頁巖氣試氣工藝撬裝設(shè)備研究與應(yīng)用

劉旭 孫慶月

中國石油化工股份有限公司華東油氣分公司 江蘇 泰州 225300

1 試氣設(shè)備撬裝化技術(shù)應(yīng)用背景

早在本世紀(jì)四十年代，美國就逐步發(fā)展撬裝技術(shù)，到七十年代，為滿足氣田地面建設(shè)日益發(fā)展的需要，撬裝技術(shù)取得了突破性進(jìn)展；前蘇聯(lián)從1965年到1970年中，新增的568口氣井的集氣和初加工系統(tǒng)全部采用了撬裝裝置。

國內(nèi)撬裝裝置起于本世紀(jì)七十年代，盡管國內(nèi)起步晚一些，但已看到了撬裝裝置的運(yùn)用價(jià)值。最初的撬裝裝置主要應(yīng)用在建設(shè)規(guī)模小、工程零星分散、交通不便的工程中。如果采用傳統(tǒng)的施工方式造成工程造價(jià)高、施工周期長、材料能源消耗大、現(xiàn)場(chǎng)管理困難。而撬裝裝置大部分工作在工廠內(nèi)完成，可大大減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，同時(shí)工廠化預(yù)制能減少能源消耗，提高設(shè)備的安裝質(zhì)量，加快了設(shè)備流程的安裝進(jìn)度。

近年來，我國非常規(guī)頁巖氣的勘探開發(fā)取得了矚目成果，也積累了頁巖氣開采的配套工藝技術(shù)。在頁巖氣開發(fā)過程中，國內(nèi)外都朝著設(shè)備自動(dòng)化、撬裝化方向做了大量工作。隨著中國頁巖氣開發(fā)的不斷深入，傳統(tǒng)頁巖氣試氣配套設(shè)備工藝及技術(shù)也需要向撬裝化方向創(chuàng)新突破。

2 研究目的和意義

試氣工程是頁巖氣開發(fā)的重要施工工序，對(duì)于頁巖氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層特性分析、氣田合理開發(fā)有著相當(dāng)重要的意義。在試氣作業(yè)過程中，流程的連接及倒換耗費(fèi)大量的人力及時(shí)間，施工人員不僅承擔(dān)著繁重的體力勞動(dòng)，而且存在著高壓區(qū)域作業(yè)安全隱患。因此測(cè)試流程設(shè)備的撬裝化在減小勞動(dòng)強(qiáng)度、降低施工風(fēng)險(xiǎn)、提升作業(yè)效率方面具有研究和應(yīng)用必要。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效益

3.1 試采一體化撬的應(yīng)用及效益

隨著頁巖氣平臺(tái)井開發(fā)，同一平臺(tái)經(jīng)常需要2～4口井同時(shí)進(jìn)行壓裂試氣施工，連接試氣測(cè)試流程時(shí)需考慮掃塞、放噴排液、試氣、試采等多種工況同時(shí)進(jìn)行的情況，連接分離器前段流程時(shí)極為耗時(shí)耗力。

為達(dá)到頁巖氣平臺(tái)井試氣、試采流程一體化目標(biāo)，避免試氣時(shí)能源浪費(fèi)，結(jié)合重慶工區(qū)頁巖氣井的施工特點(diǎn)，在原有的流程上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，加工制造出分離器下游撬裝閥組，見圖1。簡化了平臺(tái)井放噴測(cè)試-試采輸氣的流程連接，降低了連接流程的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工效率。

圖1 分離器下游撬

試采一體化撬的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不僅滿足測(cè)試、鉆塞、試采需求，同時(shí)降低勞動(dòng)強(qiáng)度，縮減流程連接時(shí)間同時(shí)提高施工準(zhǔn)備效率，每口井節(jié)省人工費(fèi)用約0.96萬元/井次，以每年施工50井次計(jì)算，可節(jié)省費(fèi)用48萬元。集成撬加工費(fèi)用30萬元/套，按5年攤銷（每年按313天合計(jì)），為191.7元/天/套，按一年施工50口井計(jì)算，每口井施工45天計(jì)算，一年累計(jì)節(jié)省約48-0.01917×45×50=4.86萬元見表1。

表1 連接流程時(shí)效對(duì)比

結(jié)合試采一體化撬優(yōu)化地面測(cè)試流程，試采試氣流程均預(yù)留接口，完成測(cè)試即可試采流程投產(chǎn)，極大的縮短高壓件租恁時(shí)間，焦頁204平臺(tái)（4口井，舊流程）和勝頁14平臺(tái)（3口井，新流程）對(duì)比，節(jié)省租賃設(shè)備時(shí)間100天，單井節(jié)省費(fèi)用8.73萬元見表2。

表2 測(cè)試流程租賃費(fèi)用對(duì)比

3.2 新型井口操作平臺(tái)的應(yīng)用及效益

在頁巖氣井開發(fā)中，壓裂試氣時(shí)需在井口搭建操作平臺(tái)，方便壓裂井口閘門開關(guān)、泵送射孔、連油鉆塞等施工作業(yè)。井口操作平臺(tái)要求安裝牢固、方便人員作業(yè)，傳統(tǒng)的井口操作平臺(tái)拆裝困難、支腿及護(hù)欄易變形、安裝及拆除存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，給施工帶來極大不便。

針對(duì)傳統(tǒng)井口操作平臺(tái)存在的缺點(diǎn)，經(jīng)過重新設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)試用改進(jìn)等過程，優(yōu)化出一套適用于頁巖氣井壓裂試氣的新型井口操作平臺(tái)，新型井口操作主要由底座、支撐梁、一層平臺(tái)、二層平臺(tái)、爬梯構(gòu)成見圖2?？紤]施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備多，井口操作平臺(tái)擺放受限等因素，再次將底座進(jìn)行改進(jìn)，由平面支撐改為支腿支撐見圖3，節(jié)約材料，減輕操作平臺(tái)總重，使之更加方便運(yùn)輸、安裝。

圖2 新型井口操作平臺(tái)應(yīng)用

圖3 改進(jìn)新型操作平臺(tái)圖紙

新型井口操作平臺(tái)底座穩(wěn)固、搬遷安裝方便，與傳統(tǒng)的井口操作平臺(tái)相比，新式井口操作平臺(tái)拆裝一井次累計(jì)可節(jié)省工時(shí)6h、節(jié)省人力成本4人次，截止目前，新型的井口操作平臺(tái)已在重慶頁巖氣井累計(jì)使用42井次，共節(jié)約工時(shí)336h，此外，相對(duì)于傳統(tǒng)井口操作平臺(tái)，新型井口操作平臺(tái)為一體化設(shè)計(jì)，更加穩(wěn)固，減小了搬遷安裝及使用過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

新型井口操作平臺(tái)的優(yōu)化改進(jìn)，解決了傳統(tǒng)操作平臺(tái)使用中出現(xiàn)的問題，更加符合當(dāng)前頁巖氣井壓裂試氣的生產(chǎn)需要，在安全性、作業(yè)時(shí)效性、耐久性等方面都有了明顯提升。

3.3 移動(dòng)式水泥基墩的應(yīng)用及效益

頁巖氣低壓管線每個(gè)平臺(tái)井最少需要管線固定基墩15～30個(gè)不等，前期都采用固定式水泥基墩，澆筑周期長、且無法充分利用、影響施工進(jìn)度整體推進(jìn)。

通過對(duì)管線固定方式討論及研究成果研發(fā)移動(dòng)式管線固定基墩，加快施工效率3天以上；

1）移動(dòng)式單條及4條管線基墩在焦頁X平臺(tái)成功應(yīng)用，移動(dòng)式基墩吊裝方便、可重復(fù)利用、平穩(wěn)對(duì)管線固定起與澆筑式管線基墩作用一樣。

2）特別對(duì)臨時(shí)管線的固定意義重大，對(duì)比澆筑式水泥基墩、移動(dòng)式基墩效率高。

3）澆筑式水泥基墩、澆筑時(shí)需要6～8名施工人員施工、產(chǎn)生水泥帶廢包裝、同時(shí)用模板固定造成施工耗材增多。

4）固定式水泥基墩成本在764.73元/方，因平臺(tái)大小差異及數(shù)量的不同，每個(gè)平臺(tái)造價(jià)在3～5萬元之間，且不可重復(fù)使用。

5）部分固定式水泥基墩涉及到二次拆除費(fèi)用，增加了施工成本。

通過研發(fā)與使用移動(dòng)式水泥基墩提高施工效率、可回收重復(fù)利用、清潔環(huán)保、節(jié)省施工成本。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，移動(dòng)式水泥基墩，提高施工效率，方便管理、可回收重復(fù)使用，降低成本，同期對(duì)比固定式水泥基墩可節(jié)約30萬元。移動(dòng)式水泥基墩現(xiàn)場(chǎng)工作場(chǎng)景見圖4。

圖4 移動(dòng)式水泥基墩的應(yīng)用

4 結(jié)束語

1）通過對(duì)測(cè)試流程撬裝化技術(shù)的研究與優(yōu)化，重點(diǎn)攻關(guān)了試采一體化撬技術(shù)，改進(jìn)了壓裂井口操作平臺(tái)，設(shè)計(jì)了可移動(dòng)式水泥基墩。極大的節(jié)省了連接流程時(shí)間，降低了作業(yè)強(qiáng)度，減少了高壓測(cè)試設(shè)備的租賃時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了降本增效。降低施工風(fēng)險(xiǎn)，起到了頁巖氣開發(fā)降本增效的作用。對(duì)頁巖氣試氣測(cè)試流程作業(yè)方式及撬裝化發(fā)展方向具有重要的參考價(jià)值和推廣前景。

2）目前一體化撬已實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)應(yīng)用，但加工制作成本較高，建議持續(xù)優(yōu)化該設(shè)備，減少成本支出。

3）壓裂井口操作平臺(tái)及移動(dòng)式水泥基墩均成熟使用，建議加大使用力度，同時(shí)做好相關(guān)專利申請(qǐng)工作。