1,1,大型压裂施工装备的配套与连接,主题词：大型压裂施工 、装备配置 、工作参数选择 、高低压管汇连接,工程师 王云海,2,2,我国大型压裂施工总量和规模上都在扩大目前还没有大型压裂施工装备配置与连接规范，无法达到经济安全作业要求本文结合国内外在大型压裂数据及项目研制和试验所取得的成果，从装备配置、施工参数选择及管线连接方面，提出我国大型压裂装备施工配置方案及地面管汇连接要求摘 要,3,一、国内外大型压裂施工现状,“大型压裂施工”主要体现在压裂作业所需要功率大、液量和砂量多、压力高、连续作业时间长、配套装备多等方面大型压裂施工” 界定标准 1、施工总功率： 10000 hp 2、最大施工压力： 90 MPa 3、施工总液量： 2000 m3 4、施工排量： 8 m3/min 5、压裂总时间： 6 h,满足上述五个条件中任何两个或多个，即为“大型压裂施工”,4,国外在页岩油气开发中通过优化作业流程、设备配置和规范系统连接等方法达到提高作业效率和降低施工成本目的北美主力装备单机功率2000-2250hp，大型施工按照总功率的2倍进行配置，混砂车排量20m3/min 由于辅助装备配套完善，控制系统实现参与施工作业所有装备的集中控制从而实现大型作业的规模化开发。
一、国内外大型压裂施工现状,5,随着国内非常规油气田大面积开发，水平井多段压裂使大型施工得到应用国内年作业总量达到100井次以上，施工作业的规模也在逐渐增大，连续作业时间达到十小时以上、万方液量、大排量、高压力的井已经成为常态国内典型大型压裂井的施工情况,一、国内外大型压裂施工现状,6,国内配置功率、施工液量、连续作业时间、等参数已经具备规模性开发的要求 国产大功率压裂机组已成为施工中主力机型大型压裂装备的成功应用有效解决了作业效率低和施工成本高的难题 但是在压裂装备的配置和合理应用上还存在诸多的问题，辅助时间长，施工规范不完善，造成规模性开发进程迟缓一、国内外大型压裂施工现状,7,从装备的配置、工作参数的选择、配液供砂等方面提出我国大型压裂施工装备配置方案相同压力下2500型和3000型较2000型压裂车的排量增大25%和50%选择单车功率更大的压裂车可以减少施工设备数量 装备数量降低减少管汇和设备维保费用，提高作业效率降低成本1、主体装备的选择与配置,二、大型压裂装备配置方案,8,必须保证足够的压裂车数量，以避免单车故障造成机组整体功率不足总装备功率按照所需功率的1.5-2倍配置，在大型压裂施工中单车所占功率不能超过所需功率的20%。
二、大型压裂装备配置方案,9,混砂车是为压裂车提供满足工艺要求的压裂液在大型压裂施工中，国内在用HS16型（100桶）混砂车工作在80-100%的负荷在实际的施工中最大排量只能达到13 m3/min，国产HS20型（130桶）样机已经投入工业应用二、大型压裂装备配置方案,10,为保证施工安全，在配置上使用两台混砂车进行并联，单车能力满足排量120%以上工作中两台混砂车同时工作在50%以下负荷，如一台混砂车出现故障时可以单车完成施工作业二、大型压裂装备配置方案,11,混砂车自动控制系统和精确计量是衡量先进性的关键由于施工段数增多，工艺流程愈加复杂，混砂车自动控制配置成为必备功能作业过程中，操作员只需部分实施手工操作，其它均采用自动控制来保证密度和添加剂的自动流程二、大型压裂装备配置方案,12,仪表车是控制系统中心大型压裂施工参与压裂车数量通常达到10台以上，常规的手动操作模式在时间上已经无法满足多阶段的精确控制 仪表车实现自动编组控制对于多机组施工非常重要编组控制是将参与作业的所有压裂车分组（通常分为3-5组），将所需总功率划分成多个区间，各组以不同功率交替作业二、大型压裂装备配置方案,13,统一控制模式，同步加减档位，当单车或某组设备出现故障时，其它组自动增加档位，如此交替作业，可以保证多台设备的长时间连续安全运行。
工作前将泵注程序录入到泵控单元，进行编组控制，操作员只需要常规的干预既可以完成整个流程 远程数据传输及视频监控已经成为仪表车必备配置，宽大空间及必要生活设施为指挥和操作者提供良好工作环境二、大型压裂装备配置方案,14,2、工作参数的选择,压裂被定义为间隙工况随着非常规油气开发，压裂工况已经向连续工况过渡，压裂装备平均使用功率已经下降到50%左右 为使装备能够长时间连续工作及易损件的更换，压裂机组的功率储备应根据工作时间的长短逐步增大二、大型压裂装备配置方案,15,工作压力和档位限制是选择和使用装备的重要指标压裂车是根据工作压力来选择泵柱塞直径，不同柱塞对应不同压力等级高冲次会降低效率、产生冲击并加速磨损，通常希望压裂车以低档位来完成施工，要满足施工排量要求，只有使用更高档位或增加车数量另一种方案是更换大柱塞直径，增大同档位下排量，但压裂车最高工作压力又相应降低二、大型压裂装备配置方案,16,结合作业区域情况，根据平均和最高压力来配置压裂泵和选择工作参数将压力等级分为70MPa、105 MPa和137MPa三个级别所选择的作业区域最高工作压力不能超过所选择的压力等级，该区域平均施工压力不要超过所选择压力等级的60%。
否则，应该选择更高压力等级的配置方案传统压裂模式,大型压裂模式,,二、大型压裂装备配置方案,转化,17,,3、配液与供砂,新型压裂液在大型压裂施工中得到应用，也为大排量压裂液混配创造了条件国内已经能够提供3-8m3/min的“干+液” 混配装置，更大排量采用2台或增加过渡罐方式来满足作业要求在添加剂液态化情况下，可以实现20m3/min的即混即配功能液+液”混合的配液方式在国外已经得到广泛应用，所以建议大型压裂施工中应配置连续配液装置二、大型压裂装备配置方案,18,,3、配液与供砂,目前国内大型施工中大多采用50-200方砂罐连续供砂，也使用吊车或运砂车进行添加无法实现多种支撑剂输送及同时为两台混砂车供砂国外在连续供砂装备方面有完善的装备和配套配置适合我国井场条件和工艺的连续供砂装置将减少施工准备时间，提高施工作业安全二、大型压裂装备配置方案,19,三、地面管汇系统连接,,地面管汇连接包括高压和低压管汇两部分其功能是将施工装备及井口进行连接，实现液体和添加剂的输送和泵注地面管汇系统连接涉及设备布置、流程、介质、流速、安全等多个环节，连接上应该结合井场条件和施工工艺综合考虑 由于我国油田井场受诸多条件限制，无法制定统一的设备布置和连接方案。
结合国内外大型施工作业情况，给出一种布置方案和管线连接方案作为参考20,,建议压裂车分布在管汇系统的两侧，混砂车、配液及供砂系统布置在左侧或者右侧，配置连续输砂和配液装置可以大幅减少液罐的数量，减少连接管线的数量三、地面管汇系统连接,21,,规范连接：吸入软管采用4寸管线，标准扣型FIG206，两端分别采用“公扣（M）和母扣（F）”，吸入软管长度采用4米、6米和8米三种规格，可以采用对接加长来满足距离要求规范扣型减少过渡连接,1.低压管汇连接,三、地面管汇系统连接,22,,试验证明，单根吸入软管最大流量2 m3/min，单根排出软管最大流量5 m3/min考虑粘度、距离及备用接口等因素，软管连接数量应扩大到所需最少数量的1.5-2倍 软管连接应尽量缩短，加长或距离较远情况使用增压泵，管汇车所配置低压管汇组应该满足8台以上压裂车连接需求，建议采用Ⅱ结构，以实现两台或多台管汇组串联关注连接数量,三、地面管汇系统连接,23,,压裂高压管汇主要包括FIG1502和FIG2002两种扣型，适用于105MPa和140MPa两种压力等级对于施工压力超过90MPa以上的作业建议采用140MPa高压管汇。
高压管汇连接,管汇压力等级,三、地面管汇系统连接,24,,建议高压管汇的液体流速小于12.8 m/s ，尽可能使用大直径管线，降低流速和水力冲击，必要时可以采取双管路甚至多管路模式，最大限度降低压力损失对于进入井口的高压管汇应根据总排量的要求通过多路管汇连接高压管汇组不同直径和压力等级的高压管汇流量限制,管汇满足流速限制,三、地面管汇系统连接,25,,采用环形结构的高压管汇组可以根据排量的要求分别从2路或多路输出，同时减小单一管汇的压力波动在管汇组上需设置机械式安全阀并将泄压口接入到低压管汇组环形管路可以实现多路输出,在管路上设置机械式安全阀,三、地面管汇系统连接,26,,多路进入井口的高压管线之间采用连通管线可以减少单路设备的停机造成的流量减少，从而分流其它管路的流量，达到各个管路的平衡同时在各个分支管路上配置单向阀和旋塞阀，避免单条管路故障造成的施工停止多路入井管线相互连通,主通道4寸管线应用,三、地面管汇系统连接,27,27,非常规油气开发需要实施大型压裂作业由于国内还没有形成压裂作业规模性开发的模式，如何配置压裂装备、合理分配压裂车档位以及辅助装置配套连接等都还在实践中总结和优化。
希望通过本文所总结的数据和作业要求能够为压裂工程服务提供装备配置与连接方面的技术支持结 束 语,。