信息技術(shù)在非常規(guī)壓裂施工管理中的應(yīng)用

高波(勝利油田勝利軟件有限責(zé)任公司 山東 東營257000)

一、前言

隨著勘探開發(fā)的不斷深入，常規(guī)油氣田的勘探開發(fā)難度越來越大，國家在“十一五”規(guī)劃中明確提出大力加強(qiáng)非常規(guī)油氣田的勘探開發(fā)，增加油氣資源替代儲(chǔ)量，提高采收率。因此，非常規(guī)水平井分段壓裂工藝的應(yīng)用成為了主要的增產(chǎn)手段，對提高采收率和儲(chǔ)量動(dòng)用率有重大意義。

目前壓裂施工現(xiàn)場的管理和技術(shù)支持工作還處于起步階段，尤其是針對壓裂車組的設(shè)計(jì)、現(xiàn)場部署和運(yùn)行管理上存在不足，影響了車組的優(yōu)化組合和施工井場占地的優(yōu)化。

二、非常規(guī)水平井分段壓裂在現(xiàn)場施工管理方面的特點(diǎn)

1.車輛投入量大，各種配套多

現(xiàn)場投入使用的大型設(shè)備主要是車輛和配套設(shè)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(shè)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(shè)備外，還需要在壓裂車組和罐、裝置、井口之間進(jìn)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(guān)系復(fù)雜，耗材管理不規(guī)范

考慮壓裂過程中的損耗，需要根據(jù)排量、流速等工藝要求提前準(zhǔn)備易損配件，主要包括：液控旋塞閥、手動(dòng)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(shí)際施工過程中，配件的損耗情況與施工規(guī)模、施工設(shè)計(jì)、地層條件等有著密切的關(guān)系，如何根據(jù)已知施工條件，加強(qiáng)施工過程中耗材的管理，是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

3.設(shè)備資源有限，合理調(diào)配困難

非常規(guī)水平井分段壓裂往往需要大規(guī)模車組，動(dòng)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(jù)施工條件，對各類車輛設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化組合、提高資源利用率，是車輛設(shè)備運(yùn)行亟待解決的問題。

三、信息技術(shù)對非常規(guī)壓裂施工管理的支持

針對非常規(guī)水平井分段壓裂在施工現(xiàn)場管理方面的特點(diǎn)和顯露的問題，我們進(jìn)行了施工井場車輛設(shè)備輔助管理的信息化建設(shè)工作，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了應(yīng)用研究和建設(shè)：

1.施工井場車輛設(shè)備配備

現(xiàn)場所有的施工車輛中，泵車無疑是整個(gè)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(shù)量也比較多。

根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)中確定的施工規(guī)模、施工參數(shù)，可以初步計(jì)算出施工需要的泵車數(shù)量，并以此為基數(shù)進(jìn)行調(diào)整。比如下面列舉兩個(gè)比較簡單的計(jì)算公式：

(1)

該公式為經(jīng)驗(yàn)公式，其中：

施工排量和施工限壓：為工藝設(shè)計(jì)中要求的施工參數(shù)。

系數(shù)：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(shè)計(jì)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(jù)罐車容量而定。

按照經(jīng)驗(yàn)，施工排量在6.5方/分鐘以內(nèi)上一個(gè)車組，超過6.5方/分鐘后上二個(gè)車組。車組中每類車輛都由多臺車組成，并在施工中擔(dān)負(fù)不同的工作角色。

車輛配備的計(jì)算非常復(fù)雜，以上兩個(gè)公式只是較為簡單的情況，其它計(jì)算公式不再一一列舉。在實(shí)際計(jì)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(shè)備擺放

計(jì)算出大致的施工車輛設(shè)備配備情況后，就是現(xiàn)場車輛和設(shè)備的擺放問題。

去過壓裂施工現(xiàn)場的人都知道，在有限的施工空間內(nèi)，車多、人多、設(shè)備多，如何根據(jù)井場面積、井口位置及周邊環(huán)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(jìn)行，是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

因此，我們首先根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)建立了車輛及設(shè)備擺放的業(yè)務(wù)規(guī)則和關(guān)系模型，根據(jù)車輛配備情況和井場環(huán)境、業(yè)務(wù)規(guī)則進(jìn)行初步的計(jì)算，為施工管理人員提供最優(yōu)化的擺放選擇。

例如對泵車，建立部分規(guī)則如下：

①供液泵車按照長15米寬3米占地計(jì)算

②打平衡泵車按長11米、寬3米占地計(jì)算

③2000型泵車按照長12米、寬3米占地計(jì)算

④2500型泵車按照長14米、寬3米占地計(jì)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(yuǎn)離值班房及設(shè)備，并留有安全和應(yīng)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(shè)備的擺放規(guī)則，在此不再一一列舉。

3.施工設(shè)備的配套準(zhǔn)備

對于壓裂施工過程中易損設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)需要提前準(zhǔn)備，保障施工正常進(jìn)行。該部分主要針對車輛、流程和一些連通設(shè)備的配件的提前準(zhǔn)備。下面以泵車為例進(jìn)行系統(tǒng)的建設(shè)說明。

泵車需要提前準(zhǔn)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(yǎng)維護(hù)工作，如潤滑油等，配件在更換維護(hù)時(shí)，無法正常工作。下面為泵車中部分易損耗配件的更換規(guī)則。

凡爾體：施工液量達(dá)到140方時(shí)，需更換，耗時(shí)2小時(shí)。

凡爾膠皮：施工液量達(dá)到140方時(shí)，需更換，耗時(shí)2小時(shí)。

凡爾座：施工液量達(dá)到400方時(shí)，需更換，耗時(shí)4小時(shí)。

盤根：施工液量達(dá)到400方時(shí)，需更換，耗時(shí)約8小時(shí)。

柱塞：施工液量達(dá)到400方時(shí)，需更換；柱塞嚴(yán)重偏磨使其圓柱度公差大于0.1毫米時(shí)應(yīng)予更換；表面粗糙度過大，或出現(xiàn)縱向溝紋時(shí)應(yīng)予更換；耗時(shí)約8小時(shí)。

根據(jù)這些規(guī)則，我們建立計(jì)算機(jī)模型，體現(xiàn)出這種規(guī)則關(guān)系，根據(jù)施工規(guī)模和工藝設(shè)計(jì)要求，計(jì)算出施工中需要提前準(zhǔn)備的配件種類和數(shù)量，保障施工按計(jì)劃安全、正常進(jìn)行。

結(jié)論

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