信息技術在非常規(guī)壓裂施工管理中的應用

高波(勝利油田勝利軟件有限責任公司 山東 東營257000)

一、前言

隨著勘探開發(fā)的不斷深入，常規(guī)油氣田的勘探開發(fā)難度越來越大，國家在“十一五”規(guī)劃中明確提出大力加強非常規(guī)油氣田的勘探開發(fā)，增加油氣資源替代儲量，提高采收率。因此，非常規(guī)水平井分段壓裂工藝的應用成為了主要的增產手段，對提高采收率和儲量動用率有重大意義。

目前壓裂施工現(xiàn)場的管理和技術支持工作還處于起步階段，尤其是針對壓裂車組的設計、現(xiàn)場部署和運行管理上存在不足，影響了車組的優(yōu)化組合和施工井場占地的優(yōu)化。

二、非常規(guī)水平井分段壓裂在現(xiàn)場施工管理方面的特點

1.車輛投入量大，各種配套多

現(xiàn)場投入使用的大型設備主要是車輛和配套設備。

車輛：大型壓裂一般需要1-2套車組施工，每套車組一般由下列車輛組成：儀表車、泵車、管匯車、混砂車、配液車、水泥車、水罐車、吊車、各類卡車等等。

設備：包括清水罐、砂罐、攪拌罐、過濾裝置、投球器、配液撬，以及用于配液的各種泵，和用于冬季保溫的電熱帶等。

流程：除車輛和設備外，還需要在壓裂車組和罐、裝置、井口之間進行管匯的連接，主要包括低壓管匯和高壓管匯兩類。

2.配套關系復雜，耗材管理不規(guī)范

考慮壓裂過程中的損耗，需要根據排量、流速等工藝要求提前準備易損配件，主要包括：液控旋塞閥、手動旋塞閥、單流閥、盤根、柱塞、凡爾體、凡爾膠皮、彎頭、直管、接頭、三通、四通等等。

在實際施工過程中，配件的損耗情況與施工規(guī)模、施工設計、地層條件等有著密切的關系，如何根據已知施工條件，加強施工過程中耗材的管理，是一個不小的挑戰(zhàn)。

3.設備資源有限，合理調配困難

非常規(guī)水平井分段壓裂往往需要大規(guī)模車組，動輒幾十輛的車組也很常見，但對于施工單位而言，車組的配置非常昂貴，如何根據施工條件，對各類車輛設備進行優(yōu)化組合、提高資源利用率，是車輛設備運行亟待解決的問題。

三、信息技術對非常規(guī)壓裂施工管理的支持

針對非常規(guī)水平井分段壓裂在施工現(xiàn)場管理方面的特點和顯露的問題，我們進行了施工井場車輛設備輔助管理的信息化建設工作，主要從以下幾個方面進行了應用研究和建設：

1.施工井場車輛設備配備

現(xiàn)場所有的施工車輛中，泵車無疑是整個壓裂施工車組的核心組成部分，可用于供液、增壓、打平衡、投球等施工過程，其數量也比較多。

根據地質設計和工藝設計中確定的施工規(guī)模、施工參數，可以初步計算出施工需要的泵車數量，并以此為基數進行調整。比如下面列舉兩個比較簡單的計算公式：

(1)

該公式為經驗公式，其中：

施工排量和施工限壓：為工藝設計中要求的施工參數。

系數：常見的致密砂巖為1.3，頁巖為1.5。

泵車排量：一般2000型泵車是2000，2500型泵車是2500，其它以此類推。

(2)

總液量：施工設計用液量和施工備用液量之和。

罐車容量：一般為15方，具體根據罐車容量而定。

按照經驗，施工排量在6.5方/分鐘以內上一個車組，超過6.5方/分鐘后上二個車組。車組中每類車輛都由多臺車組成，并在施工中擔負不同的工作角色。

車輛配備的計算非常復雜，以上兩個公式只是較為簡單的情況，其它計算公式不再一一列舉。在實際計算中，還需要考慮吊車、低壓流程車、背罐車等車輛的配備，以及配液速度、罐車容量、管理制度等方面的約定。

2.施工井場車輛設備擺放

計算出大致的施工車輛設備配備情況后，就是現(xiàn)場車輛和設備的擺放問題。

去過壓裂施工現(xiàn)場的人都知道，在有限的施工空間內，車多、人多、設備多，如何根據井場面積、井口位置及周邊環(huán)境等條件，最大限度利用好井場空間，使施工過程有條不紊的進行，是一個很大的挑戰(zhàn)。

因此，我們首先根據實際業(yè)務建立了車輛及設備擺放的業(yè)務規(guī)則和關系模型，根據車輛配備情況和井場環(huán)境、業(yè)務規(guī)則進行初步的計算，為施工管理人員提供最優(yōu)化的擺放選擇。

例如對泵車，建立部分規(guī)則如下：

①供液泵車按照長15米寬3米占地計算

②打平衡泵車按長11米、寬3米占地計算

③2000型泵車按照長12米、寬3米占地計算

④2500型泵車按照長14米、寬3米占地計算

⑤2500型泵車與管匯之間地距離為1.5米

⑥泵車之間要有至少0.5米的寬度

⑦壓裂車組盡量遠離值班房及設備，并留有安全和應急疏散通道

其它還有針對混砂車、水罐車、高低壓流程，以及立式罐、臥式罐等設備的擺放規(guī)則，在此不再一一列舉。

3.施工設備的配套準備

對于壓裂施工過程中易損設備的維護保養(yǎng)需要提前準備，保障施工正常進行。該部分主要針對車輛、流程和一些連通設備的配件的提前準備。下面以泵車為例進行系統(tǒng)的建設說明。

泵車需要提前準備的配件包括：凡爾體、凡爾膠皮、凡爾座、盤根、柱塞等，以及其它保養(yǎng)維護工作，如潤滑油等，配件在更換維護時，無法正常工作。下面為泵車中部分易損耗配件的更換規(guī)則。

凡爾體：施工液量達到140方時，需更換，耗時2小時。

凡爾膠皮：施工液量達到140方時，需更換，耗時2小時。

凡爾座：施工液量達到400方時，需更換，耗時4小時。

盤根：施工液量達到400方時，需更換，耗時約8小時。

柱塞：施工液量達到400方時，需更換；柱塞嚴重偏磨使其圓柱度公差大于0.1毫米時應予更換；表面粗糙度過大，或出現(xiàn)縱向溝紋時應予更換；耗時約8小時。

根據這些規(guī)則，我們建立計算機模型，體現(xiàn)出這種規(guī)則關系，根據施工規(guī)模和工藝設計要求，計算出施工中需要提前準備的配件種類和數量，保障施工按計劃安全、正常進行。

結論

我們通過對非常規(guī)壓裂施工井場車輛設備輔助管理的信息化建設工作，能夠迅速掌握現(xiàn)有車輛和設備等資源的狀況、分布，以及施工井位等多方面的情況，根據這些情況，能夠更好的優(yōu)化組合現(xiàn)有資源，提高車輛設備的利用率。