两种压裂车在页岩气开发中的应用分析

林蕾

（中国石油集团长城钻探工程有限公司压裂公司，辽宁盘锦124000）

1 引言

压裂和酸化施工作业是改造油气藏的重要手段之一。压裂施工通过注入高压流体使井底地层形成具有足够大小的填砂裂缝，以增加油气的流动性，提高油气单井产量。对于低渗透油气井需要借助压裂和酸化作业才能达到稳产和增产的目的，油气井通过成功的压裂酸化作业后，单井产量可以提高几倍到十几倍。压裂设备的配置和性能随着压裂工艺的进步在不断的发展中。目前，国内常用压裂车组类型主要为2000型和2500型。

压裂设备适用于油（煤）气层泵送不同类型介质的措施作业，是油气田、页岩气、煤层气勘探开发的重要增产措施装备。压裂车组通常由压裂车、混砂车、仪表车、地面高低压管汇和其他辅助设备组成。施工中，混砂车将压裂液与支撑剂混合完成后，通过连接管汇提供给压裂车，压裂车对混合后的液体加压，通过高压管汇集后注入井底，仪表车对作业全过程进行监控和记录。页岩气开发的主要手段就是依靠水平井技术通过压裂酸化作业措施提高气产量。

2 页岩气压裂作业概况

2.1 页岩气压裂作业规模

与常规水力压裂相比，页岩气藏压裂作业具有大液量、大排量、大规模、低砂比和长工期的特点。大液量指单井施工用液在20 000m3以上；大排量指单井施工排量为12～14m3/min；大规模指水平井分段25段以上、单段加砂90～110t、施工压力约在100MPa；低砂比指砂比小于10%；长工期指单井施工周期约为15d[1]。

2.2 不同储层的设备需求

目前，压裂作业已由常规小规模加砂压裂发展到大规模压裂改造、分层压裂、水平井分段压裂等，单井次施工规模由原来的千方液和百方砂，发展到目前的万方液与千方砂，连续施工作业时间由原来的1d增加到十几天以上[2]。储层的变化和新工艺的应用，使压裂施工的规模和难度越来越大，对压裂装备的性能和配套要求也越来越高，具体如表1所示。

表1不同储层改造对压裂车组功率及配置需求

2.3 压裂车的基本构成

压裂车主要由重载汽车底盘、发动机、传动箱、压裂泵、液压系统、润滑系统、冷却系统、吸入管汇及排出管汇、仪表控制系统等组成。2000型压裂车最大工作压力为103MPa，额定输入功率为1 470kW；2500型压裂车最大工作压力为140MPa，额定输入功率为2 058kW。

3 2000型压裂车在页岩气作业工况下的弊端

2000型压裂车在页岩气作业工况下主要有如下弊端：

1）页岩气藏岩性特别致密，页岩储层孔隙度、基质渗透率极低，岩石硬度大，破裂压力梯度大，施工破裂泵压高。现阶段，部分页岩气井最高施工泵压已达120MPa，2000型压裂车的最高施工泵压为103MPa，难以满足现有施工要求。

2）页岩气压裂需要尽可能地沟通天然裂缝实现增产，因此，需要较大的加砂规模，并且需要的砂比较低，前置液量较大，使压裂液的用量也较大，压裂施工时间较长。例如，在重庆焦石坝地区实施的焦页42-2HF井和42-3HF井，两口井共计压裂36段/89簇，施工时间15d。2000型压裂设备难以满足高压力下的长时间运转[3]。

3）部分页岩气井地面压裂施工泵压超过90MPa，接近或超过现有2000型压裂泵车的安全施工工作压力，施工安全风险较大，有时还存在压不开地层现象，达不到压裂增产的效果。例如，富顺—永川合作区的来101井直井压裂，施工时压力达到91～95.5MPa，最大排量11.3m3/min，设备运行存在较大的安全隐患。

4）压裂车超高压（工作额定压力100MPa）工作时，处于满负荷工作状态。长时间满负荷工作，会缩短压裂车可连续工作时间，造成设备磨损严重，大大降低设备可靠性和使用寿命。

4 2500型压裂车的技术优势

以烟台杰瑞公司压裂车组为例，其2000型压裂车组单机输出水功率1 470kW，最高工作压力103MPa；2500型压裂车组单机输出水功率约1 838kW，最高工作压力137.9MPa。2500型压裂车组功率超出2000型压裂车组25%，最高工作压力超出约33%。国内2500型压裂车常见配置要求如表2所示。

表2国内2500型压裂车常见配置要求

5 结语

页岩气压裂施工规模大、排量大、压力高、施工时间长，其施工特点决定页岩气压裂作业需要在较大功率下，或者是在较高压力下进行长时间的持续作业。2000型压裂车组单机输出功率只有1 470kW，最高工作压力103MPa，为满足施工要求，只能通过增加车组数量、轮流作业；或者是在高压力、大功率下强行长时间连续作业，但此举使设备过度磨损，使用寿命大大降低，且存在较大的安全隐患。相比2000型，2500型的输出水功率（1 838kW）和最高工作压力（137MPa）均较高，更适用于当前页岩气开发所需要的大排量、大规模、高压力发展的需要。因此，从压裂施工的泵压、排量和安全等方面考虑，2500型压裂车综合优势较为明显。