页岩气开发工程：工厂化压裂

1.工厂化压裂概念

工厂化压裂就是集中压裂，集中压裂是在工厂化钻井的基础上发展起来的一套全新的压裂作业模式，专门开辟一个压裂场地，用大功率的压裂泵组把压裂液通过高压管线泵注到周围的井组，实现多个丛式井组（Well Pad）的压裂。

美国非常规油气开发的成功之路就是降低钻完井成本，保证压裂质量，提高单井产量，一种重要的做法就是“压裂工厂”。2005年哈里伯顿率先提出“工厂化压裂”的概念，即在一个中央区对相隔数百米至数千米的井进行压裂。所有的压裂装备都布置在中央区，不需要移动设备、人员和材料就可以对多个井进行压裂。压裂工厂作业模式成为规模化作业的雏形。后来，这一概念逐渐扩展为“工厂化钻完井”，即多口井从钻井、射孔、压裂、完井和生产整个流程都是通过一个中央区完成。通过采用工厂化钻完井的作业模式，完井周期从原来每口井60天降至目前的20天完成5 口井，完井成本降低了近60%。

2.工厂化压裂地面流程

工厂化压裂可实现：压裂水集中供应、重复利用，支撑剂、外加剂大量库存，压裂管线预铺设、移动件少，配套设备半永久式安装、工厂化管理，机械的复杂性低，作业可靠性高，减少非生产时间，作业半径可达4英里。

工厂化压裂地面流程及北美地区页岩气压裂现场见图8—8。

图8—8　工厂化压裂流程图

3.北美工厂化压裂组成及主要设备

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中）；

（3）连续配液系统（用现场的水连续生产压裂液）；(www.xing528.com)

（4）连续供水系统（把合格的压裂液连续送到现场）；

（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、设备供应、设备维护、人员食宿、工业及生活垃圾回收等）。

4.工厂化压裂的优点

“工厂化”压裂就是通过优化生产组织模式，在一个固定场所，连续不断地向地层泵注压裂液和支撑剂，以加快施工速度、缩短投产周期、降低开采成本。一方面大幅提高了压裂设备的利用率，减少设备动迁和管线拆装时间，减少压裂罐拉运、清洗，降低工人劳动强度；另一方面方便回收和集中处理压裂残液，减少污水排放，重复利用水资源。

1）提高压裂设备利用率

国内页岩气水平井单井分级压裂施工一般为3～5 d，其中辅助作业时间占60%左右，平均每天可压裂2～3段。工厂化压裂为页岩气有效开发提供了高效运行模式，采用交叉或同步压裂方式不仅节省了机械设备搬迁时间，同时大幅缩短设备摆放、连接管线、压裂液罐清洗等辅助作业时间，施工效率可提高1倍以上。

2）重复利用水资源，减少污水排放

页岩气水平井压裂液用水量极大。美国国家环境保护局统计，2010年单口页岩气井平均用水量为0.76×104～2.39×104 m3，其中20%～85%压裂后滞留地下。中国页岩气多分布在四川、贵州、新疆、松辽等丘陵、山区地带，水资源匮乏，交通运输不便，剩余水资源和压裂后返排污水回收处理费用高。“工厂化”压裂可以重复利用水资源，每3口井就可以节约出1口井的用水量，大幅减少了污水排放，既保护了环境，也节约了污水处理费用。

3）设备配件材料利用率高

页岩气水平井单段压裂泵注时间超过常规压裂的2倍，对设备稳定性能要求高。从施工安全性考虑，每口井施工前需要对压裂车、混砂车、高压管汇车易耗配件进行检查，多数配件材料未达到规定使用寿命就被替换，必将造成一定程度的浪费。工厂化压裂连续多井施工，在现场提供设备检修并更换配件材料，单井设备配件材料更换次数减少，提高了配件材料利用率，可以有效降低设备材料成本。