頁巖氣壓裂井口裝備研究應(yīng)用

張 薇

（中國石油集團(tuán)遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010）

0 引言

頁巖氣井口裝備是頁巖氣開采的關(guān)鍵裝備，在“十三五”期間實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，核心部件實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，擺脫了被國外廠商在裝備價(jià)格上“卡脖子”的境遇，為頁巖氣低成本和規(guī)模化開發(fā)創(chuàng)造了新的動(dòng)力。

四川頁巖氣開發(fā)改造中，頁巖氣壓裂井口是關(guān)鍵技術(shù)裝備之一，不僅是地面管線泵入井筒的匯集通道，并且是施工現(xiàn)場重要的井控裝置。近年來，從早期完全借鑒國外技術(shù)，如側(cè)翼4通105 MPa-103 mm頁巖氣壓裂井口等，逐漸摸索適用于頁巖氣井況下的最優(yōu)化井口組合。

1 四川頁巖氣壓裂井口應(yīng)用情況

1.1 側(cè)翼4通105 MPa頁巖氣壓裂井口

早期開采焦石頁巖氣，使用側(cè)翼4通105 MPa頁巖氣壓裂井口（圖1），主通徑103 mm。

圖1 105 MPa頁巖氣壓裂井口（側(cè)翼4通）

由于105 MPa頁巖氣壓裂井口側(cè)翼只有4通，沒有備用的注入通道，且主通徑103 mm，最大施工排量10～12 m3/min。隨著體積壓裂概念的普及，主體施工排量要求14～16 m3/min，因此該類井口不適合現(xiàn)場使用要求，被迅速升級(jí)換代。

1.2 側(cè)翼6通105 MPa頁巖氣壓裂井口

從2014年起，國內(nèi)頁巖氣逐漸使用側(cè)翼6通105 MPa頁巖氣壓裂井口（圖2），主通徑130 mm。

圖2中，以四川威遠(yuǎn)、浙江昭通頁巖氣區(qū)塊為代表，主閥門4個(gè)，分別為1、7、8號(hào)手動(dòng)平板閥，4號(hào)液控平板閥，注入頭為側(cè)翼6通，側(cè)翼通徑78 mm。其中，1、4號(hào)閥為井控主閥，施工時(shí)處于常開狀態(tài)；7號(hào)閥由壓裂施工隊(duì)操作，8號(hào)閥由測井公司操作，當(dāng)有異常情況時(shí)，可通過遠(yuǎn)程控制臺(tái)，迅速關(guān)閉4號(hào)液控閥，實(shí)現(xiàn)關(guān)井。

圖2 105 MPa頁巖氣壓裂井口（側(cè)翼6通）

1.3 側(cè)翼6通140 MPa頁巖氣壓裂井口

針對埋深3500～4500 m深井，普遍地面施工泵壓100～120 MPa。在沒有同類產(chǎn)品的情況下，國內(nèi)裝備制造商開展了140 MPa頁巖氣井口的研制，2019年進(jìn)入現(xiàn)場施工。由于接口法蘭盤有統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，已能做到同類產(chǎn)品的相互替換和配套，見圖3。

圖3 140 MPa頁巖氣壓裂井口（側(cè)翼6通）

圖3中，1號(hào)閥為井控主閥，施工時(shí)處于常開狀態(tài)；4號(hào)閥由井口廠家操作，用來開關(guān)井；8號(hào)閥由測井公司操作。當(dāng)有異常情況時(shí)，可通過遠(yuǎn)程控制臺(tái)，迅速關(guān)閉4號(hào)液控閥，實(shí)現(xiàn)關(guān)井。

2 快速插拔井口裝置

頁巖氣平臺(tái)壓裂施工時(shí)存在高壓，技術(shù)人員無法在井口位置拆卸測井防噴管，從而影響施工時(shí)效，對此，相關(guān)廠家研制了一種快速插拔井口裝置（圖4）。該裝置通過遠(yuǎn)程液壓控制系統(tǒng)完成井口裝置無人狀態(tài)下的快速連接和拆卸，實(shí)現(xiàn)壓裂和射孔的快速切換，使頁巖氣平臺(tái)化施工效率最大化，同時(shí)又能大幅減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度和操作風(fēng)險(xiǎn)。該套裝置已在四川某頁巖氣現(xiàn)場成功試驗(yàn)，相較于人工作業(yè)節(jié)約井口安裝時(shí)間25 min以上。

圖4 遠(yuǎn)程快速插拔井口裝置

3 現(xiàn)場施工問題及對策

3.1 閥門開關(guān)不靈活

壓裂施工時(shí)，閥板密封不嚴(yán)、井口振動(dòng)等因素導(dǎo)致閥腔內(nèi)部進(jìn)砂，造成閥門開關(guān)不靈活，甚至無法開關(guān)的情況。處理方式：打開排氣孔，正向注脂后含有支撐劑的密封脂會(huì)從排氣孔中排出，實(shí)現(xiàn)清除閥門內(nèi)支撐劑的目的。

3.2 閥門滲漏

閥門滲漏分為本體滲漏、絲杠處滲漏以及法蘭盤滲漏，見圖5。解決方法如下：

圖5 壓裂井口閥門滲漏

（1）本體滲漏和絲杠處滲漏的處理方法為注脂，或者關(guān)閉下端閥門后，拆卸閥門端蓋更換密封鋼圈或者填料密封。

（2）法蘭盤滲漏的處置方法為砸緊螺栓或更換密封鋼圈，如果確認(rèn)密封鋼圈槽損壞，需要更換閥門。

3.3 注入頭內(nèi)部沖蝕

隨著頁巖氣壓裂施工工藝的進(jìn)步，加砂強(qiáng)度和施工排量都顯著提升，加重了井口的磨損，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，超過400 h施工時(shí)間的壓裂井口都出現(xiàn)了明顯的沖蝕溝槽（圖6），最大沖蝕深度1.2 cm，會(huì)造成井口刺漏等施工安全風(fēng)險(xiǎn)。對此，需要在井口施工結(jié)束后，做表面堆焊硬質(zhì)合金處理，提高注入頭施工周期。

圖6 壓裂井口沖蝕溝槽

4 結(jié)語

（1）國內(nèi)頁巖氣開發(fā)領(lǐng)域已逐步形成了105 MPa、140 MPa頁巖氣壓裂井口，主通徑130 mm，側(cè)翼六通裝備技術(shù)已完全國產(chǎn)化。

（2）頁巖氣壓裂井口的發(fā)展方向是自動(dòng)化，如快速插拔裝置的應(yīng)用，可以使壓裂期間進(jìn)行井口操作成為現(xiàn)實(shí)，可消除安全風(fēng)險(xiǎn)、提高施工效率。

（3）針對頁巖氣壓裂井口施工時(shí)存在的閥門開關(guān)不靈活、閥門滲漏以及注入頭內(nèi)部沖蝕問題，給出現(xiàn)場處置建議。