从我国压裂市场现状谈大型压裂机组的研制

随着我国油气井深度和开发难度的不断增加以及压裂工艺的日益强化,压裂装备在油气井开发中的作用越来越突出,大型压裂装备和施工作业集成已经成为未来油气井提高单井产量的主要措施之一。以我国油气开发的现状入手,从开发的难度和投入设备的能力方面分析了研发大型成套压裂装备的必要性。阐述了目前国内正在开发的2500型压裂机组技术内容和技术关键;该项目的研制成功解决了我国深层、高压油气资源勘探开发难题,提高了我国石油钻采重大装备国产化、产业化能力。     

2000型海洋压裂橇组的研制

针对在役的海洋压裂设备存在的机组配套不完善、单机水功率低、自动化程度低等问题,研制了2000型海洋压裂橇组。该橇组是通过开发大功率压裂泵橇、大排量的混砂橇和配酸橇而研发的,并通过网络控制系统将机组所有设备集中控制,同时提供配套齐全的辅助设备,使整套机组既能满足酸化作业要求又能满足压裂作业要求。塘沽4井次的酸化和压裂施工作业表明,机组的设计满足海洋酸化和压裂施工工艺要求,达到了海洋施工作业安全和环保要求。     

从大型压裂施工作业谈辅助装备的集成配套

压裂机组辅助配套装备是大型施工作业的重要组成部分。在介绍大型压裂施工作业辅助配套状况的基础上,指出了压裂施工辅助装备研发技术方案,包括配液及配酸装备、储液系统、储砂和供砂装备、供液和供酸装备及地面高低压连接管汇。最后从整体配套方案、集群控制方案及安全与环境保护方案等3方面介绍了辅助装备与压裂机组的集成配套。研究压裂机组辅助配套装备的集成配套将对提升我国压裂设备制造及压裂工艺的创新力有积极作用。     

国外压裂装备与技术新进展

我国压裂装备与技术水平与国外先进水平相比尚有很大差距,为实现"十三五"压裂装备与技术发展目标,跟踪世界压裂装备与技术发展动向,把握世界压裂装备与技术发展脉搏,对于掌握未来发展领域,调整和优化当前的装备与技术研发方向,提前做好技术储备,缩短与国外的差距,进一步拓展国际市场,实现国际化发展目标具有至关重要的意义。介绍了国外压裂装备与技术的最新进展。最后指出:国内压裂设备已成系列化,与国外相比虽仍有差距,但施工能力逐步提升;多级压裂系统和工具总的趋势是向操作方式多样化和无干预方向发展,最终目的是缩短作业时间,提高作业效率;国内仍采用常规的压裂技术与压裂液,而国外的压裂技术与压裂液研究进展迅速。     

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。     

大型压裂施工装备优化配套

为满足大排量、大液量压裂施工的要求,对油田现有压裂装备进行了优化配套组合,并对多级供液体系、地面高低压流程的优化配置以及施工数据采集系统进行技术对接,实施多车组联合作业施工,使多套压裂机组实现了集中控制。大型压裂装备经优化配套后,在安深1井进行了页岩气大型压裂施工。累计泵入时间220 min,总入井液量2 271.93 m3,施工排量9.00～10.73 m3/min,平均排量10.33 m3/min,累计加砂75.21 m3,施工压力41.4～54.1 MPa。施工取得圆满成功,各项技术指标达到设计要求。     

基于ADAMS与ANSYS的橇装压裂设备联合仿真

海上橇装压裂设备在海洋平台或甲板上作业时,其周期性的载荷激励容易对其底部支撑造成损坏。为此,对橇装压裂设备的主要激励源五缸往复式柱塞泵进行动力学仿真分析,得出其在2挡产生的激振力最大,因此以2挡为例进行分析计算。采用ADAMS对压裂橇进行不同连接方案下的动力学仿真分析可知,在压裂橇底部施加8点弹性支撑时,其支撑点的受力较小且趋于稳定;将压裂橇8点弹性支撑的动态响应结果输入到ANSYS作为甲板的动态激励,分析得出甲板的响应结果符合商船振动综合评价标准。提出的减振方案及分析结果对海上橇装压裂设备的安放具有一定的参考价值。     

大型压裂装备应用问题解析及发展方向

国内大型压裂装备在页岩气开发过程中普遍存在功率利用率低以及设备使用不合理的情况。通过对现场装备施工数据的采集和分析,解析了提升压裂装备功率利用率和传动箱挡位应用方法;为了降低施工作业费用、保障施工作业安全,提出了在大型压裂施工中压裂车的配置数量计算方法和压裂车经济运行模式的建议。结合国家新的道路和环保要求以及工程施工模式的改变,从减少装备功能冗余以及优化装备配置达到降低设备成本的目的;结合我国电力资源的优势,提出了电动压裂装备推广应用的研发思路。在大型压裂工程中,合理地应用和配置压裂装备对于降低施工成本具有指导意义。     

页岩气水平井大型压裂设备配套及应用

为满足页岩气水平井分段大型压裂施工的需要,根据施工井的具体情况对主要压裂设备（压裂机组）进行了优化配置,并配套了压裂液混配设备、低压供液系统、立式砂罐等辅助压裂设备,满足了勘探阶段页岩气水平井大型压裂大排量、大液量、大砂量、使用多种液体和多种粒径支撑剂、施工时间长的工艺要求。涪页HF-1井、彭页HF-1井、延页平1井等3口页岩气水平井的成功压裂作业,为页岩气水平井大型压裂施工设备配套及应用积累了经验,增强了页岩气水平井大型压裂施工服务的能力。对今后页岩气 “井工厂”模式的开发,目前的压裂设备配套与压裂工艺对设备的需求还有一定的距离,需要加以完善。     

新疆油田SAGD井快速预热技术橇装泵注设备的现场应用及技术优化

橇装泵注设备可以实现SAGD井快速预热技术对排量、压力的精细控制,频率调节可以达到0.5Hz数量级,无级变速,变频控制,新疆油田SAGD井管网密布,井场空间有限,橇装泵注设备便于在管线交错的SAGD井场摆放安装、管线连接、搬家等作业。主要阐述了橇装泵注设备在新疆油田SAGD井快速预热现场应用中,橇装泵注设备机构的原理和特点,并探讨了橇装泵注设备在SAGD井快速预热技术中可以优化和改进的技术参数和性能指标,满足橇装泵注设备在SAGD井快速预热技术要求,实现压力、排量的平稳注入。