1、工厂化压裂,2017年8月,目 录第一部分：国内工厂化进展情况 第二部分：北美工厂化设备及配套,对“工厂化压裂”概念的理解,把大规模压裂看作一个工程，按工序的先后进行流水作业，并按工厂的模式对其进行全方位管理，责任到人、管理到人，体现：,-组织运行的一体化 -生产管理的精细化 -工艺实施的流程化 -现场施工的标准化,区域划分明确，物料统一置放，加强过程的管理与监控，制定并完善流程和标准，强化细节管理、提高质量、保障安全作业,工厂化压裂就是要象普通工厂一样，在一个固定场所，连续不断的泵注压裂液和支撑剂。工厂化压裂可以大幅提高压裂设备的利用率，减少设备动迁和安装，减少压裂罐拉运，降低工人劳动强度。
2、,一：大型压裂工厂化作业发展历程,2011年，初步探索体积压裂改造，首次采用供水、配液前移模式，实现了“游击战”向“阵地战”转变采用现场打水源井、大罐储水，手动设备配液“先储后注”，罐车倒运供砂。垣平1井，水源井4口、大罐84个，施工人员215人，日压裂1段,具备了“千方砂、万方液”施工能力,独井压裂阶段,2012年，重点开展井场模块建设，实现了“独立作战”向“协同作战”转变首次采用蓄水池取代大罐储水，提升配液能力边储边注，完善供水、供液、压裂系统。齐平1井，水源井2口、大罐34个，施工人员146人，日压裂1.5段,建立了“模块组合式工厂化作业”系统,模块作业阶段,2013年，首次采用平台交叉
3、压裂模式，实现“独立作业”向“平台作业”转变建立蓄水池、软体罐两种储水方式，自动化现场配液，集约添加剂供给，简化管线流程，压裂车连续施工。垣平1-4/5/8平台，大罐20个，施工人员120人，日压裂3段,打造了“平台井交叉连续施工”模式,平台交叉阶段,2014-2015年，重点加强模式优化和功能升级，由“线状布局”向“网状布局”转变建成边配边注、连续输砂模式，远程供水、供液系统，压裂视频监控，集中生活保障。达深21HC井，单井水源井2口，大罐2-4个，人员70人，日最多压裂5段 (区域远程供水、供液116口井，节省蓄水池97个、水源井180口),形成了“五组三线”区域施工能力,区域施工阶段,2
4、016年以来，深化自动控制能力提升，由“人工操作”向“自动控制”转变创新一体化联动控制系统，研发高压直管自动锚定设备，实施远程视频决策指挥、井场数据无线传输监控。芳38-平10/平11井，水源井2口，大罐2个，人员45人，日压裂5段 (自动化、信息化的深入，减员、提效、提能力，年施工340口创历史新高),创新了“一体化联动”控制模式,自动控制阶段,五种经济运行模式,区域保障模式 (供水、供液远程辐射),井组保障模式 (压裂车组阵地交叉),射孔经济模式 (连续施工、射孔液回收利用),小规模井保障模式 (砂、液短途倒运),冬季施工模式 (水体保温、流程防冻),六项技术重大突破,八项工艺革命性变化,
5、远程供应技术中心供水(液)、5km远程输送 边配边注技术粉料密闭添加、自动化现场配液 连续输砂技术阵地式存储、连续输送保障 视频监控技术视频实时监控、高压区无人值守 机械作业技术高压直管机械运输、螺旋式锚定 集约生活技术移动厨房、净菜供应保障,井场面积(m2),现场施工设备(台/套),施工人员(个),施工效率（%）,年施工能力（口井）,30000,7000,133,35,215,45,34,340,+50%,近年来大型压裂总体效果对比情况,对比初期，总体实现了“四降两升”：井场占地面积缩小77%；现场施工设备减少近百台(套)；施工人员精减80%；致密油水平井体积压裂、直井缝网压裂、连续油管水平
6、井压裂施工成本降幅分别达到73%、47%和51%；施工效率提升50%以上，施工能力提升近10倍,二：大型压裂工厂化作业能力情况,立足小井场、大作业，持续开展“一个提升、六个优化”,一、提升现场管理,一是井场管理由以往开放型向封闭式转变，井场整体围栏防护，设有唯一出入口、专职人员24小时看护，全井场夜间照明、视频监控，并建立完善的外来人员管理制度，使井场设备、技术等资源得到有效防护，安全控制能力显著提升,井场围栏,噪声隔音板,入场签到,二是生产运行由经验式向节点式转变，制定标准化施工流程模板，明确运行单元、标定完成时限、突出节点控制，实现全过程有效管控，平均单井施工周期大幅缩短,时间节点式运行流
7、程图,三是现场管控由以往分区协作向总监统筹转变，设立现场压裂总监，全面协调施工现场设备、人员、安全、环保、质量及运行管理，统一调配资源，设备利用率提高20%以上,压裂总监现场职能,总监制现场责任人签到板,现场 协调,压裂总监,施工公司,外部队伍,内部队伍,相关单位,上级部门,落实 汇报 接收 反馈,管理 组织 计划 协调,四是关键节点由人工控制向信息管控转变。研究建立井场数据实时监测系统，对井场蓄水池水体、入罐液体、储液大罐液面等关键参数，消除传统观测方式用工多、准确性低、及时性差等问题，为整体施工情况预判、参数调整提供有力依据,水量、温度信息无线监测,添加剂流量监测,储液罐液位监测,五是区块
8、运行由单井作业向集群压裂转变。针对平台井少、独井压裂成本高的难题，创新性的把区域作为一个大施工平台，集中建立供液、供砂保障中心，网状辐射施工井，资源投入大幅减少。茂803等3个区块施工54口井170层，时效提高33.5%，少打水源井24口、蓄水池13个,茂801、茂803区块集群压裂示意图,六是推进大型压裂现场专业化服务,井场、道路专业化：针对低洼井施工难题，由专业公司铺设木制板排，2016年铺设12.8万平方米，确保了52口井顺利施工 井场环保专业化：针对大型压裂流程长、风险点源多等实际，专业公司在压裂就位即完成防护，准备时间缩短50%以上 现场质检专业化：现场设立质检站，对支撑剂、压裂液及
9、时进行入井检测，严格批次留样，确保了入井原料质量合格,现场移动式质监站,现场地面环保防护,现场木制板排铺设,二、优化作业系统,一是作业模式由以往配合单位独立施工向一体化组织运行转变，改变了以往多单位指挥、各自为战的局面，与兄弟单位密切配合，泵注桥塞、挤酸、压裂等关键环节衔接更加顺畅，时效提高20%以上,压裂、作业一体化施工模式,二是压裂、推塞流程由以往共用式向独立式转变。通过优化管汇结构，配套地面分流装置，实现了闸门快速转换，安全控制能力大幅提升，管线数量减少20%以上；特别是推塞流程的分离，平台井日压裂段数可由2-3段提高到4-5段,以往双套管汇并联，泵注能力低，存在压力波动及不平衡问题,目
10、前采用U型管汇，最大泵注能力20m3/min，施工过程中压力平稳；分流装置，实现流程简化,大型压裂配套管汇发展情况,三是管线连接和锚定由以往人拉肩扛向机械化转变。研发高压直管运输锚定车，实现了高压直管机械运输、机械手自动抓放，螺旋式地锚桩机械锚定，大幅减轻工人劳动强度，提高运行效率,大型压裂地面管线运输、锚定,三、优化压裂系统,一是压裂车组由以往高能力保障向水马力经济匹配方式转变，建立不同工艺类型车组配套标准，创新“121”操控方法，形成五组三线能力，设备利用率提高25%,压裂车组“121”操控方法展示,2,4,6,8,10,12,14,操控方法：,车组一： 车号：1、2、3、4、5、6、7、
11、8号 档位：1档 车组二： 车号：9、10、11、12、13、14号 档位：2档 综合水马力、温度、施工时间因素 车组一： 车号：1、2、3、4、5、6、7、8号 档位：2档 车组二： 车号：9、10、11、12、13、14号 档位：1档,二是高压区由以往人防保安全向技防保安全转变，建立了地面视频监控系统，实时监控压裂车柱塞、地面管汇、高压井口等部位，压裂车管线加装保险绳、配备减震基墩，高压管汇加装防护网，实现高压区无人值守,重点区域安全防护,三是供水、供液、配液保障由以往独立控制向联动控制转变，形成了“仪表车发射指令-混砂车按需求响应-配送中心实时自动供液”的联动模式。模糊了系统界限，流程自
12、动感应压力变化，水(液)量按需配送、自动调节，消除了人工干预不及时、不准确、用工多的问题。可在5km范围内网状辐射施工井，为区域“小井场、大作业”提供了必要条件,多系统联动控制保障流程,自动感应储液,电磁阀门管汇,供液设备,混砂车,罐内液位变化，压力变化感应信号,供液设备接收信号，自动调整参数,压力信号传递,混砂车排液，按排量抽吸,精确计量施工数据,四是压裂施工由以往限时施工向连续施工转变，研制应用密闭连续加油装置，减少了停泵和车组移动，打破以往只能连续施工4.5小时的时间界限，设备能力得到最大程度发挥,油箱密闭连续加油装置 (同时满足多台泵车加油需求),压裂车组密闭连续加油装置,四、优化供砂
13、系统,原吊车加砂、罐车倒运方式,目前连续供砂车现场施工,一是现场供砂由以往罐车倒运式向阵地连续输送式转变。研发配套了连续输砂设备，实施成品砂直入现场，实现了混合支撑剂按需配比、低位添加、连续输送，减少了物料存储、转运等中间环节，取消现场吊车，平均单井节省罐车100台次,泵注系统,供砂 系统,供砂 系统,双套供砂设备组配模式,单套供砂设备施工模式,二是供砂系统由双套设备组配转变为单套施工模式。通过优化混砂车参数，简化施工流程，同比以往减少1台混砂车、1套输砂装置，用工减少8人，混砂系统占地面积缩小50%，成本进一步降低,采用连续输砂装置，支撑剂直接供应到井场，吊装到输砂装置中。连续加砂近1500
14、0m3。,现 场 连 续 输 砂,五、优化供液系统,一是现场配液由手动式向自动化转变，日配液能力由3000m3提高到10000m3以上，转运效率提高50%，连接周期缩短40%以上，能够保障排量16m3/min以上、多种液性交替施工需求,车载式自动化 配液设备,自动化配液车,手动配液设备,配液能力1.5-5m3/min 管线多，速度慢，工人强度大,配液能力12m3/min 单车，减掉发电机，能力高,配液能力10m3/min 减掉固添撬，转运灵活,配液能力8m3/min 设备多，机动性差,撬装式自动化 配液设备,大型压裂现场压裂液配置模式变化,五、优化供液系统,一是现场配液由手动式向自动化转变，日
15、配液能力由3000m3提高到10000m3以上，转运效率提高50%，连接周期缩短40%以上，能够保障排量16m3/min以上、多种液性交替施工需求,车载式自动化 配液设备,自动化配液车,手动配液设备,配液能力1.5-5m3/min 管线多，速度慢，工人强度大,配液能力12m3/min 单车，减掉发电机，能力高,配液能力10m3/min 减掉固添撬，转运灵活,配液能力8m3/min 设备多，机动性差,撬装式自动化 配液设备,大型压裂现场压裂液配置模式变化,二是瓜胶粉料由以往吊装投放转变为密闭输送方式。通过组合应用新粉料添加车、自动化配液车，取消了原配液系统吊车、现场储料平台及粉料二次灌装环节，减
16、少用工5人，有效解决现场粉尘污染问题，消除了吊装安全风险,原配液设备吊装上料,新粉料添加车、自动化配液车组合使用,使用吊车上料，存在安全风险 瓜胶高空添加，存在粉尘污染 料台占地面积大，人工强度大,粉料添加车低位上料，取消吊车 密闭输送，避免粉尘污染 占地面积减少一半，人工减少5人,三是添加剂供给由桶装分散式向车载集约式转变，取消现场全部桶装料，保证了液体连续加入，人员减少3人，占地面积缩小一半；地面管线通过扩径、简化，由30条减为6条，连接用工人数由10人减少到3人，拆、装时间缩短8小时,以往4寸管线,新型8寸管线,新型快速接头,小桶分散加料,罐车集中加料,液体添加剂车,远程供液模式,蓄水池
17、,配液设备,泵组,水源井,压裂井,新型软体罐,原井场,新井场,远程供液模式保障流程,远程供水、供液泵组,四是供液模式由井场独立供液向远程供液转变，减少配液设备、物料的移动转运，减少了蓄水池、水源井投入，新井场占地面积缩小30%，准备效率提高50%，有效降低施工成本,六、优化供水系统,一是采用蓄水池、软体罐代替大罐，减少了大罐及维护人员数量，降低了水井瞬时水量要求，减少了水源井钻凿；特别是移动式蓄水池，机动灵活、容量大，能更好地满足现场环保要求，将是今后发展主要方向,大型移动式蓄水池 特点：保护地表植被；移动灵活性高,储水罐(2011年单井最多40个) 特点：占地面积大，数量多,蓄水池(平均蓄水
18、能力4000m3) 特点：蓄水能力强，需挖掘、回填,大型压裂现场储水方式,二是现场供水由井场独立式向远程集中式转变，提高了水源井和蓄水池的综合利用率，减轻了重复打井、征地和恢复植被的压力，降低施工成本。目前，单蓄水池最多覆盖6口井施工,远程供水模式保障流程,远程供水模式,蓄水池,泵组,水源井,压裂井,软体罐,原井场,新井场,远程管线,玛18井区现场建有3个蓄水池，实行集中供水，可以保证至少三个面的压裂施工用水。3个蓄水池已累计供水近240000m3。,七、优化生活系统,餐饮保障方面，由以往各单位独立开伙向集约供餐转变，基地冷藏车净菜供应，专业厨师烹饪加工，员工餐厅统一标准用餐，由以往5家食堂精
19、简为1家，并提高了饭菜品质和用餐环境，避免了资源重复投入，提高了员工餐饮水平,现场集中供餐保障模式,住宿方面，由以往自主化管理向集中管理转变，统一保洁、更换床品，提高员工现场生活水平；配套水厕替代旱厕，建立完善的生活垃圾、污水回收系统，提高现场环保控制水平。特别是新板房的加工，研制应用了航空插头连接方式，整套生活系统用电连接无需专业电工，搭建更加方便快捷,现场生活保障设施,目 录第一部分：国内工厂化进展情况 第二部分：北美工厂化设备及配套,随着北美地区页岩气的开发，水平井和大型压裂技术的推广应用，人们提出了“工厂化”这一概念，“工厂化钻井”、“工厂化压裂”。主要是为了加快施工速度、缩短投产周期
20、、降低采气成本。,为了提高压裂施工水平、缩短施工周期、满足集团公司水平井大型压裂施工的需要，现对北美地区的工厂化压裂流程和设备进行介绍。,水罐,液体添加剂,固定砂罐,射孔车,吊车,酸罐,移动砂罐车,出口罐,仪表车,泵车组,油罐车,混砂车,工厂化压裂施工流程图,水 源,水 泵,井场水罐,连续水化车,混 砂 车,高低压管汇,泵 车 组,井 口,固定砂罐车,移动砂罐车,除尘装置,连续输砂车,混砂车(备),仪 表 车,污水处理,液体添加剂,工厂化压裂，包括以下几大系统： 1、连续泵注系统（把压裂液和支撑剂连续泵入地层） 2、连续供砂系统（把支撑剂连续送到混砂车蛟龙中） 3、连续配液系统（用现场的水连续
21、生产压裂液） 4、连续供水系统（把合格的压裂水连续送到现场） 5、工具下入系统（射孔、下桥塞实现分层） 6、后勤保障系统（各种油料供应、设备维护、人员食宿、 工业及生活垃圾回收等）,1、连续泵注系统,井口控制闸门组,高低压管汇,压裂泵车,混砂车,仪表车,各种高压控制阀门,低压软管线,1.1、压裂泵车北美地区压裂所用的泵车以2250HP设备为主，相当于国内的2000型。,优点：维护保养方便 缺点：对道路要求高,1.2、混砂车北美地区使用的混砂车输出排量有16m3/min(100BPM)和20m3/min(130BPM) ，输砂能力分别为7200kg/min和9560kg/min。,高低压管汇上带
22、增压泵（由独立柴油机带动），解决混砂车远离泵车时供液压力不足的问题。,1.3高低压管汇,1.4简易压裂井口及液控闸门,液控闸门，开关井口安全方便,羊角式井口内径与套管相同，方便下入各种尺寸的工具。,井口闸门液控系统,1.5 内径4”高压主管线及控制阀,4-5条内径4”的高压主管线，大大减小管线的磨损，延长使用寿命，保证压裂的连续性。,2、连续供砂系统,大型输砂器,巨型固定砂罐,密闭砂罐车,除尘器,2.1巨型固定砂罐,容量大（单个容积80方），适用于大型压裂,2.2连续输砂装置,实现大规模连续输砂，自动化程度高。双输送带，独立发动机，输砂能力6750kg/min 。,2.3密闭砂罐车,单次拉运5
23、0000lb（22.5吨）, 与巨型固定砂罐连接后，利用风能把支撑剂送到，固定砂罐中。,2.4 除尘器,除尘设备与巨型固定砂罐顶部出风口连接，把砂罐里带粉尘的空气吸入除尘器进行处理。,3、连续混配系统,水化车,液体添加剂车,化学剂运输车,酸运输车,液体胍胶罐车,3.1 水化车（连续混配）,用于将液体胍胶（LGC）和各种添加剂稀释溶解成胍胶基液的设备。体积庞大，可连续配液，适用于大型压裂。,自带发动机，吸入排量16m3/min，依靠重力排出，水化罐容积32m3 。入口与水罐连接，出口与混砂车连接。,3.2 液体胍胶罐车,为连续混配车提供液体胍胶（LGC）。,3.3 液体添加剂车,为连续混配车提供
24、各种添加剂，可装运10个吨罐，自带6个输出泵，操作方便。,3.4 化学剂运输车,为液体添加剂车提供各种添加剂，自带2个输出泵。,水源（河流或大水池）,4、连续供水系统,供水泵,水分配器,水管线过桥,输水管线,污水处理,水 罐,4.1 水源,利用周围河流或湖泊的水直接送到井场的水罐中或者在井场附近打水井做水源，挖大水池来蓄水。对于多个丛式井组可以用水池，压裂后放喷的水直接排入水池，经过处理后重复利用。,4.2水泵,把水送到井场的水罐中，12英寸进口，10英寸出口，排量21m3/min，扬程110米，自吸高度8米。,4.3 水分配器,把水泵送来的水，分配到不同的罐中。输段2个10”，输出端12个4
25、”。,4.4水管线过桥,宽6米，承载18吨，允许重型卡车通过。,10” 快装铝合金管线，坚固而轻便，用于远距离送水,4.5 输水管线,对放喷出来的水进行处理后重复利用。,4.6 污水处理,臭氧发生器,沉降罐,电缆射孔车,5、工具下入系统,井口密封系统,水 罐,泵 车,吊 车,射孔枪、桥塞等井下工具,5.1 射孔及工具车,5.2 吊车及井口密封设备,5.3 泵车（专门泵送桥塞）,燃料罐车,6、后勤保障系统,配件卡车,野营房,发电照明系统,餐 车,润滑油罐车,卫星传输,生活及工业垃圾回收车,6.1 废旧机油及润滑油回收车,6.2 应急照明灯,自带发电机,6.3 胶皮垫,6.4 野营房与卫星传输系统
26、,思考？,国内压裂设备的配套主要是考虑道路和井场的实际条件与压裂需求，设备紧凑、机动性好。北美地区压裂井场和道路条件好，井场大，可以摆放大型设备，其使用的压裂尤其是辅助设备较国内种类多，更能满足工厂化压裂的需求。,1、要开展工厂化压裂施工，井场布局十分关键。单个井场的施工井数越多、压裂的液量、砂量越大，工厂化压裂的优势越明显。井场距离近可以充分发挥连续供水系统的作用。放喷出来的水经过处理后重复利用，即节约了压裂水，又减少了拉运污水的工作量。压裂设备动复员时间短，缩短压裂准备时间，可以降低施工成本。,蓄水池,井组,井组,井组,井组,井组,输水管线,输水泵,压裂井组相对集中,5口丛式水平井组，单井
27、分20段压裂，整个井组有100层的工作量，可以充分发挥工厂化压裂的优势。,2、选择与工厂化压裂相配套的工艺也很重要。目前，水平井多段大型压裂施工，主要有泵送快钻桥塞；裸眼封隔器投球；连续油管喷砂射孔（砂塞或底带封隔器分段）；连续油管水力封隔等工艺技术。从北美地区页岩气水平井大型压裂应用情况看，使用最多是泵送快钻桥塞工艺技术。该技术可以实现任意段数的压裂，段与段之间的等候时间在2-3小时，利用此间隙可以完成设备保养、燃料添加等工作，特别适用于工厂化压裂。,射孔车,工具车,页岩气水平井大型压裂现场,3、开展工厂化压裂工艺流程及设备配套研究。借鉴北美工厂化压裂设备使用情况，结合国内相关法律法规、道路及井场实际条件，开展工厂化压裂工艺流程及设备配套研究，完善配套工厂化压裂所需的设备，优选施工工艺，细化生产组织，以促进工厂化压裂施工模式的形成，满足集团公司水平井开发的需要。,谢谢您的聆听! Thank you for listening,汇报完毕！,
