信息技術在非常規壓裂施工管理中的應用

高波(勝利油田勝利軟件有限責任公司 山東 東營257000)

一、前言

隨著勘探開發的不斷深入，常規油氣田的勘探開發難度越來越大，國家在“十一五”規劃中明確提出大力加強非常規油氣田的勘探開發，增加油氣資源替代儲量，提高采收率。因此，非常規水平井分段壓裂工藝的應用成為了主要的增產手段，對提高采收率和儲量動用率有重大意義。

目前壓裂施工現場的管理和技術支持工作還處于起步階段，尤其是針對壓裂車組的設計、現場部署和運行管理上存在不足，影響了車組的優化組合和施工井場占地的優化。

二、非常規水平井分段壓裂在現場施工管理方面的特點

1.車輛投入量大，各種配套多

現場投入使用的大型設備主要是車輛和配套設備。

車輛：大型壓裂一般需要1-2套車組施工，每套車組一般由下列車輛組成：儀表車、泵車、管匯車、混砂車、配液車、水泥車、水罐車、吊車、各類卡車等等。

設備：包括清水罐、砂罐、攪拌罐、過濾裝置、投球器、配液撬，以及用于配液的各種泵，和用于冬季保溫的電熱帶等。

流程：除車輛和設備外，還需要在壓裂車組和罐、裝置、井口之間進行管匯的連接，主要包括低壓管匯和高壓管匯兩類。

2.配套關系復雜，耗材管理不規范

考慮壓裂過程中的損耗，需要根據排量、流速等工藝要求提前準備易損配件，主要包括：液控旋塞閥、手動旋塞閥、單流閥、盤根、柱塞、凡爾體、凡爾膠皮、彎頭、直管、接頭、三通、四通等等。

在實際施工過程中，配件的損耗情況與施工規模、施工設計、地層條件等有著密切的關系，如何根據已知施工條件，加強施工過程中耗材的管理，是一個不小的挑戰。

3.設備資源有限，合理調配困難

非常規水平井分段壓裂往往需要大規模車組，動輒幾十輛的車組也很常見，但對于施工單位而言，車組的配置非常昂貴，如何根據施工條件，對各類車輛設備進行優化組合、提高資源利用率，是車輛設備運行亟待解決的問題。

三、信息技術對非常規壓裂施工管理的支持

針對非常規水平井分段壓裂在施工現場管理方面的特點和顯露的問題，我們進行了施工井場車輛設備輔助管理的信息化建設工作，主要從以下幾個方面進行了應用研究和建設：

1.施工井場車輛設備配備

現場所有的施工車輛中，泵車無疑是整個壓裂施工車組的核心組成部分，可用于供液、增壓、打平衡、投球等施工過程，其數量也比較多。

根據地質設計和工藝設計中確定的施工規模、施工參數，可以初步計算出施工需要的泵車數量，并以此為基數進行調整。比如下面列舉兩個比較簡單的計算公式：

(1)

該公式為經驗公式，其中：

施工排量和施工限壓：為工藝設計中要求的施工參數。

系數：常見的致密砂巖為1.3，頁巖為1.5。

泵車排量：一般2000型泵車是2000，2500型泵車是2500，其它以此類推。

(2)

總液量：施工設計用液量和施工備用液量之和。

罐車容量：一般為15方，具體根據罐車容量而定。

按照經驗，施工排量在6.5方/分鐘以內上一個車組，超過6.5方/分鐘后上二個車組。車組中每類車輛都由多臺車組成，并在施工中擔負不同的工作角色。

車輛配備的計算非常復雜，以上兩個公式只是較為簡單的情況，其它計算公式不再一一列舉。在實際計算中，還需要考慮吊車、低壓流程車、背罐車等車輛的配備，以及配液速度、罐車容量、管理制度等方面的約定。

2.施工井場車輛設備擺放

計算出大致的施工車輛設備配備情況后，就是現場車輛和設備的擺放問題。

去過壓裂施工現場的人都知道，在有限的施工空間內，車多、人多、設備多，如何根據井場面積、井口位置及周邊環境等條件，最大限度利用好井場空間，使施工過程有條不紊的進行，是一個很大的挑戰。

因此，我們首先根據實際業務建立了車輛及設備擺放的業務規則和關系模型，根據車輛配備情況和井場環境、業務規則進行初步的計算，為施工管理人員提供最優化的擺放選擇。

例如對泵車，建立部分規則如下：

①供液泵車按照長15米寬3米占地計算

②打平衡泵車按長11米、寬3米占地計算

③2000型泵車按照長12米、寬3米占地計算

④2500型泵車按照長14米、寬3米占地計算

⑤2500型泵車與管匯之間地距離為1.5米

⑥泵車之間要有至少0.5米的寬度

⑦壓裂車組盡量遠離值班房及設備，并留有安全和應急疏散通道

其它還有針對混砂車、水罐車、高低壓流程，以及立式罐、臥式罐等設備的擺放規則，在此不再一一列舉。

3.施工設備的配套準備

對于壓裂施工過程中易損設備的維護保養需要提前準備，保障施工正常進行。該部分主要針對車輛、流程和一些連通設備的配件的提前準備。下面以泵車為例進行系統的建設說明。

泵車需要提前準備的配件包括：凡爾體、凡爾膠皮、凡爾座、盤根、柱塞等，以及其它保養維護工作，如潤滑油等，配件在更換維護時，無法正常工作。下面為泵車中部分易損耗配件的更換規則。

凡爾體：施工液量達到140方時，需更換，耗時2小時。

凡爾膠皮：施工液量達到140方時，需更換，耗時2小時。

凡爾座：施工液量達到400方時，需更換，耗時4小時。

盤根：施工液量達到400方時，需更換，耗時約8小時。

柱塞：施工液量達到400方時，需更換；柱塞嚴重偏磨使其圓柱度公差大于0.1毫米時應予更換；表面粗糙度過大，或出現縱向溝紋時應予更換；耗時約8小時。

根據這些規則，我們建立計算機模型，體現出這種規則關系，根據施工規模和工藝設計要求，計算出施工中需要提前準備的配件種類和數量，保障施工按計劃安全、正常進行。

結論

我們通過對非常規壓裂施工井場車輛設備輔助管理的信息化建設工作，能夠迅速掌握現有車輛和設備等資源的狀況、分布，以及施工井位等多方面的情況，根據這些情況，能夠更好的優化組合現有資源，提高車輛設備的利用率。