李双鹏， 朱孟伟， 贺殷凯， 李茂林， 陈阳， 杜海波

（1.宝鸡石油机械有限责任公司，陕西 宝鸡721000；2. 川庆钻探井下作业公司，成都610051；3. 四川宝石机械专用车有限公司，四川 广汉618000；4. 四川宝石机械石油钻头有限责任公司，成都610052）

0 引 言

近年来，国家持续加大非常规油气资源的勘探开发力度，四川页岩气、长庆致密油气、新疆玛湖致密油等重点开发区域建产规模逐年增大，压裂作业大幅增加，为提高作业效率，降低作业成本，工厂化压裂逐渐成为现今主流的作业模式，为压裂业务带来了新的机遇和挑战。国内钻探公司也不断探索对现有压裂及配套设备的高效利用，保证压裂作业的提速提效，由于没有统一的规范指导，各家装备配置没有一个统一的标准规范。

1 国外工厂化压裂现状

图1 北美地区页岩气压裂现场

图2 我国页岩气压裂现场

在二十一世纪以后，美国的水平井施工成功应用在页岩气作业方式上，特别是近几年美国加大了对页岩气的开采力度，工厂化压裂逐渐被国内外各大油服公司所接受。目前北美通过优化压裂工艺参数设计，降低压裂液注入量；增加压裂段数量，缩短段间距长度，增大加砂量，从而提高压裂效率；并不断试验和应用新工艺，如滑套压裂和可溶式桥塞等，增效显著。

2 国内工厂化压裂现状

目前，我国先后设立了延安、长宁-威远、昭通和涪陵4个页岩气国家级示范区[1]，开发进程逐年加快，近年来“工厂化”作业模式被广泛应用到页岩气开发中。而目前致密油气区地形地貌以山地、丘陵为主，大面积井场布置困难；非常规油气资源普遍具有埋藏深、渗透率低及储层敏感性强的特性，对压裂设备性能提出了更高的要求[2]。目前我国工厂化压裂技术的发展还处在探索和试验阶段，还没有针对工厂化压裂作业模式制定装备配套方案与标准，各工程作业公司一般根据自身条件进行个性化配置，无法满足高效经济的工厂化作业模式要求。

3 工厂化压裂提速提效建议

为加快工厂化压裂施工效率，以降本增效为目的，推进页岩气产业快速发展。针对目前国内工厂化压裂施工的特点，从压裂施工流程、设备配置等方面提出参考建议，实现资源集约化，以促进工厂化压裂技术在国内的推广应用。

3.1 优化压裂工艺

目前工厂化压裂分为拉链式和同步压裂，针对目前压裂设备紧缺、为减少井场面积和降低现场设备占地面积，目前工厂化压裂作业多采用拉链式方式，实现压裂和连续油管的同步作业。设备利用率较高，尤其适应于川渝地区页岩气开发。

3.2 压裂施工设备

稳定可靠的压裂设备及其配套装备是工厂化压裂成功施工的有力保障。目前工厂化压裂设备一般配置为20台压裂车，2台混砂车，2台仪表车，1～2台混配车，1台连续油管车，测井车，以及酸罐、砂罐、液罐等辅助设备。为提高压裂施工的效率，需要从以下几个方面加大投入和研究：

1）压裂井场标准化配置。从目前大规模工厂化压裂施工情况分析，存在规模大、成本高、效率低的缺点，所需要的压裂车数量较多，工厂化压裂平台压裂车台数通常为20台，还有其他辅助设备，由于各大作业公司的设备参差不齐，导致工厂化压裂作业井场的压裂工艺、效率及劳动强度各不相同，从集约资源、提高效率的目标考虑，应完善大型工厂化压裂设备的标准化配置规范，统筹管理，降低管理成本和提高压裂设备的使用率。

2）大功率电驱压裂装备。现阶段工厂化压裂作业的时间越来越长，且作业所需水功率大，导致设备多，而页岩气作业平台的井厂一般位于丘陵、山区，井场占地面积小，进而要求压裂装备的功率密度越大越好。而柴油机驱动的大型压裂车的研制受到发动机功率和装车难度的限制，无法实现突破。研制大功率电驱压裂装备成为一种发展的方向，电驱压裂装备能实现完全国产化，能突破常规压裂车车载发动机和变速箱技术的“卡脖子”现状。 且电驱作业成本更低，对环境更友好。其中四川宏华开发的6000型电驱压裂橇，中石化四机厂开发的4500型电驱压裂橇，烟台杰瑞开发的5000型电驱压裂橇，均在现场应用，提效明显，且宝石机械正在研制功率更大的7000型电驱压裂橇。电驱将成为未来压裂装备的主流发展方向。

3）连续输砂装置。目前大部分工厂化压裂所用的储砂装置为固定式砂罐，通过吊车起吊砂袋，存在吊装效率低、劳动强度大、吊砂过程存在安全风险等诸多缺点，为提高自动化程度水平，逐渐采用连续输砂进行砂粒的供给，通过皮带输送的方式输送砂粒子，且采用自动破带的方式来减轻现场作业工人的劳动强度，提高作业效率。且连续输砂装置有良好的运输性，井厂占地面积和常规的固定式输砂装置相当，目前烟台杰瑞设计的自动化输砂装置现场应用效果明显。

图3 电驱压裂装备压裂现场

4）管汇快速连接装置。压裂井场高低压管汇需要连接于压裂装备的高低压管汇，现场连接劳动强度大，效率低，开发一种管汇快速连接装置成为一种可能，现场所需的人工对正高压管汇工作能通过液压缸随动臂实现轻松对正，同时通过多组可调弯头实现管汇的多自由度调节，方便现场连接，现场一个操作手就能实现高低压管汇的快速连接，有助于提高现场管汇连接效率，降低工作强度，同时提高了设备机械化水平，目前宝鸡石油机械研制的快速连接装置正在现场试验，效果明显，大大降低了现场人工劳动强度和节省了连接时间。

5）集中供油装置。随着新国标GB1589的实施，由于压裂车整车质量受到限制，大型压裂车的油箱大小被制约。而目前页岩气平台压裂过程中需要长时间连续作业，作业过程中不允许停机加油，且大油箱存在一定的安全风险，为了适应现阶段的作业工况，连续集中供油装置能实现作业过程中的连续加油问题，提高压裂施工效率。采用的方式是通过供油装置连接于每台压裂装备，通过控制供油压力和进回油开关阀实现对每台压裂车的启停控制，满足集中供油的精准控制，目前宝鸡石油机械正加大对集中供油的研究和制造，有望年底实现现场应用。

6）柔性水罐。工厂化压裂作业过程中需要大量的水，一般来说，现场布置了大量层叠堆放的钢制水罐，占地面积大，搬运不方便。目前四川宏华研制了一种柔性水罐，是一种可折叠式的方形容器，通过液缸的伸缩实现框架的整体拉升和折叠，采用的柔性水囊由高强度尼龙线和PVC材料复合而成，能实现对大容量压裂液的盛装。与同样体积的常规水罐相比，占地面积却仅有常规水罐的三分之一，极大地节约了井场面积。通过折叠运输的方式，还可以有效减少运输车次，大幅降低作业成本。此外，柔性水罐还有快捷安装、液面远程监控等优点，现场使用效果非常好，降低了劳动强度和和缩短了施工时间。

7）不锈钢阀箱和电动盘泵装置。工厂化压裂作业工作强度大，压裂泵阀箱使用寿命短，平均150 h左右即需要更换，为提高阀箱寿命，研制不锈钢长寿命阀箱成为提速提效的重要手段。目前宝石机械研制的不锈钢阀箱寿命能提高到1200 h左右，大大降低了检修和更换泵阀箱的工作量。同时目前人工检修阀箱和更换凡尔体座，劳动强度大，工作效率低，开发了一种电动盘泵装置，提高了压裂泵阀箱检修的工作效率和降低了劳动强度，极大地提高了压裂泵检修的机械化水平。

8）返排液回收重复利用。工厂化压裂作业过程中返排率高，返排液量大，而目前大规模工厂化压裂作业中需要的混配液量大，作业区域普遍存在缺水少水的情况，需要单独的蓄水池或者储水罐。应加大对返排液的重复利用，节省井场补水时间，实现减少污染和提高水资源的利用率，提高作业效率。

4 结 论

综合来说，“工厂化”压裂施工作业单位多，人员数量多，保证压裂施工的高效、连续和安全应从压裂井场总体规划、压裂施工工艺、设备配置、人员管理等多个方面去协调统筹来实现，同时也应对新装备的应用加大推广力度。