页岩气试气工艺撬装设备研究与应用

刘旭 孙庆月

中国石油化工股份有限公司华东油气分公司 江苏 泰州 225300

1 试气设备撬装化技术应用背景

早在本世纪四十年代，美国就逐步发展撬装技术，到七十年代，为满足气田地面建设日益发展的需要，撬装技术取得了突破性进展；前苏联从1965年到1970年中，新增的568口气井的集气和初加工系统全部采用了撬装装置。

国内撬装装置起于本世纪七十年代，尽管国内起步晚一些，但已看到了撬装装置的运用价值。最初的撬装装置主要应用在建设规模小、工程零星分散、交通不便的工程中。如果采用传统的施工方式造成工程造价高、施工周期长、材料能源消耗大、现场管理困难。而撬装装置大部分工作在工厂内完成，可大大减少现场工作量，同时工厂化预制能减少能源消耗，提高设备的安装质量，加快了设备流程的安装进度。

近年来，我国非常规页岩气的勘探开发取得了瞩目成果，也积累了页岩气开采的配套工艺技术。在页岩气开发过程中，国内外都朝着设备自动化、撬装化方向做了大量工作。随着中国页岩气开发的不断深入，传统页岩气试气配套设备工艺及技术也需要向撬装化方向创新突破。

2 研究目的和意义

试气工程是页岩气开发的重要施工工序，对于页岩气井产能评价、储层特性分析、气田合理开发有着相当重要的意义。在试气作业过程中，流程的连接及倒换耗费大量的人力及时间，施工人员不仅承担着繁重的体力劳动，而且存在着高压区域作业安全隐患。因此测试流程设备的撬装化在减小劳动强度、降低施工风险、提升作业效率方面具有研究和应用必要。

3 现场应用及效益

3.1 试采一体化撬的应用及效益

随着页岩气平台井开发，同一平台经常需要2～4口井同时进行压裂试气施工，连接试气测试流程时需考虑扫塞、放喷排液、试气、试采等多种工况同时进行的情况，连接分离器前段流程时极为耗时耗力。

为达到页岩气平台井试气、试采流程一体化目标，避免试气时能源浪费，结合重庆工区页岩气井的施工特点，在原有的流程上进行优化改进，加工制造出分离器下游撬装阀组，见图1。简化了平台井放喷测试-试采输气的流程连接，降低了连接流程的劳动强度，提高了施工效率。

图1 分离器下游撬

试采一体化撬的现场应用不仅满足测试、钻塞、试采需求，同时降低劳动强度，缩减流程连接时间同时提高施工准备效率，每口井节省人工费用约0.96万元/井次，以每年施工50井次计算，可节省费用48万元。集成撬加工费用30万元/套，按5年摊销（每年按313天合计），为191.7元/天/套，按一年施工50口井计算，每口井施工45天计算，一年累计节省约48-0.01917×45×50=4.86万元见表1。

表1 连接流程时效对比

结合试采一体化撬优化地面测试流程，试采试气流程均预留接口，完成测试即可试采流程投产，极大的缩短高压件租恁时间，焦页204平台（4口井，旧流程）和胜页14平台（3口井，新流程）对比，节省租赁设备时间100天，单井节省费用8.73万元见表2。

表2 测试流程租赁费用对比

3.2 新型井口操作平台的应用及效益

在页岩气井开发中，压裂试气时需在井口搭建操作平台，方便压裂井口闸门开关、泵送射孔、连油钻塞等施工作业。井口操作平台要求安装牢固、方便人员作业，传统的井口操作平台拆装困难、支腿及护栏易变形、安装及拆除存在较大安全风险，给施工带来极大不便。

针对传统井口操作平台存在的缺点，经过重新设计、现场试用改进等过程，优化出一套适用于页岩气井压裂试气的新型井口操作平台，新型井口操作主要由底座、支撑梁、一层平台、二层平台、爬梯构成见图2。考虑施工现场设备多，井口操作平台摆放受限等因素，再次将底座进行改进，由平面支撑改为支腿支撑见图3，节约材料，减轻操作平台总重，使之更加方便运输、安装。

图2 新型井口操作平台应用

图3 改进新型操作平台图纸

新型井口操作平台底座稳固、搬迁安装方便，与传统的井口操作平台相比，新式井口操作平台拆装一井次累计可节省工时6h、节省人力成本4人次，截止目前，新型的井口操作平台已在重庆页岩气井累计使用42井次，共节约工时336h，此外，相对于传统井口操作平台，新型井口操作平台为一体化设计，更加稳固，减小了搬迁安装及使用过程中的安全风险。

新型井口操作平台的优化改进，解决了传统操作平台使用中出现的问题，更加符合当前页岩气井压裂试气的生产需要，在安全性、作业时效性、耐久性等方面都有了明显提升。

3.3 移动式水泥基墩的应用及效益

页岩气低压管线每个平台井最少需要管线固定基墩15～30个不等，前期都采用固定式水泥基墩，浇筑周期长、且无法充分利用、影响施工进度整体推进。

通过对管线固定方式讨论及研究成果研发移动式管线固定基墩，加快施工效率3天以上；

1）移动式单条及4条管线基墩在焦页X平台成功应用，移动式基墩吊装方便、可重复利用、平稳对管线固定起与浇筑式管线基墩作用一样。

2）特别对临时管线的固定意义重大，对比浇筑式水泥基墩、移动式基墩效率高。

3）浇筑式水泥基墩、浇筑时需要6～8名施工人员施工、产生水泥带废包装、同时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，因平台大小差异及数量的不同，每个平台造价在3～5万元之间，且不可重复使用。

5）部分固定式水泥基墩涉及到二次拆除费用，增加了施工成本。

通过研发与使用移动式水泥基墩提高施工效率、可回收重复利用、清洁环保、节省施工成本。

经过现场实际应用，移动式水泥基墩，提高施工效率，方便管理、可回收重复使用，降低成本，同期对比固定式水泥基墩可节约30万元。移动式水泥基墩现场工作场景见图4。

图4 移动式水泥基墩的应用

4 结束语

1）通过对测试流程撬装化技术的研究与优化，重点攻关了试采一体化撬技术，改进了压裂井口操作平台，设计了可移动式水泥基墩。极大的节省了连接流程时间，降低了作业强度，减少了高压测试设备的租赁时间，实现了降本增效。降低施工风险，起到了页岩气开发降本增效的作用。对页岩气试气测试流程作业方式及撬装化发展方向具有重要的参考价值和推广前景。

2）目前一体化撬已实现多平台应用，但加工制作成本较高，建议持续优化该设备，减少成本支出。

3）压裂井口操作平台及移动式水泥基墩均成熟使用，建议加大使用力度，同时做好相关专利申请工作。