由于美國非常規油氣特別是頁巖氣勘探開發技術裝備的日趨成熟,頁巖氣開采技術的進步使美國天然氣儲量增加了40%,全球漸興頁巖氣開采熱潮,頁巖氣成為能源新寵。
我國非常規油氣資源十分豐富,發展非常規能源具有重要的戰略意義。
針對頁巖氣特性的工藝模式
頁巖氣頁巖既是源巖也是儲集巖,是一種典型的“自生自儲”的成藏模式,分布廣、儲層厚、物性差、致密、埋藏較淺,且頁巖氣生產周期長、低孔、低滲透率的物性特征,氣流的阻力比常規天然氣大。
頁巖氣低產或無自然產能,所有的井都需要實施儲層壓裂改造才能開采出來,使得開采難度增大。但因適宜于多次改造,又使其具有開采壽命長和生產周期長的特點,這就意味著可開發利用的價值大,也決定了它的發展潛力。
國外對頁巖氣開發整體方案及特殊技術的應用進行了細致地研究和生產實踐分析后認為,垂直井用于定義氣藏的范圍, 并適合致密厚層;水平井則適合用于開發井,更易于薄層, 實現最大儲層鉆遇率,并與天然裂縫儲層相交,為后續壓裂工藝成功提供保證;水平井、定向井、占地少,而叢式井更易于環保;水平井或多底井雖然可以有效增加井筒與氣層接觸面積,但由于水平分枝長度影響壓裂和產出率,單一水平井更適合頁巖氣的高效開發;油基泥漿或高質量水基泥漿以確保井壁穩定,而水平段高分辨率井筒成像為完井提供依據,并確保水平井的儲層最大鉆遇率;對現有井下動力鉆具的系統分析研究試驗后,優選單彎螺桿鉆具與渦輪鉆具或旋轉導向工具鉆進,確保鉆井過程中的井壁穩定,防止頁巖垮塌同時必須保證水平井全井段井眼平滑。為后續重復壓裂提供平滑的井眼軌道的目的是為下一步多次重復大型高壓大排量水力壓裂提供順暢的通道;研究和建立更好的水平和多邊井模型,取得使水平井進入儲層的水平段長度和鄰井間距的優化參數都是降低成本高效開發頁巖氣的主要研究內容。為了后續的多次重復分段壓裂,國外大多采用套管完井,所以要根據最終成本對比,優選完井方式(裸眼或套管)。
從上圖可以看出,在非常規油氣藏開采過程中新技術及新工藝的創新問題日益突出。而高壓分段壓裂技術是頁巖氣規模化應用中非常重要的一項關鍵技術。
壓裂過程中高壓大口徑閥門是其工藝中的核心裝備,但我國閥門制造行業在高端技術上與國際最高水平仍存有差距,很多高壓大口徑的閥門大多依賴井口,因此高壓大口徑閥門的國產化是迫切需要解決的問題。
道森鉆采設備股份有限公司結合國內外的頁巖氣勘探開發的市場需求,開發出了一系列適用于壓裂作業的高壓大口徑閘閥,已經應用于國外多個油田的頁巖氣壓裂現場作業。
高壓大口徑平板閥應運而生
道森高壓大口徑平板閘閥已經形成了全規格,多個系列高壓大口徑閘閥,其中DS-FLSR系列閘閥備特點顯著。
耐高壓 根據壓裂設備在壓裂過程中壓力較高的特點,在設計過程中充分考慮其結構的合理性。通過對閥體、閥蓋、閥桿和閘板的應力和變形分析,滿足作業過程中的各種載荷要求。
耐磨損 根據壓裂設備在壓裂過程中沖刷較大的特點,道森設計的大口徑高壓閘閥在主體零部件表面做了耐磨損表面處理,延長了設備使用壽命。
良好的密封性 道森公司結合多年的閥門制造經驗以及引進國外先進的閥門制造技術,設計大口徑高壓閘閥的密封結構。整體采用全金屬密封結構,采用優質的密封材料進行輔助密封,確保密封件在使用過程中的穩定,延長使用壽命。在閘板和閥座密封表面噴涂硬質合金,增加其密封性,耐磨性,并有效減低扭矩。閥座的雙密封結構可以有效保證其低壓密封性,并可以防止使用過程中壓裂砂對密封面的污染。
開關扭矩小 為減小閥門的扭矩,道森公司設計的高壓大口徑閘閥增加了平衡尾桿結構,以保證閥門工作過程中的壓力平衡,降低了開啟和關閉過程中的扭矩,并在傳動機構中使用了重載荷能力的滾珠絲杠,更加有效的降低了扭矩。
同時,道森還設計了雙作用液壓驅動裝置,可以更加有效快速的開啟和關閉閥門,并附帶手動鎖緊機構。
DS-FC結構閘閥是目前市場應用較多的結構。道森公司生產的DS-FC系列閘閥為全通徑大口徑高壓鍛鋼閘閥,分為手動式驅動和雙液動驅動兩種類型。同樣具有耐高壓、耐沖刷的特點。全金屬密封,浮動式雙閥座結構,采用滾珠絲杠傳動并帶有平衡尾桿。雙液動驅動閘閥帶有活塞式雙作用液壓驅動器可以實現遠程控制和快速開啟關閉閥門,附帶手動機構可實現手動鎖緊。
BEQG系列先導式壓力平衡閘閥是目前全球油氣壓裂設備領域第一臺高壓先導式平衡閘閥。此結構的閥門改變了以前大口徑高壓閥門設計的傳統理念,結構外形尺寸小,開關力矩只有同口徑,同壓力常規閥門力矩的1/4,重量輕30%,成本低。是高壓大口徑閘閥設計上的一次重大創新。
制造工藝要點
道森公司根據多年生產制造高壓閥門,結合API 6A規范以及壓裂工藝對高壓平板閘閥的質量要求,總結出一套完整的生產制造工藝。
原材料 所有鍛件原材料鋼廠均須具備生產精煉脫氫優質鋼的設備和能力,并通過高低倍試驗、化學成分復驗和最終的力學性能檢測進行確認。原材料的化學成分,在符合有關國際標準的前提下,進行優化設計和嚴格控制,確保材料低溫沖擊性能的穩定性,保證韌性,并保證對鍛造過程進行嚴格控制。
熱處理 對零件材料的熱處理過程進行嚴格控制。每種材料和產品均編制熱處理工藝。熱處理爐溫均勻性和熱電偶等定期進行計量校準。
機加工 零件的加工尺寸精度決定了閥門整機裝配后的密封性能。道森公司采用大型數控鏜銑加工中心對閥體進行精加工,可以大幅度降低閥座和閘板之間的摩擦力以及開關扭矩。
檢測 根據產品規格級別制訂質量計劃。按照API規范的要求,對檢驗步驟及結果均記錄在案。由客戶及第三方確定停止點和驗證點。所有的檢測設備都經過嚴格鑒定和校準。所有無損檢測均按照書面程序進行。
道森高壓大口徑平板閥已經經過了市場的考驗,所提供的整套加砂壓裂井口和高壓平板閥,在大慶油田、勝利油田、遼河油田等得到良好應用,并得到好評。在北美地區頁巖氣開采,道森的高壓平板閥和高壓節流管匯/濾砂系統等產品,得到廣泛應用。