壓裂階段過渡時間從45分縮至3分，如何做到？

新型自動化完井技術，不僅可以有效保障施工人員安全，還能將壓裂各階段的過渡時間從45分鐘縮短至3分鐘以內，提速效果顯著。

編輯 | 大安

在北美的頁巖區和致密油區，橋塞射孔聯作技術（plug-and-perf, 以下簡稱PNP）是應用最普遍的完井方法。該方法通過射孔槍精確定位裂縫位置，在完井過程中調整段距，實現段與段間的層間隔離，在水平井中完成超百段的分段多簇壓裂。

傳統的PNP方法效率低下，而且需要工作人員在現場紅區的高處工作，危險系數高。傳統的電纜設備部署需要完成三個步驟。

首先，由操作員手動關閉紅區壓裂樹上的工作閥，電纜操作人員將組合好的射孔工具總成懸吊在紅區壓裂頭和操作員上方。然后，操作員安裝電纜潤滑器，使用后置泵加壓，并對壓裂樹進行試壓作業。若試壓成功，則打開工作閥，下放電纜工具串。若試壓失敗，則需要查找壓力泄露點，耗時較久。應用傳統方法，整個過程需要45分鐘。若使用鎖銷或井口連接裝置，可以節省25分鐘。

射孔后起甩電纜工具串，并為下一階段的壓裂作業做準備，工作效率同樣取決于所使用工具的效率，同樣需耗時45分鐘。該過程從紅區操作員手動關閉工作閥開始，釋放潤滑油及殘留壓力。

在該步驟中，壓裂樹閥門意外關閉可能導致電纜被切斷，這樣會導致至少1天的停機時間，而且打撈費用高昂。在投球之前，紅區操作員需要將球投至清蠟閥并安裝好壓裂頭頂蓋。之后對壓裂樹試壓，若試壓成功，操作員手動打開清蠟閥將球釋放進井筒，直到球體座入壓裂堵頭，此時開始進行壓力泵送。

技術升級

受新冠肺炎疫情和國際油價陰霾影響，油氣行業發展深陷泥潭，亟需自動化技術來提振工作效率。美國Downing公司的Freedom系列完井系統（FSCS）通過提高地面效率、降低人工成本和提升現場施工安全性，使綜合完井成本顯著下降。FSCS的設計目標是提高PNP操作效率、作業安全性和降低成本。

該套集成系統部署在壓裂頭和注油器之間。它包括一個多腔體閥、一個快接鎖扣和一個自動送球器。液壓驅動的閥門產生三個腔室，通過控制室的計算機或云端遠程操作?？焖冁i扣使注油器能夠連接到壓裂樹上，而不需要在紅區安排專人操作。通過應用FSCS系統，在井筒開泵循環期間，潤滑器可以同時連接到快速鎖扣上。

圖1 在一項研究中，比較了在應用FSCS系統前后，壓裂施工各階段的過渡時間。在應用FSCS系統的情況下，節省了大量工時，從410分鐘降低至364分鐘。（消息來源：Downing）

此外，利用Downing公司的FS泵站，在泵送期間可對注油器進行預充填，從而在將電纜工具串送入井筒前能夠實現幾秒鐘的過渡。

在各個施工階段，該系統的多腔體閥能平衡地面/注油器和井筒之間的壓力，使電纜工具串、球體和套筒便捷入井，無需操作下部主閥，也無需進行向下加壓等措施。

該系統提供了一個雙重屏障來控制井壓，從而在泵注過程中可以把注油器鎖緊在井口，并進行預充填，這樣可以壓縮施工各階段的作業時間。FSCS系統將過渡時間從45分鐘壓縮至不足3分鐘，提速效果明顯?？焖龠^渡使拉鏈壓裂上的連續泵送作業成為可能，幫助運營商顯著提高泵送效率。

圖2 通過對比壓裂施工各階段的過渡時間，相較于常規完井方式，FSCS系統提效顯著。（消息來源：Downing）

額外的成本節約

通過應用FSCS，電纜工具可以在不開關下部主閥的情況下進出井筒，大幅降低了維修成本和潤滑脂用量，單井潤滑脂用量可減少90%，拉鏈式壓裂作業潤滑脂用量可減少50%。此外，由于FSCS為井控提供了雙重屏障，因而可從壓裂樹中去除1個液壓閥，這進一步降低了壓裂樹的高度和成本支出。

在使用FSCS時，如果需要閘閥來控制井壓，則在分段壓裂期間不需要通過壓裂樹進行減壓。由于壓裂樹不需要再補壓，也就無需進行壓力測試，注入泵可以一直保持運行狀態，這樣就可以在過渡準備后快速開展下一階段的泵送工作。壓力測試次數的減少也降低了壓裂樹泄漏的可能性。此外，由于閘閥在整個施工期間承壓循環次數較少，這大大降低了閘閥失效的幾率，所需的更換時間也隨之減少（停工待機時間高達12小時）。

Downing報告說，FSCS已經在180多口井中完成了超過7500級壓裂，至今未發生壓閘閥失效事故。

自動化完井技術

通過應用FSCS系統，在井場建立一個自動化平臺，可以提供額外服務，進一步壓縮階段間的過渡時間，減少潛在的安全隱患，降低完井成本。由于壓裂施工屬于高壓作業，現場工作人員安全風險最高，也是導致完井成本增加的主要因素，因而研究團隊將注意力集中到實現壓裂施工自動化上面，并將其集成到FSCS系統。

FS iControl可以自動控制和潤滑所有的液壓壓裂閥，無需現場人員操作。

作為過渡過程的一部分，iControl與系統工作流集成，可以無縫操作拉鏈式液壓閥，并根據生產商要求自動給閥門涂抹適量的潤滑脂，規避潛在的人為錯誤和紅區高危操作。每個閥門的注脂量都會以時間序列記錄下來，方便操作人員查看。

圖3 在最近的一項研究中，通過應用FS系統，單井日均完井量增加了60%，多井日均完井量增加了167%。傳統完井工藝下，單井完井工期約為8天；在FS系統輔助下，單井工期下降50%，多井工期下降56%。（消息來源：Downing）

此外，iControl的智能設計可以檢測閥門的位置，確保在兩側壓力不平衡時閥門始終保持關閉狀態，消除了壓力意外釋放的風險。最后，對于四口井的拉鏈式壓裂作業，只需一個儲液器即可完成作業，與傳統的潤滑脂管匯相比，減少了空間占用，降低了設備成本，進一步提高了安全性。

實時分析

所有傳感器數據都實時傳輸至云端。該系統集成了實時數據分析，能夠全面評價操作效率?；趯崟r數據、效率分析和專有算法的自動化控制，可對每天的施工效率和人員效率等方面進行回顧比較。

利用施工總結和圖表可以進行單項作業分析或多項作業的趨勢分析，使作業人員能夠快速優化施工步驟以提高完井效率。通過內置的應用程序接口，數據可以便捷地加載到操作人員的數據整合平臺。

最后，系統還包括遠程操控技術支持，與現場經營者一起進行施工干預。遠程操控能力包括能夠進行線路與設備檢查的攝像機。

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