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页岩气水平井压裂 装备配套与应用技术研究 完成单位：工艺研发中心 二零一二年十二月 页岩气水平井压裂 装备配套与应用技术研究 编写人：杨保军 主要参加人：杨保军 银本才 赵正龙 陈波 于洋 张洪新 唐世东 审核：赵正龙 目 录 一、项目概况 1 二、主要研究内容及取得成果 1 （一）、压裂装备配套方案应用与分析 1 1、压裂泵车配置 1 2、仪表车 3 3、低压系统 4 （1）、混砂车 4 （2）、连续混配车 6 （3）、低压供液系统 7 （4）、立式砂罐的研究应用 12 4、管汇、压裂专用井口连接器及高压管线 13 （二）、井场布置研究与分析 17 三、现场应用效果及技术指标、经济效益 21 四、结论和认识 23 一、项目概况 2012年，中原井下成功实施了5口泵送桥塞+射孔联作工艺技术的页岩气水平井，均获得了圆满成功。为了确保页岩气水平井压裂施工，我处对压裂设备及设施进行了配套，通过现场应用，压裂设备配套能满足目前页岩气水平井基本施工要求，但也存在排量几乎不能达到15m3/min、加砂量单搅龙最大只能3m3/min等问题，通过分析现有压裂配套设备设施应用情况，找出配套存在问题及不足，提出配套完善方案，为下一步页岩气水平井更大规模、更大排量施工顺利进行提供依据。 二、主要研究内容及取得成果 （一）、压裂装备配套方案应用与分析 1、压裂泵车配置 泵送桥塞+电缆射孔联作水平井分段压裂规模较大，因每段压裂后泵送桥塞、射孔导致施工时间更长，一般每天最多施工2段.每段施工排量10-15 m3/min、每段液量1000 -3000m３、每段砂量100-200 m３，每段使用多种液体（滑溜水与线性胶或冻胶）和多种粒径的支撑剂（70/100目、40/70目、30/50目组合使用）。 2012年年初，页岩气水平井压裂泵车主力机型为2500型和2000型压裂车。2012年8月，第三套2500型压裂机组出厂投入使用，10月，2套2500型15台泵车参与元页HF-1井10段压裂施工。该井最高施工压力达97MPa，施工瞬间最大排量达到15.5m3/min。对比2500型和2000型泵车档位及压力表，2000型泵车动力下降，明显不能满足施工需求；2500型4档排量1.02m3/min，抗压仍能达到100MPa，16台压裂车总水马力达到40000HHP。 表1 2500HHP压裂车档位、压力、排量对照表 档位 压力（MPa) 排量(m3/min) 压力（MPa) 排量(m3/min) 3.75 4 1 137 0.486 123 0.553 2 137 0.608 123 0.692 3 137 0.762 123 0.867 4 124 0.901 109 1.025 5 99 1.131 86.9 1.27 6 79 1.41 69.7 1.605 7 64 1.738 56.6 1.977 8 51 2.172 45.27 2.471 表2 16台2500型（4柱塞）泵车各种限压下施工排量 限压（MPa） 90 80 70 60 50 档位 4 5 6 6 7 泵效 85-87% 87-90% 90% 93% 93-95% 理论排量（m3/min） 16.3 20.32 25.6 25.6 31.52 实际排量（m3/min） 13.8-14.2 17.6-18.2 23 23.8 29.3-29.9 压裂泵车配置除考虑压裂设计总功率外，还需根据泵车的连续工作时间选择泵车功率储备系数（见表1）。由此确定压裂泵车的型号和数量。 表3 压裂泵车功率系数确定原则 泵车连续工作时间（h） 1-2 3-4 5-6 6h以上 压裂车功率储备系数 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 1.8-2.0 在使用泵车时可以参考SPM压裂泵（QWS2500 CLASSIC）工作周期曲线（图1）来确定单台泵车的压力、排量和工作时间。图中蓝色区域对大泵的使用最为有利，大泵可以长时间的工作。泵车施工压力在额定工作压力80%以下，并且泵车排量在允许的最大排量80%以下，有利于保证大泵的使用寿命。但通常这个条件难以满足，特别是压力方面，就需要从大泵的工作时间进行有效安排，尽量减小高功率下的工作时间。 图1 QWS2500 CLASSIC泵工作周期曲线 依据上述原则，对照表1、表2、表3确定选用2500HHP? 101.6mm(4)柱塞压裂车作为水平井分段大型压裂用车，能充分满足目前页岩气水平井压裂施工所需的高压、大排量、充足富余水