一種雙層海洋壓裂作業(yè)系統(tǒng)用供液管匯

陸英娜

（中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司， 湖北 荊州 434000）

隨著石油勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以酸化壓裂為主要手段的儲(chǔ)層改造技術(shù)已成為開(kāi)發(fā)低滲油氣田、提高單井產(chǎn)量的主體技術(shù)，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用在陸地油氣開(kāi)采中，并且具備完整的配套設(shè)備和成熟的工藝體系。將陸地壓裂技術(shù)轉(zhuǎn)化為適合海上油氣作業(yè)的可行技術(shù)，開(kāi)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(mén)為壓裂或其它流體處理而設(shè)計(jì)的增產(chǎn)作業(yè)船具有現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制、混合能力、儲(chǔ)存能力、泵送能力和動(dòng)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(wù)。

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(shè)備

一艘壓裂船主要由船舶和作業(yè)設(shè)備組成，作業(yè)設(shè)備一般由壓裂裝置、配液裝置、支撐劑儲(chǔ)存裝置、液體儲(chǔ)存裝置、管匯等組成。在壓裂施工時(shí)，配液裝置將混配好的壓裂液通過(guò)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(gè)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(tái)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(tái)套。

目前，陸地和海洋平臺(tái)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(chǎng)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(guò)控制蝶閥的開(kāi)啟，改變所連接的4寸橡膠軟管的數(shù)量，以適應(yīng)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(yīng)用在壓裂船上存在以下問(wèn)題：（1）受船體及船艙的空間限制，沒(méi)有足夠的空間安裝現(xiàn)有的管路來(lái)完成壓裂液的輸送；（2）單根4寸橡膠軟管無(wú)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(shè)計(jì)一種可以安裝在海洋壓裂船上的供液管匯，從而實(shí)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

供液管匯包括歧管、蝶閥Ⅰ、蝶閥Ⅱ、主管、支管。歧管通過(guò)蝶閥Ⅰ與主管連接，通過(guò)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(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（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(gè)接管至少有四條支路用于給多個(gè)設(shè)備接口供液。安裝在每個(gè)管路上的可曲撓橡膠接頭用于吸收供液管匯工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。

大排量壓裂作業(yè)時(shí)，主管上的蝶閥Ⅰ開(kāi)啟，支管上的蝶閥Ⅱ關(guān)閉，壓裂液通過(guò)主管的至少四條支路進(jìn)入壓裂裝置低壓管匯；小排量壓裂作業(yè)時(shí)，支管上的蝶閥Ⅱ開(kāi)啟，主管上的蝶閥Ⅰ關(guān)閉，壓裂液通過(guò)支管的至少四條支路進(jìn)入壓裂裝置低壓管匯。

管徑、壓力與流量存在如下關(guān)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(zhǎng)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(shí)，同一種壓裂液在相同的管道材質(zhì)，相同的管道長(zhǎng)度下作業(yè)時(shí)，當(dāng)流量變小時(shí)，管徑也相應(yīng)變小。

4 結(jié)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(shè)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(shè)計(jì)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(yīng)大、小排量壓裂作業(yè)工況，大排量作業(yè)時(shí)通過(guò)大管徑的主管供液，小排量作業(yè)時(shí)通過(guò)小管徑的支管供液。

◆參考文獻(xiàn)

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

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

[4] 武昌船舶重工集團(tuán)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(guó)專利：205837138，2016-12-28.

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