兩種壓裂車(chē)在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用分析

林蕾

（中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司壓裂公司，遼寧盤(pán)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(guò)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(dòng)性，提高油氣單井產(chǎn)量。對(duì)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(guò)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(guó)內(nèi)常用壓裂車(chē)組類(lèi)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(lèi)型介質(zhì)的措施作業(yè)，是油氣田、頁(yè)巖氣、煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的重要增產(chǎn)措施裝備。壓裂車(chē)組通常由壓裂車(chē)、混砂車(chē)、儀表車(chē)、地面高低壓管匯和其他輔助設(shè)備組成。施工中，混砂車(chē)將壓裂液與支撐劑混合完成后，通過(guò)連接管匯提供給壓裂車(chē)，壓裂車(chē)對(duì)混合后的液體加壓，通過(guò)高壓管匯集后注入井底，儀表車(chē)對(duì)作業(yè)全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控和記錄。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的主要手段就是依靠水平井技術(shù)通過(guò)壓裂酸化作業(yè)措施提高氣產(chǎn)量。

2 頁(yè)巖氣壓裂作業(yè)概況

2.1 頁(yè)巖氣壓裂作業(yè)規(guī)模

與常規(guī)水力壓裂相比，頁(yè)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(zhǎng)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(zhǎng)工期指單井施工周期約為15d[1]。

2.2 不同儲(chǔ)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(lái)的千方液和百方砂，發(fā)展到目前的萬(wàn)方液與千方砂，連續(xù)施工作業(yè)時(shí)間由原來(lái)的1d增加到十幾天以上[2]。儲(chǔ)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(lái)越大，對(duì)壓裂裝備的性能和配套要求也越來(lái)越高，具體如表1所示。

表1不同儲(chǔ)層改造對(duì)壓裂車(chē)組功率及配置需求

2.3 壓裂車(chē)的基本構(gòu)成

壓裂車(chē)主要由重載汽車(chē)底盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱、壓裂泵、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)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(chē)最大工作壓力為103MPa，額定輸入功率為1 470kW；2500型壓裂車(chē)最大工作壓力為140MPa，額定輸入功率為2 058kW。

3 2000型壓裂車(chē)在頁(yè)巖氣作業(yè)工況下的弊端

2000型壓裂車(chē)在頁(yè)巖氣作業(yè)工況下主要有如下弊端：

1）頁(yè)巖氣藏巖性特別致密，頁(yè)巖儲(chǔ)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?，F(xiàn)階段，部分頁(yè)巖氣井最高施工泵壓已達(dá)120MPa，2000型壓裂車(chē)的最高施工泵壓為103MPa，難以滿足現(xiàn)有施工要求。

2）頁(yè)巖氣壓裂需要盡可能地溝通天然裂縫實(shí)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(shí)間較長(zhǎng)。例如，在重慶焦石壩地區(qū)實(shí)施的焦頁(yè)42-2HF井和42-3HF井，兩口井共計(jì)壓裂36段/89簇，施工時(shí)間15d。2000型壓裂設(shè)備難以滿足高壓力下的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。

3）部分頁(yè)巖氣井地面壓裂施工泵壓超過(guò)90MPa，接近或超過(guò)現(xiàn)有2000型壓裂泵車(chē)的安全施工工作壓力，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大，有時(shí)還存在壓不開(kāi)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(lái)101井直井壓裂，施工時(shí)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(chē)超高壓（工作額定壓力100MPa）工作時(shí)，處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)。長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷工作，會(huì)縮短壓裂車(chē)可連續(xù)工作時(shí)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(chē)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

以煙臺(tái)杰瑞公司壓裂車(chē)組為例，其2000型壓裂車(chē)組單機(jī)輸出水功率1 470kW，最高工作壓力103MPa；2500型壓裂車(chē)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(chē)組功率超出2000型壓裂車(chē)組25%，最高工作壓力超出約33%。國(guó)內(nèi)2500型壓裂車(chē)常見(jiàn)配置要求如表2所示。

表2國(guó)內(nèi)2500型壓裂車(chē)常見(jiàn)配置要求

5 結(jié)語(yǔ)

頁(yè)巖氣壓裂施工規(guī)模大、排量大、壓力高、施工時(shí)間長(zhǎng)，其施工特點(diǎn)決定頁(yè)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(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)作業(yè)。2000型壓裂車(chē)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(guò)增加車(chē)組數(shù)量、輪流作業(yè)；或者是在高壓力、大功率下強(qiáng)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)，但此舉使設(shè)備過(guò)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(yè)巖氣開(kāi)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(chē)綜合優(yōu)勢(shì)較為明顯。