一种双层海洋压裂作业系统用供液管汇

陆英娜

（中石化四机石油机械有限公司， 湖北 荆州 434000）

随着石油勘探开发技术的不断进步，以酸化压裂为主要手段的储层改造技术已成为开发低渗油气田、提高单井产量的主体技术，该技术已广泛应用在陆地油气开采中，并且具备完整的配套设备和成熟的工艺体系。将陆地压裂技术转化为适合海上油气作业的可行技术，开发约占全球石油资源总量34%的海上油气资源[1]。海洋石油增产作业多数集中在一艘船上完成，这类专门为压裂或其它流体处理而设计的增产作业船具有现场质量控制、混合能力、储存能力、泵送能力和动力定位能力，能够提供包括酸化、压裂和防砂在内的一系列增产作业服务。

图1 作业系统功能模块以及流程

1 压裂船的主要作业设备

一艘压裂船主要由船舶和作业设备组成，作业设备一般由压裂装置、配液装置、支撑剂储存装置、液体储存装置、管汇等组成。在压裂施工时，配液装置将混配好的压裂液通过供液管汇以一定压力输送给压裂装置，后经压裂装置增压后注入油气井中[2]。在整个作业流程中，供液管汇起到了给压裂装置输送压裂液的作用。双层海洋压裂作业系统台架下层压裂液混合流程如图2所示，其中，高压泵送系统即压裂撬至少为4台套。

目前，陆地和海洋平台压裂作业中的供液管汇通常采用4寸橡胶软管，根据现场压裂作业需求，在配液装置和压裂装置之间连接多根4寸橡胶软管，通过控制蝶阀的开启，改变所连接的4寸橡胶软管的数量，以适应不同流量压裂液的输送，保证压裂装置的吸入端有充足的吸入压力。

现有的供液管汇应用在压裂船上存在以下问题：（1）受船体及船舱的空间限制，没有足够的空间安装现有的管路来完成压裂液的输送；（2）单根4寸橡胶软管无法满足不同排量压裂液输送要求，目前陆地上所采用的供液方式不能适用于压裂船。为此，需要设计一种可以安装在海洋压裂船上的供液管汇，从而实现海洋压裂增产作业需求。

2 压裂船供液管汇的整体结构设计

供液管汇包括歧管、蝶阀Ⅰ、蝶阀Ⅱ、主管、支管。歧管通过蝶阀Ⅰ与主管连接，通过蝶阀Ⅱ与支管连接，其中，主管的管径D1不等于管径D2。

图3 压裂船供液管汇

3 压裂船供液管汇的详细结构设计

（1）歧管由两条管径不同的支路组成，呈Ч型布置，支路间夹角为α。

（2）主管和支管均由法兰接管和可曲挠橡胶接头组成，每个接管至少有四条支路用于给多个设备接口供液。安装在每个管路上的可曲挠橡胶接头用于吸收供液管汇工作时产生的振动。

大排量压裂作业时，主管上的蝶阀Ⅰ开启，支管上的蝶阀Ⅱ关闭，压裂液通过主管的至少四条支路进入压裂装置低压管汇；小排量压裂作业时，支管上的蝶阀Ⅱ开启，主管上的蝶阀Ⅰ关闭，压裂液通过支管的至少四条支路进入压裂装置低压管汇。

管径、压力与流量存在如下关系：

式中：D-管道内径；n-管道内壁粗糙度；S-管道摩阻；L-管道长度；ρ-压裂液密度；Q-流量；P-压差

由上式可知，压裂泵的吸入压力为某一定值时，同一种压裂液在相同的管道材质，相同的管道长度下作业时，当流量变小时，管径也相应变小。

4 结论

海洋油气压裂作业系统要求配置压裂作业所需要的所有装备，在有限的船舶空间下，作业设备优化配置，完成混合、配液、配酸、供砂与输砂、压裂增压等工艺流程。设计一种压裂船供液管汇，能够满足船舶安装空间和压裂作业工艺需求，保证压裂装置的吸入压力。

两种管径的海洋压裂作业系统供液管汇能够在保证供液压力的前提下，适应大、小排量压裂作业工况，大排量作业时通过大管径的主管供液，小排量作业时通过小管径的支管供液。

◆参考文献

[1] 刘安.酸化压裂技术在海洋油气田中的应用与发展[J].石化技术，2017，24(10)：150+137.

[2] 中石化石油工程机械有限公司第四机械厂. 一种双层海洋压裂作业系统模拟试验台架[P].中国专利：205895216，2017-01-18.

[3] 中石化石油工程机械有限公司第四机械厂. 一种压裂船供液管汇[P].中国专利：206016789，2017-03-15.

[4] 武昌船舶重工集团有限公司，湖北海洋工程装备研究院有限公司. 一种海洋油气增产作业船[P].中国专利：205837138，2016-12-28.

[5] 中石化四机石油机械有限公司，中石化石油机械股份有限公司. 一种压裂船作业系统[P].中国专利：106050212，2018-10-28.