油井增产可以增加碳氢化合物从储层流入井孔的流量。在石油和天然气生产中,根据储层的特性会采用不同的增产技术。
在传统的油田中,岩石地层是多孔的,碳氢化合物从天然储层自由流入井筒以供开采。当基岩渗透性较差时,如细粒但易裂的页岩,水力压裂是一种刺激油井以提高产量的方法。
水力压裂从垂直钻井开始。在钻进目标页岩层大约一半的时候,(在造斜点)钻井路线弯曲并(在进入油层点)开始水平钻进岩石。在取下钻柱、插入套管并用水泥固定到位后,穿孔枪在页岩层和岩壁上打孔,为水力压裂做好准备。这个过程包括在超高压下将水、沙子和化学品的混合物通过穿孔,使页岩裂开,然后让石油和天然气流入生产套管。
水力压裂需要使用专门的机械来混合和注入地下深处的压裂液。这些设备相互配合,其中包括:
压力变送器和压力表、温度传感器和力传感器在这些上游工业机械的正常功能和控制方面发挥着重要作用。
穿孔枪在地层中穿孔后,就需要裂开页岩,形成裂缝,让石油和天然气流入油井。压裂设备(安装在卡车、拖车或撬车上,便于移动)包括高压泵,用于将液体从流体端送入井孔并进入穿孔。带冷却系统的大马力柴油发动机和重型变速箱为三缸泵或五缸泵提供动力,其压力还可防止压裂液回流到井中。
含有坚固测量元件的专用压力变送器专门用于测量腐蚀性、磨损性和超高压的压裂液。此外,这些仪表还必须能够承受恶劣的工作条件,包括极端天气、高振动以及泵产生的剧烈脉动。
水力压裂所用的液体根据每口井的具体情况和所需的压裂类型在现场自定义混合。压裂混合装置是控制中心,用于从水合装置接收适量的水合流体、支撑剂(通常是沙子、处理过的沙子或陶瓷材料)以保持裂缝畅通,以及化学添加剂以减少腐蚀、抑制细菌生长、保持粘度等。然后,将这种定制的混合液用泵装置输送到压裂车上,注入井孔。
这种混合系统包括一个砂斗以及干化学品和液态化学品进料器。专用压力变送器可帮助控制和监测吸入泵和排出泵,而控制面板上的压力表可让技术人员轻松监控运行。温度变送器和紧凑型热电阻温度计可监控压裂混合装置的液压、发动机和冷却系统的状况。
水力压裂需要将大量液体(主要是水、化学品和钻井泥浆)循环进出油井。压裂液罐是一种大容量但可移动的容器,专为储存大量液体而设计。可以使用各种液位传感器来确保压裂液罐保持足够的满度,以便高效作业,但又不至于满到溢出。
为压裂液罐选择液位传感器时要考虑很多因素,包括:
浮子传感器通常用于压裂液罐,因为这种仪表精度高、易于安装且维护成本低。浮子传感器通常安装在储罐顶部,有一个一直延伸到底部的导向管。管子周围是一个空心浮子,浮子随着液位的变化沿管轴垂直移动。浮子传感器有两种类型:
如果顶部安装有问题,可使用投入式压力传感器进行静液位测量。这种专门的液位传感器放置在储罐底部,用于测量液柱(如英寸水柱)的压力,然后将其转换为液体的体积。当出现湍流或淤泥问题时,LevelGuardTM等附件可提供额外的耐用性和稳定性。
如果流体对于投入式压力传感器来说过于湍急或粘稠,或者流体具有腐蚀性或与传感器不兼容,万无一失的解决方案就是将液位测量从储罐内部转移到储罐外部。在这种测量方法中,负载传感器(如轴销传感器、悬臂梁传感器或剪切梁传感器)安装在储罐的支撑结构上,用于液体的静态和动态称重;然后将测量值转换为体积测量值。
水约占压裂液的90 %。但在到达压裂混合装置之前,水首先要与某些聚合物混合:
在移动水合装置中,凝胶或粉末状聚合物与水结合,生成比未凝胶流体性能更高的化合物。该过程使用称重传感器精确测量水合之前料斗中瓜尔胶或其他聚合物的重量。压力变送器可帮助控制吸入和排出压力,而压力表则可让操作员监控液压驱动的泵。