方形，井口一側佔地要大。要求擺罐區域地面平整，無任何雜物，管排、油管、井架，板房等所有物資全部清理，沒有障礙物。有條件的將井場地面鋪煤渣、墊建築垃圾，保證車組進出井場通暢，確保沒有任何工農及油地關係等。擺立式罐區域地面必須要求平整、夯實地基，確保地基結實，避免出現因下雨土地浸泡鬆軟立式罐傾倒造成環境污染事故。

2罐區擺放及要求

罐區擺放採用立式罐+卧式罐組合。這種組合在目前壓裂大隊施工7口非常規壓裂作業中，應用效果非常好。立式罐儲液量1000方，為45個立式罐，分2排擺放。立式罐區主要負責壓裂車組主壓裂。立式罐後面預留15米空間，此空間為配液設備、供液設備及流程擺放。立式罐後，擺放卧式罐區。卧式罐區主要負責儲液。施工前期主要負責清水的儲備，備好清水後，進行現場配液，然後通過流程泵注到立式罐。有時井場條件不具備，可以選擇立式罐+卧式罐+主壓裂車組，在井場旁邊開闊地，上另1組卧式罐，進行現場配液和補液。中間採用管線連接，將遠端液體泵送至主壓裂罐區進行作業。目前，隨着非常規壓裂的不斷深入，“井工廠”模式的建立，在同台壓裂叢式井場，可以選擇上2套卧式罐進行現場配液和施工供液，施工時只移動立式罐，液體採用10寸管線長距離泵送壓裂液的方式運行。這樣可以大大降低工人的勞動強度，同時減少轉罐運營成本，達到降本增效的目的。

3流程及管網建立

3.1立式罐

立式罐區連接3個流程，3個流程每個流程閘門數不少於20個，且2端必須有10寸連接口或三通。經實驗證明，10寸硬管線可以很好的減少液體摩阻，可以保證60米遠外的流體低摩阻，保證混砂車上液正常。因目前主要採用1套2500型車組壓裂，所以立式罐只需上3個帶10寸口流程。

在配液設備正常施工中，要做到600m3/min的傳輸，常規的4吋管線已遠遠不能滿足施工需求。根據管徑與流速、排量、粘度的關係表達式：

D=18.81*(Q0.5)*(V-0.5)……..(1)

D=18.16*Q0.38*ρ0.173*μ0.033*ΔP-0.207……(2)

D:管線直徑，mm；

Q:管內液體體積流量，m3/h

V：管內介質平均流速，m/s

ρ:管內介質的密度，kg/m3

ΔP：管內100m長度上的壓力損失，Kpa

μ:管內介質的動力粘度，Pa.s

由式（2）可知，若以清水為介質，則管內介質密度ρ=1000 kg/m3，管內100m長度壓力損失ΔP=（10-50） Kpa，（一般工程上計算時，水管路，壓力常見為0.1--0.6MPa，水在水管中流速在1--3米/秒）。管內介質動力粘度μ=0.0013Pa.s，為要滿足施工排量600 m3/h，則需要D=234.74-340mm的管線。

3.2罐區管網的建立

為了保證配液連續，所有罐的有效合理連接是非常重要的。前期，已將立式罐內和卧式罐內的流程及管線連接就位。下面將管網串聯。施工時為保證配液及供液速度需上2套混配車組（即1號和2號）同時運轉同時配液，分別用A組卧式罐和B組卧式罐。首先，每組必須建立單獨的液體循環。1號混配車配好液後從攪拌罐採用2根4寸管線連接離心泵，然後通過電泵或柴油泵將溶脹好的壓裂液泵送到遠端流程，這樣就建立液體循環。同理連接好2組流程。其次，通過卧式罐中間預留1米空間用2根4寸管線將2組卧式罐串聯。最後，2套卧式罐每一側接2根，用4根4寸管線將立式罐與卧式罐連接。至此井場所有罐通過流程及管線全部連接完成。

備水是非常規壓裂井運行快慢的決定性因素。速度快，施工週期就短；速度慢，則施工週期就長。主體思路：泵站管輸供水及井場打水井並用為主，以壓裂大隊罐車拉運壓裂液為輔，供水速度每天備水不少於1000方。現場原則上採用井場附近水源。對水源三項指標進行檢測：1、PH值=6-8；2、硬度≦500ppm；3、固體顆粒≦10υm。針對現場配液對水質的要求，購置了10微米的過濾器兩台安置在適當的位置用於在施工前對水源進行過濾處理，使水質達到設計方的要求。

4現場配液

壓裂施工前要求在進場附近提供380v的連續供應電力。滿足進場施工和照明需求。提前計算出施工井場各種設備，例如攪拌池、過濾器、抽水泵、冬季施工保温用的電熱帶等的所需用電功率，使提前安置在施工井場的電力設施能夠滿足需要。

4.1配液設備

非常規壓裂井液量多，不適合廠內配液，所有壓裂液的配液工作主要在施工現場完成。目前壓裂大隊現場配液主要採用混配車、攪拌罐、電泵、柴油泵及射流器裝置等設備組成。攪拌罐及電泵、柴油泵是壓裂大隊根據實際情況，自行研發設計裝置。攪拌罐在現場運用中，可以在十分鐘內快速的將混配車混配好的壓裂基液起粘度，達到設計需要。該攪拌罐有3個攪拌器，每個攪拌器有2個長50cm呈180度對置葉片，理論每分鐘可循環液體100方。該罐前面有3個閘門，2側閘門出液端，中間一個是進液端，中間進液端在罐底連接管線至罐後部，可以保證在配液時，液體從罐底向上射流，達到充分混合，同時在配液時，化工料從罐頂加入，也能起到快速溶解攪拌的作用。另外電泵、柴油泵為壓裂液排出裝置，在渦輪電機進液端安裝1套混砂車8寸流量計，在流量計上部焊接1個快速接頭，此接頭與混配車比例泵連接。在使用中，8寸流量計將信號傳給混配車，混配車採集後，由混配車尾部的比例泵按照既定程序將鹼水按比例泵出。混配車現安裝比例泵最大排量為40L/MIN,基本可以滿足現有配液需要，如需更大排量則可以根據實際需要更換。從混配車按設計比例吸粉，打入攪拌罐，攪拌罐滿後進入下個攪拌罐，第一個攪拌罐進行充分攪拌起粘度，並同時在罐上方加液添，通過供液泵把配好的原液通過供液泵出口的流量計反饋到混配車再通過控制流量拉加鹼，達到按比例加鹼操作，並最終泵送到施工罐區域，從而達到連續混配的目的。

4.2配液流程

混配車將瓜膠粉和水混合，按一定粉比進行混配，這個過程不添加任何其他化工料，然後將混配好的壓裂基液泵送至攪拌罐內。除PH調節劑外所有其他添加劑均在攪拌罐中攪拌，攪拌約10分鐘後（經長時間現場實踐，攪拌約10分鐘粘度達到設計要求），取樣測粘度，如粘度合格，則將攪拌均勻的壓裂液，經過採用電泵和柴油泵排出端泵送入儲液罐，泵送的同時，將鹼液按比例混合入儲液罐。

配液必須保證連續。配液開始後，必須保證各項指標均合格後方可加鹼進行泵送。否則停泵檢查原因，整改後方可繼續施工。配液過程中，操作工要嚴格控制粉比，發現粘度高、基液水鎖等情況要迅速做出判斷，做好應急預案。

5現場應用

通過樊等7口井的現場配液，配液速度及質量均能達到設計要求，圓滿完成施工任務。樊井是第一口非常規井，壓裂施工準備運行時間為1個月，渤頁平1為一個半月，經過細化量化後，樊井從準備到施工完成僅用7天時間就完成了上罐、備水、配液。施工週期縮短20天。大大降低了勞動強度及施工時間。

6結論及建議

⑴ 引進大排量現場混配設備，針對緻密砂巖水平井裸眼分段壓裂施工，提高現場配液能力。

⑵ 製作化學添加劑自動比例添加裝置，解決目前存在的化學添加劑無法自動計量添加問題，實現混砂車和比例液添泵的配合使用。

⑶ 採用新材料（濃縮液），現場只需簡單攪拌後即可使用提高配液速度。

參考文獻

[1]卡爾J.艾克諾米德斯肯尼斯G.諾爾特油藏增產措施（第三版）北京：石油工業出版社，2002