成套电驱压裂设备在长庆油田页岩油压裂改造中的应用_武志学.pdf

收稿日期：；修订日期：。作者简介：武志学（），男，工程师，现从事油气田开发。：。文章编号：（）成套电驱压裂设备在长庆油田页岩油压裂改造中的应用武志学，王彦伟，杨 成（咸阳川庆鑫源工程技术有限公司，陕西西安）摘要：为解决长庆油田页岩油开发压裂改造规模大（大排量 大液量 大砂量）、占用设备多、噪声污染严重等问题，同时实现压裂改造成本下降的目的，在长庆油田陇东页岩油区域开展了成套电驱压裂设备配套和先导性应用试验。采用桥射联作 泵送可溶桥塞体积压裂 纳米变黏滑溜水压裂液体系工艺，生产组织模式采用拉链式 工厂化作业模式。现场应用显示，电驱压裂设备具有单机输出功率大、零碳排放的特点，同时噪音污染降低 ，占地面积缩小，可有效降低压裂改造成本 以上。关键词：长庆油田；页岩油；压裂；电驱压裂设备；排量中图分类号：文献标识码：，（，）：（），：；长庆油区电驱压裂设备使用背景长庆油田页岩油区块位于陇东黄土高原，区内梁峁纵横、干旱缺水；页岩油开发层长 层凸显出厚度薄、连续性差、非均质性强的特点。长庆页岩油区域油气井多位于山区，受地形限制，布井呈现小井场大井丛的特点，而页岩油改造规模大，往往需要十几台压裂车组同时施工，现场多支队伍（试油、测井）交叉作业，没有足够的空间规划安全通道等重要位置，加大了施工风险。黄土高原沟壑纵横、钻前道路狭窄、坡陡弯急，通过单一增大台上设备功率且具有稳定性能的压裂车受到限制（型以上压裂车辆无法通行）。年 月石 油 地 质 与 工 程 第 卷 第 期为解决长庆油田页岩油开发压裂改造规模大（大排量 大液量 大砂量），占用设备多、噪声污染严重、场地面积大和区域内优质压裂设备不足的实际性问题，需要引进泵出排量大、设备体积小、燃料耗能低的电驱压裂撬装式压裂设备。电驱压裂设备运行机理、优势及不足 运行机理电驱压裂撬通过电机驱动压裂泵，将传统的柴油发动机驱动变成电机直接驱动。发电机发出的交流电经整流器件转换为直流电，直流电经功率器件驱动电机运转，控制器通过控制功率器件的导通时间来控制电机的转枢电压，从而控制电机转速，驱动压裂设备大泵进行工作。相比传统柴油驱动压裂设备，本质的区别就是电驱压裂设备是用电动马达和变频设备（）替代了柴油发动机和变速箱。优势及不足电机无极调速，单机排量最小可实现 ，有利于精细化施工，可实现排量全覆盖输出。单机输出功率较大，减少了设备投入数量，占地面积缩小，有利于小尺寸井场安全布局。施工噪声低（不超过），相比常规压裂设备噪声污染降低。相比常规设备，电驱作业队伍可减少配套人员，节约人力成本支出。无需加油，实现连续作业，可提高生产时效，平均 段。采用电网供电，排放趋于零，燃气发电机组利用井口气或者 进行现场发电均可大幅降低碳排放（表）。表 电驱压裂设备与油驱压裂设备参数设备名称规格型号理论排量（）工作压力 工作排量（）单撬占地面积 质量 工作噪声 碳排放（）压裂施工间隔 人员配置易损件更换施工段数电驱压裂撬 油驱压裂撬 油驱压裂车 相比车载设备，灵活性不及常规压裂设备。受到高压供电因素制约，使用范围小于常规设备。电路故障断电后没有缓冲时间，电驱车组瞬间停泵，易形成井底复杂情况。电驱压裂设备选型及配套方案 电驱设备选型长庆油田陇东区域页岩油压裂工艺目前多采用桥射联作 泵送桥塞体积压裂 变黏滑溜水的压裂方式，生产组织模式采用工厂化作业。区域内页岩油施工排量大多为 ，页岩油井筒压裂施工限压为 。目前开发的页岩油区域几乎都处于黄土沟壑纵横地带，结合当地道路交通状况及本区域电网分布及负载能力，主要设备选型为：型压裂撬 混砂撬 混配撬 仪表橇组合（表）。表 配套电驱压裂设备主要参数设备名称规格（）质量 电机功率 主要参数变电设备 路 配电设备 进 出 压裂撬 最大排量：（柱塞）；最大理论压力：；最大输出功率 混砂撬 最大清水排量：；最大排出压力：；输砂能力：混配设备 压裂液混配量：；粉料添加量：仪表撬 可实现 台压裂车（撬）、台混砂车（撬）同时控制 电驱设备配套方案根据现场实际情况，可将电驱压裂设备配套为纯电驱压裂设备，也可依据井场电网实际容量配置为电驱 油驱压裂设备（表）。长庆油田陇东区域页岩油现场施工限压为，当使用电驱压裂设备时，现场需拉设专用电力线路，并在井场周边建设简易变电站，将 网电变为 压裂施工用电，变电站容量一般不大于石 油 地 质 与 工 程 年 第 期表 电驱、油驱设备组合配置区域内施工排量（）最大工作压力 单台电驱压裂撬最大功率 电驱压裂撬 台油驱设备 台其他辅助电驱设备功率 纯电驱设备总功率 施工现场简易变电站有效功率 （），变电站安全系数为，即有效可利用电网容量为 。当施工作业时工作压力低于 安全限压时，可继续增加电驱压裂设备。当施工压力在 以内，电驱压裂撬 混砂撬组合与市场覆盖率最高的 型及 型常规油驱压裂车（撬）关键工作参数对比见表。表 型电驱压裂撬与常规油驱压裂车（撬）关键工作参数最优排量（）型压裂车 型油驱压裂撬 型电驱压裂撬 注：最优排量是指在该压力下，泵车运转效率与易损件损耗的最优选择。以施工最大排量为 为例，电驱压裂撬与常规油驱 型压裂车（撬）设备配置情况见表。表 压裂设备配套情况设备名称油驱压裂设备配置纯电驱压裂设备配置电驱 油驱压裂设备混合配置 型压裂撬 台 型压裂车（撬）台 混砂撬 台 混砂车 台 混配撬 台 连续混配 台 仪表橇 台仪表车 台 变频控制撬 台 移动变电站 套 长庆页岩油陇东区域（庆城、华池、合水）国家电网负载较大，电力保障存在不确定因素，为排除电力供应异常引起井筒施工风险，电驱压裂配套作业时，应优先选择电驱 油驱压裂设备混合配置模式。现场配套及应用情况 压裂工艺及组织模式压裂施工方式采用桥射联作 泵送可溶桥塞体积压裂 变黏滑溜水压裂液体系工艺，生产组织模式采用拉链式 工厂化作业。现场配套情况华 井组施工设计排量为 ，选用电驱 油驱压裂设备混合配置，使用电驱混砂撬和油驱混砂车同时供液，采用 变黏滑溜水压裂液体系；添加剂由电驱混砂撬按设计泵注程序进行精细控制添加，按照 和 浓度调整组合实现滑溜水、低黏携砂液、高黏携砂液的直接切换。油驱混砂车连接好施工液体，根据施工排量进行补液。作业现场使用电驱混砂撬 立式连续输砂装置添加支撑剂，该装置砂流量最大为 ，分为两个储仓，分别可一次性添加 不同规格型号的支撑剂。加砂过程中可通过控制阀门切换支撑剂，并在作业过程中随时补充支撑剂。当施工排量为 时，采用纯电驱压裂模式；当施工排量为 时，采用油、电混驱压裂模式；当施工排量为 时，则必须采用油、电混驱压裂模式。华 井组采用拉链式作业模式，即同时连接 口相邻井高压管线，并进行串通，用高压分流撬和旋塞阀实现 口井的压裂施工切换。当其中 口井在压裂施工时，相邻井则进行泵送桥塞作业，泵送桥塞作业使用单独高压管线串联 口井，用旋塞阀进行分离控制，使用固定压裂设备（台 型电驱压裂撬）和 台油驱混砂车（泵送桥塞液体要求为清水，无需添加化工料），配合测井队伍进行泵送桥塞作业。电驱压裂施工作业井场，应制定停电应急处置措施。目前普遍的做法有三种：配置大功率燃气轮发电机组，在停电时立即发电保障电驱设备正常运行；使用“充电宝”，在网电闲暇时对储能装置进行充电储能，紧急情况下能提供稳定后备电能，以保障压裂正常；配置油驱压裂机组，在停电等紧急状况下，立即启动油驱设备进行顶替，保障井筒安全。华 井组采用第三种处置措施，在现场配置 台油驱混砂车 台 型油驱压裂撬组，即可在大排量施工层段参与压裂，也可在井场电气故障时保障施工井的井筒安全。现场摆放情况见图。现场应用 年下半年，在长庆页岩油区域进行电驱压裂先导性试验，利用成套电驱设备混合配置方式在华 井组共完成 口井，层次压裂生产任务，累计加砂 ，泵注液总量 ，用武志学等 成套电驱压裂设备在长庆油田页岩油压裂改造中的应用图 华 井组成套电驱压裂设备混合配置井场摆放及注入流程电量 ，按照常规燃油设备页岩油压裂中泵注油液比折算，共减少柴油消耗，有效减少碳排放 ，压裂设备燃料支出消耗成本降低。结论及建议（）长庆页岩油区域大平台作业，井场位置狭小，布置井位多，试油、测井交叉作业动用设备设施多，适合投入电驱压裂撬组以缩减压裂设备占地，可提高井场综合利用率，符合安全要求。（）纯电驱压裂模式在页岩油区域应用风险较大，现场应配备大功率储能电池组或大功率发电机组，保障停电状态下电驱压裂撬组继续作业的能力。（）油驱 电驱最优方案为 台 型电驱压裂撬组（）台 型油驱压裂撬组（），配备 电驱混砂撬 桶油驱混砂车，电驱仪表撬及其他辅助设备设施。（）电驱压裂设备施工噪声不超过 ，相比常规设备噪声污染降低 。不论采用公用电网供电还是燃气轮机现场发电均可大幅降低碳排放。参考文献 杨怀成，夏苏疆，高启国，等 常压页岩气全电动压裂装备及技术示范应用效果分析 油气藏评价与开发，（）：范柏江，晋月，师良，等 鄂尔多斯盆地中部三叠系延长组 段湖相页岩油勘探潜力 石油与天然气地质，（）：蔡振家，雷裕红，罗晓容，等 鄂尔多斯盆地东南部延长组 段页岩有机孔发育特征及其影响因素 石油与天然气地质，（）：陈志明，陈昊枢，廖新维，曾联波，周彪 致密油藏压裂水平井缝网系统评价方法 石油与天然气地质，（）：张斌，李磊，邱勇潮，等 电驱压裂设备在页岩气储层改造中的应用 天然气工业，（）：林蕾 电驱压裂泵在页岩气开发中的优势分析 设备管理与维修，（）：李新发，李婷，刘博峰，等 基于压裂监测的致密储层甜点识别 断块油气田，（）：刘文宝，姚孔，王元忠 电驱压裂装备整体供电技术方案分析及应用 机械研究与应用，（）：蔡卓林，赵续荣，南荣丽，等 暂堵转向结合高排量体积重复压裂技术 断块油气田，（）：（编辑 赵川喜）石 油 地 质 与 工 程 年 第 期