电动压裂泵在页岩气井压裂中的先导试验

为解决传统页岩气井压裂设备能耗高、噪声大和占用场地面积大的问题,实现非常规页岩气资源低成本绿色环保开发,压裂改造后使储层内产生复杂网格化裂缝,达到增产目的,从优化压裂设备角度提出交流电驱动压裂泵技术。该技术采用6 000 hp交流电动压裂泵与传统压裂车组合方式,首次成功对1口页岩气井实施22段压裂先导试验,完成了供液能力、单双泵切换、双泵同步运行、稳定性试验及配套工艺测试。试验结果表明:在70 MPa工作压力下,单泵最大排量可达到3. 48 m~3/min,相当于2. 5～3. 0台2 500 hp传统压裂车的排量,单段降低成本约2万元,同比节约1. 66 t标准煤。该电动压裂泵降本增效绿色开发效益凸显,具有良好的应用前景。     

140MPa压裂泵曲轴疲劳寿命有限元分析

压裂泵曲轴在压裂工况下受到周期性变化的复杂载荷作用,其疲劳寿命分析为设计主要问题。建立140 MPa五缸压裂泵曲轴精细化模型,根据实际受载工况进行约束及载荷分布的合理等效,应用ANSYS软件对曲轴工作周期内多位置工况进行有限元静力分析,得到相应曲轴应力分析结果。采用专业的疲劳分析软件FE-SAFE,通过合理提取曲轴序列静力分析结果确定载荷谱,进行疲劳寿命、疲劳安全系数计算,实现曲轴疲劳寿命定量分析。为压裂泵优化设计提供理论依据。     

五缸压裂泵曲轴载荷计算及疲劳寿命分析

简述了目前有限元法在曲轴分析中存在的问题,介绍了曲轴的载荷计算方法.运用有限元分析法对五缸单作用压裂泵曲轴进行强度分析,并以某型号压裂泵为例,建立了曲轴三维模型,计算出2种恶劣工况下的载荷;得出曲轴应力和应变分布情况.运用动应力载荷谱分析了曲轴的疲劳寿命,为曲轴设计提供了依据.     

CDJY2500型压裂泵曲轴的力学性能分析

为了对五缸压裂泵曲轴进行优化设计,对CDJY2500型五缸压裂泵曲轴进行正常工作载荷下的受力综合分析,建立了压裂泵曲轴的有限元模型。采用有限元仿真计算方法及ANSYSWorkbench对10种危险工况和5种不同连杆载荷下的曲轴应力和总变形量分布规律进行分析。分析结果表明:曲轴的最大应力为180. 23 MPa,位于曲轴1#曲柄销的左侧圆角处,曲轴的总变形量在其两端较大、中间较小,最大为0. 067 815 mm,属于小变形;随着曲轴转角的增大,曲轴最大应力基本上先增大再减小,在180°转角时达到峰值;随着转角的增大,曲轴的总变形量有先逐渐减小后增大、再减小的趋势,在36°转角时取得最大值;最大应力和总变形量均随着连杆载荷的增加而增大,且呈线性关系。因此,在曲轴转动过程中,其危险点主要分布在曲轴颈的圆角处,连杆载荷对曲轴强度有重大影响。研究结果对压裂泵曲轴等关键部件的优化设计及动态性能研究具有重要意义。     

YNB—500型液压泥浆泵的可行性研究

将目前国内外主要的液压泥浆泵与三缸泵对比之后,指出前者较后者有很大的技术优势,认为欲支持钻井新工艺,泥浆泵如采用液压技术,必将获得突破性进展。由此提出367kW(500hp.)液压泥浆泵的技术方案,并论证其具有充分的可行性和可能性。     

TWIN DISC变速箱在2500型压裂泵车上的应用

随着国内天然气勘探开发的不断发展,施工作业最高工作压力已达到125 MPa以上,压裂作业总输出功率大于11 188.5 kW(15000 hp)。但目前我国还没有能够完全胜任这种超大型施工作业的成套压裂设备。2500型压裂泵车是目前国内外最大型车载压裂设备,其传动部分采用了双环(TWIN DISC)TA90-8501传动系统。结合2500型压裂泵车的特点,阐述了双环TA90-8501传动系统实现柔性、快速换挡的QuickShiftTM离合技术以及采用CAN总线传输的控制技术。这些技术在2500型压裂泵车上的成功应用,为系列压裂装备传动系统提供了更加先进的产品。     

固井压裂泵阀理论研究与应用

固井压裂泵是固井压裂设备的核心部件,固井车、压裂车及其撬装设备要实现其功能主要依靠其上装的柱塞泵。固井压裂泵泵送的液体排量具有脉动性,受柱塞数目和入值影响,同时泵阀的开启和关闭是动态的,且相对曲轴（或柱塞）具有轻微的滞后即开启和关闭滞后。固井压裂泵阀系统主要设计参数有：泵阀的升程、凡尔座内孔直径、凡尔弹簧的刚度及其预压缩量等,我们用试验验证了这些参数对固井压裂泵容积效率的影响。客积效率是衡量固井压裂泵性能的重要指标,研究泵阀理论合理设计这些参数可提高容积效率1%-3%。     

六角形无脉动钻井泵

<正> 美国National Oilwell公司研制了一种功率为1103.3kW(1500 hp)的150型六角形无脉动钻井泵,并计划推出功率达1765.2kW(2 400 hp)的同类钻井泵。 150型六角形无脉动钻井泵的质量只有普通三缸钻井泵的2/3,体积比后者小1/3。该型钻井泵的样机目前处于试验阶段,生产型将于2003年投入现场使用。     

OPI1800AWS型压裂泵动力端噪声源分析及消除

我国各油田使用的美国OPI公司的OPI1800AWS型压裂泵,经过10多a的使用,多数进入大修期,动力端巨大的爆震噪声成为泵故障的表面征兆,通过噪声源分析,对其故障进行维修。1　性能参数OPI1800AWS型压裂泵是美国OPI公司生产的三柱塞卧式单作用1323 5kW泵,泵冲程为203 20mm,柱塞直径95.25～190.25mm,共11种,泵排量范围为435～5735L/min,动力端传动比6 353∶1(108∶17),动力端设计有一个强制润滑系统,可将齿轮油注入到连杆轴瓦、十字头、主轴承、齿轮等上。泵的质量随辅助设备的差异稍有不同,总重在5670kg以内。2　泵结构[1]　　动…     

3500压裂泵轴承变形对机架性能影响的研究

以3500压裂泵机架为研究对象,分析了压裂泵液力端载荷及动力端动态特性,在确定机架危险工况下载荷的基础上,采用直接施加曲柄支反力和带有模拟轴承2种模型对机架轴承座圆环面上的载荷、径向最大变形以及机架的应力进行了数值仿真。研究结果表明,带有模拟轴承的计算结果与直接施加曲柄支反力的计算结果相比,机架轴承座圆环面上的载荷和径向最大变形减小,最大降幅分别为73.5%和95.1%;机架应力减小,最大应力降幅为40%;模拟轴承刚度变化对机架各轴承座圆环面上的载荷、径向变形和机架应力影响较小,机架应力最大值变化幅度不超过1%。综合考虑了曲轴及轴承的变形,所得结论可为大功率压裂泵机架的强度计算和刚度研究提供参考。     

压裂泵柱塞密封副优化技术的发展与展望

为了打破压裂泵柱塞密封副优化技术的瓶颈、进一步提升压裂设备的工作性能、实现油气增产,从压裂泵柱塞密封系统的实际工况和密封机理出发,概述了压裂泵柱塞密封副失效的研究现状,梳理和总结了现有的压裂泵柱塞密封副优化技术;在此基础上,结合摩擦学和材料学等相关领域的最新研究成果,对我国压裂泵柱塞密封副优化技术未来的发展提出了建议和展望。研究结果表明:(1)表面织构技术已被证实能显著降低柱塞密封副的摩擦磨损,应积极设计和开展压裂泵实际工况下的全尺寸织构化柱塞密封系统试验,以推动表面织构化柱塞的应用进程;(2)针对橡胶密封件的性能短板以及压裂泵柱塞密封系统的工作要求,亟需采用材料改性技术来进一步增强密封橡胶的综合性能;(3)表面织构技术、表面涂层技术、材料改性技术在减摩抗磨等方面的协同效应决定了将其复合成压裂泵柱塞密封副优化新技术的可行性和必要性,未来应着手解决复合技术在压裂泵工况下的实际应用问题。结论认为,我国油气资源的勘探开发现状对压裂设备的工作性能提出了更高的要求,压裂泵柱塞密封副的优化必须结合自身实际,对多学科领域的相关理论和方法进行借鉴、消化、吸收与再创新,进而形成一套符合我国实际的压裂泵柱塞密封副优化技术。     

2P—500型高压泵在泵送高磨砺性重泥浆时的性能试验研究

为了开发具有极高地层压力的深井油层,采用水力射孔的方法时通常使用重泥浆作为工作液。而采用含有高磨砺性物质的工作液又可大大提高深井水力射孔作业的效果。本文作者对安装在2AH—500压裂车上的2P—500泵的工作能力进行了试验研究。其目的是确定泥浆中高磨砺性颗粒的最大允许尺寸和浓度,从而保证泵在高压、低排量(水力射孔工艺所要求的)下能正常工作。同时在泵送含有石英砂和电炉氧化铝颗粒的泥浆时泵易     

酸化压裂井停泵压力三维分析模型和解释方法

为了对酸化压裂井压后裂缝参数进行准确的分析和解释，以模拟停泵前后裂缝内的物理、化学变化过程为思路，以停泵后缝内的物质平衡方程为主线，建立酸化压裂井停泵后的缝内压力递减模型，并提出了针对酸化压裂井裂缝参数解释、评估的“曲线拟合”法。该模型考虑了地层温度和流体（残酸和CO2）压缩性的影响，能有效模拟停泵后的压力降落，进而解释出酸蚀裂缝几何尺寸、闭合压力、酸液滤失系数及液体效率等参数，从而为酸化压裂施工评价和优化酸化压裂设计提供直接可靠的技术手段。图2表1参5     

YLC3360-140型页岩气专用涡轮压裂车的研制

为了更好地开发中国的页岩气资源,根据中国页岩气藏分布区域和页岩气压裂施工的特点,研制了一种以涡轮发动机为动力源的YLC3360-140型页岩气专用涡轮压裂车(4500型压裂车)。通过选型涡轮发动机,设计了与之匹配的高速减速箱、五缸柱塞泵、控制系统和液压系统,实现了涡轮发动机在中国油田压裂设备上的首次应用。在四川珙县的页岩气压裂施工作业中,涡轮压裂车的最大水功率为2 607 kW,压裂泵最大流量为1. 9 m~3/min,最大压力为87. 5 MPa。现场应用结果表明,与传统压裂设备相比,以涡轮发动机为动力源的压裂设备在单机功率密度、道路通过性、节能减排和操控方便性等方面优势明显,具有较高的推广价值。     

七缸往复泵曲柄初相角布置方案及优选

七缸泵曲柄初相角的不同布置对泵吸入性能及曲轴受力有较大影响。采用无量纲方法,分析了吸入管各断面瞬时流量,基于流量波动及断流时间等优化条件先后优选出任意2个和3个初相角的组合方案;对最优的3个初相角进行组合布置并考虑曲轴旋转,得到4种基本布置方案,并根据流量叠加的无序性,对4种基本方案进行了扩展;最后通过液缸内压对曲轴受力的影响,以曲轴受力最优为目标,得到了七缸泵曲柄初相角的4种优选布置方案;该4种方案的断流时间、流量波动及曲轴弯矩等均达到了较优结果。优选方法简单易行、效率高,且采用该方法对五缸泵进行相关分析得出的结论与国内外现行五缸泵产品所采用的曲柄初相角布置方案完全一致。通过方案优选,有效地降低了液流附加的惯性水头损失、减轻了管路断流沉沙现象,改善了泵的吸入性能,并降低了曲轴弯矩,从而提高了泵的使用寿命及工作可靠性。     

非常规油气开发用大功率液力驱动压裂泵

在非常规油气开发中,要求压裂泵具有大排量、大功率、高泵压,并且能进行多阶段连续作业,现有压裂泵已难以满足要求。为此,通过对液力驱动压裂泵结构和性能特点的总结和分析,结合非常规油气开发对压裂泵的要求,指出应着力自主研制大功率的液力驱动压裂泵;参照现有大功率压裂泵的技术参数,确定出了适合非常规油气开发压裂泵的技术参数;并为成功研制出该液力驱动压裂泵指出了应着力解决的关键技术。     

新型压裂泵用蜗杆传动的接触应力有限元分析

根据压裂设备发展的需要,针对压裂泵传动机构在CS600新型压裂泵研制中采用蜗杆传动形式,按照啮合原理,采用以计算机语言编程计算为基础的离散模型构造法,建立平面二次包络环面蜗杆传动副的三维模型,在ANSYS环境中对其进行了静态接触分析.通过对蜗杆副接触应力分析,掌握了蜗杆副接触应力的状况,找出了该蜗杆副的优越性,为下一步压裂泵蜗杆传动的强度计算和结构设计奠定了理论基础.     

利用压裂施工停泵压力数据计算裂缝高度

大规模体积压裂已成为致密油气井及非常规油气井开采的重要工程技术,压裂效果评价以及压裂设计优化是开发与工程技术人员关注的重要内容。为满足压裂效果评价和压裂设计优化的需求,针对裂缝高度参数获取困难的问题,运用高压流体压缩性及渗流理论,将滤波、停泵压力反演及达西定律的缝面积分相结合,建立裂缝高度的解析表达式。该研究首次提出了裂缝高度的求解算法,并在我国一口多段压裂水平井中进行了应用。结果表明：1)通过对压裂施工停泵压力数据进行分析计算,能够提供裂缝高度及SRV(大规模改造)区域渗透率、裂缝半长等参数;2)裂缝高度受到压力降落幅值、SRV区域渗透率及裂缝半长的影响,压力降落幅值越大,裂缝高度越大;SRV(大规模改造)区域渗透率越大,裂缝高度越小;裂缝半长越长,裂缝高度越小;3)通过实例分析给出了例井裂缝高度为30.62 m,并与微地震数据进行了对比,误差在可接受范围内。该研究对评价压裂效果、优化压裂设计以及压裂后产能分析提供了资料依据,有着重要的指导意义。     

2500型五缸压裂泵整机模态分析及结构优化

压裂泵在工作过程中,因承受复杂的组合载荷而产生明显振动,为保证其安全、有效地工作,有必要对其整机动态性能进行研究。为此,利用Solidworks Simulation分析软件,建立了某2500型五缸压裂泵整机组装模型,并进行了有限模态分析。分析结果表明,该五缸压裂泵在设计的最高冲数时存在共振的危险。根据该模态分析结果及振型分析结果,对压裂泵的拉杆进行结构优化,结果表明,优化拉杆能有效提高五缸压裂泵整机固有频率,接近激励源的前3阶固有频率有效大幅度的提高,泵整机的最小固有频率由59.659 Hz提高到72.609 Hz,远离55 Hz的激励源,可以安全、有效地工作。     

单作用往复泵液力端新型结构的特点

<正> 七十年代初期,单作用往复泵的液力端开始采用一种新结构。现以佩斯梅克泵(Pacemaker)为例,谈谈这种新型结构的特点。 佩斯梅克泵是用于压裂酸化的高压泵。设计制造该泵的美国BJ公司认为它是世界上最先进的泵。其液力端的新型结构(见图1)与传统结构(见图2)相比,有以下两个特点。