23-大型压裂施工装备的配置与连接2013.6.14

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。
高压管汇通径（in） 2 3 4 105MPa 1.37 2.94 4.9 管汇满足流速限制
建议流量上限（m3 /min） 140MPa 0.66 3.5 /
性能曲线
4 110 100 90 80 4.5 5
压力 (MPA)
70 60 50 40 30 20 10 0.5 1.0 1.5 2.0 排量 2.5 (M3/MIN) 3.0 3.5 4.0
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二、大型压裂装备配置方案
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。
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三、地面管汇系统连接 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。
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三、地面管汇系统连接 1.低压管汇连接
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。 压裂车吸 装备 入 扣型 FIG206 F 管汇车低 压管汇 FIG206 M
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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： 4、施工排量： > 2000 m3 > 8 m3/min
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二、大型压裂装备配置方案
1、主体装备的选择与配置
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。
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二、大型压裂装备配置方案 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。
规范扣型减少过渡连接
混砂车吸 液罐及其 集流管汇 入排出 它 FIG206 F FIG206 M FIG206F
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三、地面管汇系统连接
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。
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二、大型压裂装备配置方案 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。
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二、大型压裂装备配置方案 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
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
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摘
要
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。
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。
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二、大型压裂装备配置方案 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。
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二、大型压裂装备配置方案 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%。
施工功率hp 机型选择 <10000 10000-150000 15000-20000 2000型及以上 >20000 2500型及以上
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三、地面管汇系统连接 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。
在管路上设置机械式安全阀 环形管路可以实现多路输出
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三、地面管汇系统连接 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。
空间及必要生活设施为指挥和操作者提供良好工作环境。
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二、大型压裂装备配置方案 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。 连续工作时间 功率储备系数 < 2h 1.3 2-4h 1.4-1.6 4-8h 1.6-1.8 >8h 1.8-2.0
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施工总液量
13900 m3
23600 m3
15700 m3
一、国内外大型压裂施工现状
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。
主通道4寸管线应用 多路入井管线相互连通
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结束语 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。
转化 传统压裂模式 大型压裂模式
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二、大型压裂装备配置方案 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 裂液在线混配创造了条件。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
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二、大型压裂装备配置方案 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
关注连接数量
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三、地面管汇系统连接
1. 高压管汇连接
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。
管 汇 压 力 等 级
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三、地面管汇系统连接 不同直径和压力等级的高压管汇流量限制 建议高压管汇的液体流速小于12.8
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”
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一、国内外大型压裂施工现状
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。
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一、国内外大型压裂施工现状 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
地区 机组工作 最高工作 总配置功率 工作时间 四川页岩气井 13 m3/min 90 MPa 37500hp 20 h 四川水平井 16 m3/min 69 MPa 24000hp 30 h 重庆页岩气井 12 m3/min 90MPa 33500hp 30 h 河南页岩油井 12 m3/min 76MPa 33970hp 20 h 14500 m3
2000及以下 2000型
压裂车数量
6台或以上
8台或以上
10台以上
13台或以上
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二、大型压裂装备配置方案 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80100%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。
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。
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二、大型压裂装备配置方案
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。
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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。