適用于涪陵頁(yè)巖氣開發(fā)壓裂工藝配套技術(shù)研究

陸昌盛

（中國(guó)石化江漢油田分公司石油工程技術(shù)研究院完井所，湖北武漢 430000）

隨著涪陵頁(yè)巖氣開發(fā)的推進(jìn)和深入，外擴(kuò)區(qū)和二期產(chǎn)建區(qū)將成為未來(lái)開發(fā)的重點(diǎn)，但相較于一期產(chǎn)建區(qū)，二期各產(chǎn)建區(qū)塊分屬多個(gè)構(gòu)造帶，區(qū)域構(gòu)造變化復(fù)雜，埋深更深，其中二期產(chǎn)建江東和平橋區(qū)塊埋深大于3 500 m 的面積占比約50 %，評(píng)價(jià)區(qū)塊如白濤、白馬等深井的占比更大[1-6]。埋深加大造成施工壓力高，施工排量受限，形成復(fù)雜縫所需凈壓力較高，針對(duì)二期產(chǎn)建區(qū)由于地質(zhì)條件改變而造成的埋深加深給當(dāng)前的壓裂施工帶來(lái)一定的難題，如何達(dá)到改造需求，需要頁(yè)巖氣井高壓、大排量壓裂配套技術(shù)進(jìn)行研究探討。

1 配套技術(shù)方案

目前涪陵頁(yè)巖氣二期部分深井開發(fā)大型壓裂呈現(xiàn)施工壓力高的特點(diǎn)，以焦頁(yè)X 平臺(tái)為例：施工最高壓力達(dá)到114 MPa、最大排量16 m3/min。深井的地質(zhì)條件對(duì)壓裂設(shè)備提出了更高的要求。

1.1 耐高壓

從壓裂流程來(lái)看，耐高壓主要分為4 個(gè)部分：壓裂車、高壓管匯、井口和套管。下面從保證4 個(gè)部分耐壓級(jí)別達(dá)到140 MPa 分別展開：

1.1.1 適當(dāng)減小壓裂泵柱塞的尺寸，提高連桿耐壓級(jí)別 2500/3000 型壓裂車是涪陵頁(yè)巖氣大型壓裂施工的主力裝備，目前2500 型壓裂車上的壓裂泵通常配置95.25 mm 柱塞或101.6 mm 柱塞，3000 型壓裂車上的壓裂泵通常配置120.65 mm 柱塞或127 mm 柱塞，最高工作壓裂分別為140 MPa 或123 MPa（柱塞直徑加大，最大連桿負(fù)荷受限，導(dǎo)致最高工作壓力下降）（見表1、表2）。

表1 2500 型壓裂車性能參數(shù)

表2 3000 型壓裂車性能參數(shù)

從性能參數(shù)可以看出：當(dāng)施工壓力升高時(shí)，為提高壓力等級(jí)，壓裂泵可以采用減小壓裂泵柱塞的尺寸，提高連桿耐壓級(jí)別。

1.1.2 140 MPa 高壓管匯優(yōu)化 針對(duì)原管匯由于支路間距、旋塞閥支撐位置、連接方式不合理造成管匯振動(dòng)及沖蝕加劇的難題，設(shè)計(jì)并優(yōu)化140 MPa 高壓管匯。可進(jìn)行如下優(yōu)化：

（1）增加管匯整體長(zhǎng)度，由8 m 增加至11 m；

（2）改進(jìn)管匯支撐位置，設(shè)計(jì)旋塞閥底座支撐；

（3）主通道與支路連接由“Y”型三通優(yōu)化“T”型三通，減少?zèng)_蝕強(qiáng)度。

1.1.3 140 MPa 高壓流體元件配套 根據(jù)不同壓力、酸量、液量、砂量對(duì)高壓流體元件的沖蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選相應(yīng)140 MPa 高壓流體元件。

1.1.4 140 MPa 大通徑壓裂井口配套 主要是手動(dòng)平板閥配套130-140 手動(dòng)平板閥；壓裂注入頭配套KYS130-140 壓裂井口；根據(jù)施工排量需求，優(yōu)化井口高壓注入頭結(jié)構(gòu)。主要由6 個(gè)對(duì)稱分布的FIG1502 扣型注入接頭與1 個(gè)整體式接頭組成，主通徑設(shè)計(jì)為130 mm。

1.1.5 優(yōu)選耐壓140 MPa 套管

1.2 大排量

目前使用的井口8 通壓裂頭主要有105 MPa 和140 MPa 兩種規(guī)格，壓裂頭單頭的尺寸均為76.2 mm，但是通徑實(shí)際為65 mm 和77 mm。其應(yīng)用主要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6270-2012《石油鉆采高壓管匯的使用、維護(hù)、維修與檢測(cè)》，在使用時(shí)流體的最大流速不應(yīng)超過(guò)12.2 m/s，即105 MPa 和140 MPa 高壓管匯單口最大流量為2.55 m3/min 和3.34 m3/min，壓裂8 通（6 口輸入）的最大流量為15.3 m3/min 和20 m3/min。根據(jù)排量需求，可進(jìn)行以下幾個(gè)方面優(yōu)化：

1.2.1 優(yōu)化主壓車的配置 施工壓力達(dá)125 MPa、排量18 m3/min 所需水馬力：

達(dá)到66 339 HHP，所需3000 型主壓車23 臺(tái)或2500 型27 臺(tái)，壓裂車組合（見表3）。

1.2.2 根據(jù)大排量大液量施工要求，進(jìn)行供水裝置優(yōu)選與供液流程優(yōu)化

（1）供水段清水提升裝置優(yōu)選：針對(duì)供水撬排量低不能滿足大排量施工的難題，優(yōu)選大功率供水撬，并編制現(xiàn)場(chǎng)使用規(guī)范（見表4）。

表3 壓裂車組合

表4 1 200 m3 供水泵技術(shù)參數(shù)

（2）液罐區(qū)流程優(yōu)化：針對(duì)液罐多、占地面積大的難題，開展供液流程優(yōu)化研究，根據(jù)井場(chǎng)條件、供液穩(wěn)定性優(yōu)選供液模式，優(yōu)選“半在線”模式，減少罐具使用量（見圖1）。

圖1 半在線供液示意圖

1.3 長(zhǎng)時(shí)間

為達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，可從以下幾方面入手：

（1）高壓下壓裂車泵頭累計(jì)使用超過(guò)150 h，進(jìn)行更換，如果泵頭完好，換到低壓的井上繼續(xù)使用。

（2）高壓下，車輛進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)前，有效運(yùn)行剩余時(shí)間不得小于80 h。

（3）高壓管匯安裝連接規(guī)范化：①統(tǒng)一規(guī)范泵排出管匯安裝角度，有效降低排出管匯活動(dòng)彎頭的疲勞破壞風(fēng)險(xiǎn)，泵排出落地管線兩點(diǎn)支撐，有效緩沖壓裂車及流體脈沖引起的管匯振動(dòng)，增強(qiáng)管匯穩(wěn)定性，降低振動(dòng)引起的疲勞應(yīng)力破壞風(fēng)險(xiǎn)。②單平臺(tái)多井施工，周期長(zhǎng)，砂石地面管匯落地支撐，橡膠墊塊底部地面沉降明顯，管匯件受力方式改變，存在應(yīng)力破壞風(fēng)險(xiǎn)。墊塊下增配鋼板，增大受力面積，避免橡膠墊塊沉降。③管匯支撐標(biāo)準(zhǔn)化：管匯落地支撐統(tǒng)一要求采用橡膠墊塊彈性支撐，取代木塊、輪胎，高壓管匯安裝連接規(guī)范化操作（見圖2）。

高壓管匯安裝連接規(guī)范后，江東區(qū)塊81 號(hào)平臺(tái)127段壓裂施工，施工壓力75 MPa～85 MPa，排量14 m3/min～17 m3/min，未出現(xiàn)1 段管線刺漏現(xiàn)象。

2 配套壓裂工藝方案

二期產(chǎn)建深井壓裂施工整體呈現(xiàn)施工難度大、壓力高的特點(diǎn)，可采取相對(duì)應(yīng)的預(yù)處理工藝、中途穩(wěn)壓控壓的處理工藝保障壓裂施工在高壓、大排量施工順暢。

2.1 預(yù)處理工藝

鑒于涪陵地區(qū)2 800 m～3 500 m 頁(yè)巖儲(chǔ)層碳酸鹽含量約10 %，建議在壓裂主施工之前，利用小型酸化的處理措施，先對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)優(yōu)選酸液配方，優(yōu)化前置酸用量，同時(shí)采取變排量替酸工藝，提升酸蝕作用范圍，降低破裂壓力，為后期加砂創(chuàng)造有利條件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表5）。

焦頁(yè)Y-AHF 第24、27 段壓裂施工前采用了前置清潔土酸20 m3，擠酸排量2 m3/min～6 m3/min 進(jìn)行預(yù)處理，酸降分別達(dá)到13 MPa、29 MPa，降低了施工壓力，有效保障了后續(xù)加砂順暢。

圖2 高壓管匯安裝連接規(guī)范化現(xiàn)場(chǎng)圖

表5 不同層位酸液溶蝕率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 穩(wěn)壓控壓工藝

在形成復(fù)雜縫網(wǎng)過(guò)程中，中途粉陶段塞充填分支裂縫，提高主裂縫的裂縫寬度，可有效降低中途施工壓力。

焦頁(yè)Z-2HF 第14 段施工過(guò)程中，粉陶階段，壓力效果明顯92 MPa～85 MPa，排量14 m3/min；中砂階段，6 %砂比受限，壓力由81 MPa 升至85 MPa，采用一個(gè)6 %的粉陶段塞后，壓力爬升現(xiàn)象得到有效的控制，主裂縫縫寬得到進(jìn)一步提升，有效降低了中途施工壓力。

3 結(jié)論

（1）對(duì)涪陵頁(yè)巖氣井耐高壓、大排量、長(zhǎng)時(shí)間的采取相對(duì)應(yīng)配套技術(shù)優(yōu)化方案可保障頁(yè)巖氣井壓裂過(guò)程中施工要求。

（2）通過(guò)配套壓裂工藝采取相對(duì)應(yīng)的預(yù)處理工藝、中途穩(wěn)壓控壓的處理工藝保障壓裂施工在高壓、大排量施工順暢。

（3）建議在壓裂設(shè)備能力、材料提質(zhì)、工藝優(yōu)化、措施液體加重等幾方面開展研究，以滿足后期開發(fā)過(guò)程中壓裂施工面臨的更大的挑戰(zhàn)。