【摘要】： 目前水平井压裂改造普遍采用大排量、大液量、大砂量施工工艺技术，其设计规模要求压裂施工装备具备10m3/min以上的施工排量、100m3以上的连续加砂能力和至少2000m3以上液量连续供液不间断施工能力，单套压裂机组已远远不能满足这种大规模压裂施工的工艺技术要求。因此，需要优化组合多套压裂装备，完善地面高低压流程及多级供液体系等施工工艺，实施多车组联合作业施工，使多套压裂机组达到集中控制，从而满足大排量、大液量、大砂量的大型压裂施工。
【关键词】：压裂；优化；配套；工艺
一、多套压裂机组优化配套
一套完整的压裂车组一般只配备6台压裂泵车，单套压裂车组已不能满足施工要求。要想满足大排量大液量的压裂施工要求，需将多套压裂机组合理的优化配置，整合为一套集中控制，使其施工能力提高，才能满足施工工艺的要求。
（1）、压裂泵车配套的原则
①满足施工规模要求：根据施工规模和时间确定压裂车数量；
②压力等级要求：根据施工作业井确定压裂车的压力等级和机型大小。单车工作压力在压裂泵最高压力的80%以下，施工排量在压裂泵最大排量80%以下。
③功率储备要求：首要考虑施工时间，大型压裂作业压裂车功率储备系数大于1.5-2倍，保证一定的备用泵车,以便在长时间施工时各车交替使用和设备意外故障的情况下能正常按设计要求完成施工 。
（2）、混砂车配套的原则
国内外普遍应用的混砂车排量为75bbl/min和100 bbl/min，清水最大理论排量分别为11.9 m3/min、15.9 m3/min，可根据设计要求的最大排量选择单台或多台并机，满足施工要求。 吸入管线数量是排量的0.6-1倍，排出管线数量是排量的0.5-0.8倍。
（3）、仪表车配套的原则
仪表车是用于采集混砂车和压裂泵车施工参数并实时处理和显示施工曲线，以便施工指挥人员随时了解施工情况，及时调整施工参数和发出应急处置指令。因此，仪表车的配置必须与之相应的混砂车配套。
二、高低压管汇工艺技术应用
一般的高压管汇只能连接6-8台压裂泵车，十台以上压裂车同时泵注作业，就需要采用两套或以上高压管汇系统，在井口通过三通或四通合注入井内。
通过对高压管汇系统的配套与优化，合理满足多设备泵注连接，解决多套机组和管汇在施工中的均衡运行，尽量减少高压管汇及井口的抖动，来确保施工安全有序进行。
一是采用1台混砂车+1套压裂管汇，混砂车吸入端与主供液罐相连，排出端与压裂管汇相连，压裂泵车吸入、排出分别与压裂管汇低压和高压管汇相连，通过高压三通或四通分流，采用三注入或四注入头注入压裂井口。
优点：1、施工装备相对少，便于施工组织；
2、设备占地面积小。
缺点：1、受混砂车排量限制，最大排量在10-12m3/min;
2、受压裂管汇接口限制，最多能接8-10台压裂泵车；
3、由于只有一台混砂车在线，施工可靠性降低。
二是采用1台混砂车+2套以上压裂管汇，将各压裂管汇的高低压管线通过串联或并联方式进行组合，实现压裂车组的供液与泵出，满足施工要求。
三是采用2台混砂车+2套压裂管汇，两套压裂车组同时在线施工。高压管线连接同上；低压采用每台混砂车排出端分别与压裂管汇相连，将两套压裂管汇的低压管汇同时用管线连通后，关闭闸阀。
正常施工时，各混砂车都独立保证相应的压裂车组施工，互不影响，确保大排量压裂施工；当有一台混砂车出现故障而不能正常施工时，打开低压管汇连通闸阀，提高单台混砂车排量继续完成压裂施工。
优点： 1、能接12台以上压裂泵车；
2、能组织大排量的压裂施工；
3、减少单台混砂车负载，提高施工的可靠性。
缺点： 1、施工装备相对增多，低压管线连接设备占地面积增加
图2-1 苏77-18-32H2井现场设备摆放图
三、多机组集中控制、数据采集及实时施工曲线整合技术
一般一个油田很少具备两套型号完全相同的压裂车组，特别是混砂车和仪表车不是同一厂家生产的，在施工数据的采集、传输、处理上，都有独立的控制系统，需要实现对施工数据的对接和融合，对各个数据采集点进行优化，使施工数据集成在一个系统内，便于仪表监控和对施工过程的指挥和控制，同时实现数据远传。
由于每套压裂车组分别为各自独立的泵控系统控制，其控制方式主要为模拟控制和网络控制两种。
为实现多套车组集中控制，根据其控制方式的特点，将模拟控制的仪表车做为现场施工指挥车，并将网络控制电脑集中到该车控制室内，实现集中控制；同时将网络控制仪表车的施工的数据采集和实时监测，通过网络传输到该指挥控制车，指挥人员能实时监测到施工参数和曲线，从而完成施工的指挥、控制及应急处置。
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图3-1 多机组集中控制整合图
近年来，我们先后完成压裂施工生产信息系统开发与应用、2000型压裂仪表车监测系统改造与应用、压裂施工实时数据显示系统在皇冠混砂车的应用、压裂施工现场监控、多车组在大型压裂施工协同作业系统的开发与应用等多项技术研究与攻关，解决了压裂施工实时监控分屏和远传；多探头地面施工监控系统；不同数据采集系统的信号转换，完成仪表和混砂车的相互互换使用；多车组联合施工数据采集和实时施工曲线的远传。
四、远程数据传输及地面监控的技术研究与应用
一是将仪表车采集的实时施工数据和曲线，通过计算机选择性分屏和网络进行远程传输到远离施工区域外的专家监控室内，实现实时施工数据和曲线的远程传输和监控，便于专家现场决策指导。
二是安装地面监控系统，通过地面4个无线摄像探头，分别对井口、高压区、供液区、供砂区、进行监测，仪表车内指挥人员可对施工的各个区域进行监测，及时发现各个区域存在的问题，快速发出应急处置指令，确保施工人员和装备的安全。
三是安装无线扩音喇叭，可及时传输指挥人员指令及应急疏散。
图4-1 远程数据传输及地面监控
五、多级供液工艺技术的研究
根据大型压裂的施工规模（施工液量、液体种类、施工排量）、地理条件、储液装备等条件来确定储液方式和多级供液工艺技术的研究，满足施工时补液要求，并根据主供液罐液位下降的情况，通过闸门调整控制进行补液和打回流，满足施工时及时对储液罐补液而不淤灌，保证施工供液连续，实现防渗池—储液罐—混砂车的多级供液管汇配套。
依据储液方式及参与施工的混砂车数量，确定二级或多级供液方式，配套相应提升泵、管汇和阀组。
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图5-1 现场供液示意图
六、连续加砂技术的研究与应用
对于大型压裂施工，传统的砂罐现场加砂模式已经不能满足现场施工要求，由于井场面积受限，10台以上的砂罐位置无法摆放，而且每段加砂量太大，如果采取砂罐加砂，砂罐倒砂不及时，极易造成施工中断砂的情况，增加施工风险。目前国内外大型压裂施工大都采用立式砂罐来确保连续加砂，今后的研究和发展方向，应结合我国各油田井场条件，研究水平井多阶段连续加砂系统，满足当前非常规大型压裂连续加砂要求。
七、现场应用效果
苏77-18-32H2特大型水平井创苏里格气田压裂施工创多项纪录：
1、压裂施工段数最多，共14段25簇，每段加入暂堵剂转向压裂。
2、施工效率高，用时最短，我队仅用5天即完成了该特大水平井的压裂施工任务。
3、压裂施工规模最大，该井共入井液量14206m3，入井砂量1655m3。
八、结论与认识
1、通过对苏里格气田苏77-18-32H2井实施大型压裂施工，使多套压裂车组的优化组合及配套工艺技术应用取得了成功，积累了大型压裂施工装备技术配套的实践和经验。
2、如何优化配套运用好油田现有压裂装备，发挥设备的最大效能是一个不可忽视的技术难题。由于各油田使用的压裂机组的生产厂家、型号及出厂时间各不相同，单套车组施工能力、泵控方式和数据采集系统也不尽一致，相互兼容性差，给大型施工的技术配套带来了难度，不同压裂车组兼容的研究是研究的下步方向。
参考文献
[1] 中国石油天然气集团公司油气开发部编.压裂酸化技术论文集M.北京：石油工业出版社，1999
[2] 高巍.水平井大规模连续压裂施工技术研究[D]；东北石油大学；2015
[3] 刘炜.涪陵页岩气水平井高效压裂技术及应用.海洋石油，2019