國內外壓裂設備發(fā)展現狀及技術性能對比

國內外壓裂設備發(fā)展現狀及技術性能對比

壓裂是提高石油采收率的有效措施之一。它廣泛應用于油、氣井的產量以及井的聚集。壓裂已經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,壓裂設備是實施壓裂施工改造的核心設備,其技術性能的高低,直接關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備的研制已經有多年的歷史,各國的發(fā)展速度和研制水平不盡一樣,其中美國壓裂設備的性能和技術水平居于世界領先地位。美國是世界上主要生產壓裂設備的國家,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。由于地緣關系,加拿大的公司主要使用美國部件組裝,產品性能參數與美國產品接近。美國壓裂設備制造商依據壓裂施工工藝對壓裂設備的整體要求,按照部件生產商提供的部件參數選購柴油機、傳動箱、壓裂泵、底盤卡車等。除S&S公司和皇冠公司外,其他美國壓裂設備制造公司既從事設備制造,又從事油田工程技術服務,所以他們生產的壓裂設備性能既能夠和壓裂施工工藝緊密地結合,又具有各自的個性特色。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裝備,包括底盤卡車、動力機、傳動系統(tǒng)及壓裂泵等,形成了電力、液壓、柴油機或燃氣輪機等多種動力驅動形式的系列產品。在國外,特別是美國在汽車制造等基礎工業(yè)方面很發(fā)達,技術也比較先進,因此,壓裂設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。美國有適合壓裂設備用的大功率高速柴油機,如卡特彼勒、底特律、康明斯等知名品牌。同一功率等級的柴油機,屬底特律柴油機體積小,質量輕,更適合車裝。這些柴油機均能夠方便的與性能良好的阿里遜傳動箱相連接。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,更加適合車裝,噪音低,能耗小,廢氣排放均達到歐Ⅱ以上標準。對于國外的壓裂泵車制造廠商而言,設計制造或選擇合適的傳動系統(tǒng)以及壓裂泵才是其產品發(fā)展的重點。1.2能壓裂施工的工藝技術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)動機作動力,現在的混砂車多用單獨的動力驅動主機。因為以汽車發(fā)動機作動力的混砂車,功率有限,傳動系統(tǒng)復雜,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要求。隨著復雜油氣藏、低滲透油田、煤氣層的開發(fā)及壓裂工藝技術的不斷發(fā)展完善,對壓裂混砂車的技術性能提出了更高的要求,具有個性特色的混砂車已經頻頻問世。加拿大皇冠公司生產的混砂車采用的是在0.3m3的混合罐內混合后直接排出,將攪拌和排出合二為一,省去了一個排出泵,由于混合罐上部設有控制砂子流入的閘板,使加砂濃度在低端可以實現任意控制,且密度計的實測信號又參與對加砂濃度的控制,這樣就能夠真正實現對混砂車加砂濃度的精確控制,這也是與傳統(tǒng)的混砂設備的不同之處,但是它的攪拌葉輪的正常設計壽命只有2340t的加砂量。美國斯倫貝謝公司生產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節(jié)的反應速度,有效的解決了砂濃度調整過程中的延時滯后現象。2主要壓裂設備隨著石油工業(yè)發(fā)展的步伐,我國的壓裂設備制造業(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系列的壓裂設備,為實現低滲透油田的穩(wěn)產、高產開發(fā)和提高采收率做出了貢獻,也為我國的石油工業(yè)發(fā)展做出了貢獻。目前國內壓裂設備主要生產廠家有蘭州通用機器制造有限公司、南陽二機石油裝備(集團)有限公司、江漢第四石油機械廠和四機賽瓦石油鉆采設備有限公司等。江漢第四石油機械廠的產品,代表了國內壓裂設備的最高水平,他們生產的三缸壓裂泵從3ZB70-265型~3ZB105-1490型共7種產品,五缸壓裂泵有5ZB105-1860L型、5ZB105-1860H型2種產品。YLS105-1340型壓裂混砂車是江漢第四石油機械廠自己設計制造的具有個性特色的壓裂設備。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、壓力波動小、運轉平穩(wěn)等性能特點,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105MPa。這種壓裂泵車是江漢第四石油機械廠2006年自己設計開發(fā)制造的壓裂設備,在國內開創(chuàng)了五缸壓裂泵車設計制造的先河,縮短了我國同國外壓裂設備制造的差距,也打破了我國五缸壓裂泵以前只能夠依靠國外進口的壟斷局面。3壓裂機的發(fā)展現狀與展望3.1壓裂設備設計技術的設計在國內能夠制造壓裂設備的廠家很少,能夠制造高壓力、高性能、大排量、大功率的壓裂設備的廠家只有江漢第四石油機械廠一家,沒有形成市場競爭機制,客觀上影響了國產壓裂設備發(fā)展的步伐。在國外大多數壓裂設備制造公司既從事設備制造,又從事油田工程技術服務,他們生產的壓裂設備性能既能夠和壓裂施工工藝緊密地結合,又具有各自的技術特色。且壓裂設備的設計是由設計者根據壓裂工藝對壓裂設備提出專用性能指標要求,擇優(yōu)選用各種現成部件,并通過計算機輔助設計完成總體布置、匹配性設計和理論計算,實現各個部件之間的優(yōu)化組合,完成由部件到總體的設計過程,以研制出性能優(yōu)越的壓裂設備。在國內壓裂設備的制造企業(yè)只是單純的設備制造,對壓裂施工工藝知之甚少,其產品的設計和開發(fā)多數采用類比設計,沒有真正提高自主研發(fā)的技術實力,很難實現設備與施工工藝的完美結合。我國采用的是先作總體設計,再按照總體設計的要求在規(guī)定的范圍內選擇所需部件。這樣設計難以保證各種部件的合理匹配和最佳組合,受總體設計的局限,要修改設計參數比較困難,將會影響壓裂設備設計的質量。3.2網絡控制壓裂設備的現狀綜觀國內外壓裂設備發(fā)展的歷史,壓裂設備的制造公司,要制造出世界一流的壓裂設備,就必須走“三個相結合”的路子。一是壓裂設備制造公司必須和井下作業(yè)工程服務公司相結合。壓裂設備的制造公司要隨時掌握井下作業(yè)施工發(fā)展的方向,制造出適合工程服務公司所需的壓裂設備。二是壓裂設備的技術性能必須和壓裂施工的新工藝、新技術相結合。壓裂設備是為壓裂施工服務,是實施壓裂施工新工藝、新技術的主要手段,其技術性能的高低,直接關系到壓裂工藝技術的成敗。而壓裂工藝技術的發(fā)展,對壓裂設備的性能提出了更新的要求,又促進了壓裂設備性能的提高。三是壓裂設備的發(fā)展必須和科學技術發(fā)展的最新成果相結合?，F代科學技術飛速發(fā)展,新的技術成果日新月異,只有將新的技術成果及時應用于壓裂設備,才能使壓裂設備的發(fā)展緊跟現代科技發(fā)展的步伐。壓裂工藝的發(fā)展要求壓裂設備繼續(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備具有高度的運移性、安全性和適應性,其外型尺寸和重量受到嚴格的限制,因而使壓裂設備的發(fā)展陷入兩難的境界。隨著基礎工業(yè)的發(fā)展和科學技術的不斷進步,大功率、重量輕的柴油機即將問世,使得高壓力、大排量、大功率又有高度運移性、安全性和適應性的壓裂設備誕生成為可能。輸入功率為2500hp的壓裂泵,國外有SPM公司生產的QWS2500L型五缸泵和GardenerDenver公司生產的2500QD-HD型壓裂泵,現在輸出馬力可以達到2500水馬力以及20000PSI的工作壓力,國內有江漢第四石油機械廠生產的5ZB105-1860L型和5ZB-2800型五缸泵。目前壓裂泵車所選用的柴油機為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,其最大功率為3000hp,可以滿足2500hp的壓裂泵需要,但設備的總體重量和外型尺寸將會大幅度增加,其設備的運移性、通過性將受到很大的局限。江漢第四石油機械廠2008年為中石化生產的壓裂機組,其底盤車采用的是BENZ4150型,壓裂泵是5ZB-2800型五缸泵,柴油機配置的是DDC16V4000型,該車的總重量達到47.5t,總長度為12.2m,該套壓裂機組目前已經在油田現場投入使用。采用網絡控制壓裂機組,可以極大地提高壓裂設備的可靠性和壓裂施工作業(yè)的經濟性,減輕操作人員的勞動強度,減少作業(yè)人員數量,提高施工效率,可以實現遠程遙控指揮和監(jiān)控。在國外美國的哈里佰頓公司和S﹠S公司已經成功地將網絡控制技術應用于壓裂設備的控制系統(tǒng),國內的江漢第四石油機械廠也成功研發(fā)出了自己的壓裂設備網絡控制技術。應用網絡技術控制壓裂設備,已經成為今后壓裂設備控制技術發(fā)展的主流。3.3壓裂設備的發(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的日益進步,對壓裂設備的要