頁巖氣試氣工藝撬裝設備研究與應用

劉旭 孫慶月

中國石油化工股份有限公司華東油氣分公司 江蘇 泰州 225300

1 試氣設備撬裝化技術應用背景

早在本世紀四十年代，美國就逐步發展撬裝技術，到七十年代，為滿足氣田地面建設日益發展的需要，撬裝技術取得了突破性進展；前蘇聯從1965年到1970年中，新增的568口氣井的集氣和初加工系統全部采用了撬裝裝置。

國內撬裝裝置起于本世紀七十年代，盡管國內起步晚一些，但已看到了撬裝裝置的運用價值。最初的撬裝裝置主要應用在建設規模小、工程零星分散、交通不便的工程中。如果采用傳統的施工方式造成工程造價高、施工周期長、材料能源消耗大、現場管理困難。而撬裝裝置大部分工作在工廠內完成，可大大減少現場工作量，同時工廠化預制能減少能源消耗，提高設備的安裝質量，加快了設備流程的安裝進度。

近年來，我國非常規頁巖氣的勘探開發取得了矚目成果，也積累了頁巖氣開采的配套工藝技術。在頁巖氣開發過程中，國內外都朝著設備自動化、撬裝化方向做了大量工作。隨著中國頁巖氣開發的不斷深入，傳統頁巖氣試氣配套設備工藝及技術也需要向撬裝化方向創新突破。

2 研究目的和意義

試氣工程是頁巖氣開發的重要施工工序，對于頁巖氣井產能評價、儲層特性分析、氣田合理開發有著相當重要的意義。在試氣作業過程中，流程的連接及倒換耗費大量的人力及時間，施工人員不僅承擔著繁重的體力勞動，而且存在著高壓區域作業安全隱患。因此測試流程設備的撬裝化在減小勞動強度、降低施工風險、提升作業效率方面具有研究和應用必要。

3 現場應用及效益

3.1 試采一體化撬的應用及效益

隨著頁巖氣平臺井開發，同一平臺經常需要2～4口井同時進行壓裂試氣施工，連接試氣測試流程時需考慮掃塞、放噴排液、試氣、試采等多種工況同時進行的情況，連接分離器前段流程時極為耗時耗力。

為達到頁巖氣平臺井試氣、試采流程一體化目標，避免試氣時能源浪費，結合重慶工區頁巖氣井的施工特點，在原有的流程上進行優化改進，加工制造出分離器下游撬裝閥組，見圖1。簡化了平臺井放噴測試-試采輸氣的流程連接，降低了連接流程的勞動強度，提高了施工效率。

圖1 分離器下游撬

試采一體化撬的現場應用不僅滿足測試、鉆塞、試采需求，同時降低勞動強度，縮減流程連接時間同時提高施工準備效率，每口井節省人工費用約0.96萬元/井次，以每年施工50井次計算，可節省費用48萬元。集成撬加工費用30萬元/套，按5年攤銷（每年按313天合計），為191.7元/天/套，按一年施工50口井計算，每口井施工45天計算，一年累計節省約48-0.01917×45×50=4.86萬元見表1。

表1 連接流程時效對比

結合試采一體化撬優化地面測試流程，試采試氣流程均預留接口，完成測試即可試采流程投產，極大的縮短高壓件租恁時間，焦頁204平臺（4口井，舊流程）和勝頁14平臺（3口井，新流程）對比，節省租賃設備時間100天，單井節省費用8.73萬元見表2。

表2 測試流程租賃費用對比

3.2 新型井口操作平臺的應用及效益

在頁巖氣井開發中，壓裂試氣時需在井口搭建操作平臺，方便壓裂井口閘門開關、泵送射孔、連油鉆塞等施工作業。井口操作平臺要求安裝牢固、方便人員作業，傳統的井口操作平臺拆裝困難、支腿及護欄易變形、安裝及拆除存在較大安全風險，給施工帶來極大不便。

針對傳統井口操作平臺存在的缺點，經過重新設計、現場試用改進等過程，優化出一套適用于頁巖氣井壓裂試氣的新型井口操作平臺，新型井口操作主要由底座、支撐梁、一層平臺、二層平臺、爬梯構成見圖2。考慮施工現場設備多，井口操作平臺擺放受限等因素，再次將底座進行改進，由平面支撐改為支腿支撐見圖3，節約材料，減輕操作平臺總重，使之更加方便運輸、安裝。

圖2 新型井口操作平臺應用

圖3 改進新型操作平臺圖紙

新型井口操作平臺底座穩固、搬遷安裝方便，與傳統的井口操作平臺相比，新式井口操作平臺拆裝一井次累計可節省工時6h、節省人力成本4人次，截止目前，新型的井口操作平臺已在重慶頁巖氣井累計使用42井次，共節約工時336h，此外，相對于傳統井口操作平臺，新型井口操作平臺為一體化設計，更加穩固，減小了搬遷安裝及使用過程中的安全風險。

新型井口操作平臺的優化改進，解決了傳統操作平臺使用中出現的問題，更加符合當前頁巖氣井壓裂試氣的生產需要，在安全性、作業時效性、耐久性等方面都有了明顯提升。

3.3 移動式水泥基墩的應用及效益

頁巖氣低壓管線每個平臺井最少需要管線固定基墩15～30個不等，前期都采用固定式水泥基墩，澆筑周期長、且無法充分利用、影響施工進度整體推進。

通過對管線固定方式討論及研究成果研發移動式管線固定基墩，加快施工效率3天以上；

1）移動式單條及4條管線基墩在焦頁X平臺成功應用，移動式基墩吊裝方便、可重復利用、平穩對管線固定起與澆筑式管線基墩作用一樣。

2）特別對臨時管線的固定意義重大，對比澆筑式水泥基墩、移動式基墩效率高。

3）澆筑式水泥基墩、澆筑時需要6～8名施工人員施工、產生水泥帶廢包裝、同時用模板固定造成施工耗材增多。

4）固定式水泥基墩成本在764.73元/方，因平臺大小差異及數量的不同，每個平臺造價在3～5萬元之間，且不可重復使用。

5）部分固定式水泥基墩涉及到二次拆除費用，增加了施工成本。

通過研發與使用移動式水泥基墩提高施工效率、可回收重復利用、清潔環保、節省施工成本。

經過現場實際應用，移動式水泥基墩，提高施工效率，方便管理、可回收重復使用，降低成本，同期對比固定式水泥基墩可節約30萬元。移動式水泥基墩現場工作場景見圖4。

圖4 移動式水泥基墩的應用

4 結束語

1）通過對測試流程撬裝化技術的研究與優化，重點攻關了試采一體化撬技術，改進了壓裂井口操作平臺，設計了可移動式水泥基墩。極大的節省了連接流程時間，降低了作業強度，減少了高壓測試設備的租賃時間，實現了降本增效。降低施工風險，起到了頁巖氣開發降本增效的作用。對頁巖氣試氣測試流程作業方式及撬裝化發展方向具有重要的參考價值和推廣前景。

2）目前一體化撬已實現多平臺應用，但加工制作成本較高，建議持續優化該設備，減少成本支出。

3）壓裂井口操作平臺及移動式水泥基墩均成熟使用，建議加大使用力度，同時做好相關專利申請工作。