國內(nèi)外壓裂設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)性能對比

國內(nèi)外壓裂設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)性能對比

壓裂是提高石油采收率的有效措施之一。它廣泛應(yīng)用于油、氣井的產(chǎn)量以及井的聚集。壓裂已經(jīng)成為改造低滲透油氣藏和開發(fā)深部油氣藏的主要手段。因此,壓裂設(shè)備是實(shí)施壓裂施工改造的核心設(shè)備,其技術(shù)性能的高低,直接關(guān)系到壓裂施工的成敗與改造的效果。1其他公司采用的工藝國外對壓裂設(shè)備的研制已經(jīng)有多年的歷史,各國的發(fā)展速度和研制水平不盡一樣,其中美國壓裂設(shè)備的性能和技術(shù)水平居于世界領(lǐng)先地位。美國是世界上主要生產(chǎn)壓裂設(shè)備的國家,有哈里伯頓、斯倫貝謝、BJ公司、西方公司、S&S公司等。加拿大有皇冠公司,法國有道威爾公司。由于地緣關(guān)系,加拿大的公司主要使用美國部件組裝,產(chǎn)品性能參數(shù)與美國產(chǎn)品接近。美國壓裂設(shè)備制造商依據(jù)壓裂施工工藝對壓裂設(shè)備的整體要求,按照部件生產(chǎn)商提供的部件參數(shù)選購柴油機(jī)、傳動(dòng)箱、壓裂泵、底盤卡車等。除S&S公司和皇冠公司外,其他美國壓裂設(shè)備制造公司既從事設(shè)備制造,又從事油田工程技術(shù)服務(wù),所以他們生產(chǎn)的壓裂設(shè)備性能既能夠和壓裂施工工藝緊密地結(jié)合,又具有各自的個(gè)性特色。1.1車載基配車的種類國外能夠提供壓裂泵車的成套技術(shù)裝備,包括底盤卡車、動(dòng)力機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)及壓裂泵等,形成了電力、液壓、柴油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)等多種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)形式的系列產(chǎn)品。在國外,特別是美國在汽車制造等基礎(chǔ)工業(yè)方面很發(fā)達(dá),技術(shù)也比較先進(jìn),因此,壓裂設(shè)備制造廠商對底盤卡車的選擇范圍比較廣泛,可以直接選用肯沃斯、萬國、馬克等載重卡車。美國有適合壓裂設(shè)備用的大功率高速柴油機(jī),如卡特彼勒、底特律、康明斯等知名品牌。同一功率等級(jí)的柴油機(jī),屬底特律柴油機(jī)體積小,質(zhì)量輕,更適合車裝。這些柴油機(jī)均能夠方便的與性能良好的阿里遜傳動(dòng)箱相連接。近幾年,卡特彼勒公司和底特律公司相繼開發(fā)了電噴柴油機(jī),更加適合車裝,噪音低,能耗小,廢氣排放均達(dá)到歐Ⅱ以上標(biāo)準(zhǔn)。對于國外的壓裂泵車制造廠商而言,設(shè)計(jì)制造或選擇合適的傳動(dòng)系統(tǒng)以及壓裂泵才是其產(chǎn)品發(fā)展的重點(diǎn)。1.2能壓裂施工的工藝技術(shù)國外制造混砂車的專業(yè)廠商很多,主要集中在北美地區(qū)。早期的混砂車多用裝載汽車發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)力,現(xiàn)在的混砂車多用單獨(dú)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)主機(jī)。因?yàn)橐云嚢l(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)力的混砂車,功率有限,傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜,故障率比較高,不能夠滿足高壓、大排量、多功能壓裂施工的工藝技術(shù)要求。隨著復(fù)雜油氣藏、低滲透油田、煤氣層的開發(fā)及壓裂工藝技術(shù)的不斷發(fā)展完善,對壓裂混砂車的技術(shù)性能提出了更高的要求,具有個(gè)性特色的混砂車已經(jīng)頻頻問世。加拿大皇冠公司生產(chǎn)的混砂車采用的是在0.3m3的混合罐內(nèi)混合后直接排出,將攪拌和排出合二為一,省去了一個(gè)排出泵,由于混合罐上部設(shè)有控制砂子流入的閘板,使加砂濃度在低端可以實(shí)現(xiàn)任意控制,且密度計(jì)的實(shí)測信號(hào)又參與對加砂濃度的控制,這樣就能夠真正實(shí)現(xiàn)對混砂車加砂濃度的精確控制,這也是與傳統(tǒng)的混砂設(shè)備的不同之處,但是它的攪拌葉輪的正常設(shè)計(jì)壽命只有2340t的加砂量。美國斯倫貝謝公司生產(chǎn)的混砂車的混合罐的容積只有0.09m3,這將大大提高施工過程中對砂濃度調(diào)節(jié)的反應(yīng)速度,有效的解決了砂濃度調(diào)整過程中的延時(shí)滯后現(xiàn)象。2主要壓裂設(shè)備隨著石油工業(yè)發(fā)展的步伐,我國的壓裂設(shè)備制造業(yè)也有了長足的發(fā)展,先后開發(fā)、研制了壓力為50MPa、70MPa、85MPa、105MPa系列的壓裂設(shè)備,為實(shí)現(xiàn)低滲透油田的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)開發(fā)和提高采收率做出了貢獻(xiàn),也為我國的石油工業(yè)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。目前國內(nèi)壓裂設(shè)備主要生產(chǎn)廠家有蘭州通用機(jī)器制造有限公司、南陽二機(jī)石油裝備(集團(tuán))有限公司、江漢第四石油機(jī)械廠和四機(jī)賽瓦石油鉆采設(shè)備有限公司等。江漢第四石油機(jī)械廠的產(chǎn)品,代表了國內(nèi)壓裂設(shè)備的最高水平,他們生產(chǎn)的三缸壓裂泵從3ZB70-265型~3ZB105-1490型共7種產(chǎn)品,五缸壓裂泵有5ZB105-1860L型、5ZB105-1860H型2種產(chǎn)品。YLS105-1340型壓裂混砂車是江漢第四石油機(jī)械廠自己設(shè)計(jì)制造的具有個(gè)性特色的壓裂設(shè)備。它是一種將壓裂泵車和混砂車功能合二為一的多功能集成化的壓裂設(shè)備,適用于油氣田各種小型壓裂、防砂施工作業(yè)。YLC105-1860型五缸壓裂泵車具有排量大、壓力波動(dòng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等性能特點(diǎn),適用于油氣田深井、中深井的各種壓裂作業(yè),最高工作壓力可達(dá)105MPa。這種壓裂泵車是江漢第四石油機(jī)械廠2006年自己設(shè)計(jì)開發(fā)制造的壓裂設(shè)備,在國內(nèi)開創(chuàng)了五缸壓裂泵車設(shè)計(jì)制造的先河,縮短了我國同國外壓裂設(shè)備制造的差距,也打破了我國五缸壓裂泵以前只能夠依靠國外進(jìn)口的壟斷局面。3壓裂機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望3.1壓裂設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)的設(shè)計(jì)在國內(nèi)能夠制造壓裂設(shè)備的廠家很少,能夠制造高壓力、高性能、大排量、大功率的壓裂設(shè)備的廠家只有江漢第四石油機(jī)械廠一家,沒有形成市場競爭機(jī)制,客觀上影響了國產(chǎn)壓裂設(shè)備發(fā)展的步伐。在國外大多數(shù)壓裂設(shè)備制造公司既從事設(shè)備制造,又從事油田工程技術(shù)服務(wù),他們生產(chǎn)的壓裂設(shè)備性能既能夠和壓裂施工工藝緊密地結(jié)合,又具有各自的技術(shù)特色。且壓裂設(shè)備的設(shè)計(jì)是由設(shè)計(jì)者根據(jù)壓裂工藝對壓裂設(shè)備提出專用性能指標(biāo)要求,擇優(yōu)選用各種現(xiàn)成部件,并通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)完成總體布置、匹配性設(shè)計(jì)和理論計(jì)算,實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件之間的優(yōu)化組合,完成由部件到總體的設(shè)計(jì)過程,以研制出性能優(yōu)越的壓裂設(shè)備。在國內(nèi)壓裂設(shè)備的制造企業(yè)只是單純的設(shè)備制造,對壓裂施工工藝知之甚少,其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)多數(shù)采用類比設(shè)計(jì),沒有真正提高自主研發(fā)的技術(shù)實(shí)力,很難實(shí)現(xiàn)設(shè)備與施工工藝的完美結(jié)合。我國采用的是先作總體設(shè)計(jì),再按照總體設(shè)計(jì)的要求在規(guī)定的范圍內(nèi)選擇所需部件。這樣設(shè)計(jì)難以保證各種部件的合理匹配和最佳組合,受總體設(shè)計(jì)的局限,要修改設(shè)計(jì)參數(shù)比較困難,將會(huì)影響壓裂設(shè)備設(shè)計(jì)的質(zhì)量。3.2網(wǎng)絡(luò)控制壓裂設(shè)備的現(xiàn)狀綜觀國內(nèi)外壓裂設(shè)備發(fā)展的歷史,壓裂設(shè)備的制造公司,要制造出世界一流的壓裂設(shè)備,就必須走“三個(gè)相結(jié)合”的路子。一是壓裂設(shè)備制造公司必須和井下作業(yè)工程服務(wù)公司相結(jié)合。壓裂設(shè)備的制造公司要隨時(shí)掌握井下作業(yè)施工發(fā)展的方向,制造出適合工程服務(wù)公司所需的壓裂設(shè)備。二是壓裂設(shè)備的技術(shù)性能必須和壓裂施工的新工藝、新技術(shù)相結(jié)合。壓裂設(shè)備是為壓裂施工服務(wù),是實(shí)施壓裂施工新工藝、新技術(shù)的主要手段,其技術(shù)性能的高低,直接關(guān)系到壓裂工藝技術(shù)的成敗。而壓裂工藝技術(shù)的發(fā)展,對壓裂設(shè)備的性能提出了更新的要求,又促進(jìn)了壓裂設(shè)備性能的提高。三是壓裂設(shè)備的發(fā)展必須和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最新成果相結(jié)合?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展,新的技術(shù)成果日新月異,只有將新的技術(shù)成果及時(shí)應(yīng)用于壓裂設(shè)備,才能使壓裂設(shè)備的發(fā)展緊跟現(xiàn)代科技發(fā)展的步伐。壓裂工藝的發(fā)展要求壓裂設(shè)備繼續(xù)向高壓力、大排量和大功率的方向發(fā)展,而施工區(qū)域的地理環(huán)境和道路條件又要求壓裂設(shè)備具有高度的運(yùn)移性、安全性和適應(yīng)性,其外型尺寸和重量受到嚴(yán)格的限制,因而使壓裂設(shè)備的發(fā)展陷入兩難的境界。隨著基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,大功率、重量輕的柴油機(jī)即將問世,使得高壓力、大排量、大功率又有高度運(yùn)移性、安全性和適應(yīng)性的壓裂設(shè)備誕生成為可能。輸入功率為2500hp的壓裂泵,國外有SPM公司生產(chǎn)的QWS2500L型五缸泵和GardenerDenver公司生產(chǎn)的2500QD-HD型壓裂泵,現(xiàn)在輸出馬力可以達(dá)到2500水馬力以及20000PSI的工作壓力,國內(nèi)有江漢第四石油機(jī)械廠生產(chǎn)的5ZB105-1860L型和5ZB-2800型五缸泵。目前壓裂泵車所選用的柴油機(jī)為DDC12V4000型或CAT3512B型,其最大功率均為2250hp,不能滿足2500hp的壓裂泵需要。若選用更大功率的DDC16V4000型柴油機(jī),其最大功率為3000hp,可以滿足2500hp的壓裂泵需要,但設(shè)備的總體重量和外型尺寸將會(huì)大幅度增加,其設(shè)備的運(yùn)移性、通過性將受到很大的局限。江漢第四石油機(jī)械廠2008年為中石化生產(chǎn)的壓裂機(jī)組,其底盤車采用的是BENZ4150型,壓裂泵是5ZB-2800型五缸泵,柴油機(jī)配置的是DDC16V4000型,該車的總重量達(dá)到47.5t,總長度為12.2m,該套壓裂機(jī)組目前已經(jīng)在油田現(xiàn)場投入使用。采用網(wǎng)絡(luò)控制壓裂機(jī)組,可以極大地提高壓裂設(shè)備的可靠性和壓裂施工作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性,減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,減少作業(yè)人員數(shù)量,提高施工效率,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控指揮和監(jiān)控。在國外美國的哈里佰頓公司和S﹠S公司已經(jīng)成功地將網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)應(yīng)用于壓裂設(shè)備的控制系統(tǒng),國內(nèi)的江漢第四石油機(jī)械廠也成功研發(fā)出了自己的壓裂設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)控制壓裂設(shè)備,已經(jīng)成為今后壓裂設(shè)備控制技術(shù)發(fā)展的主流。3.3壓裂設(shè)備的發(fā)展趨勢隨著油氣藏開發(fā)深度的不斷增加和壓裂施工工藝技術(shù)的日益進(jìn)步,對壓裂設(shè)備的要