国内外压裂设备发展现状及技术性能对比

国内外压裂设备发展现状及技术性能对比

压裂是提高石油采收率的有效措施之一。它广泛应用于油、气井的产量以及井的聚集。压裂已经成为改造低渗透油气藏和开发深部油气藏的主要手段。因此,压裂设备是实施压裂施工改造的核心设备,其技术性能的高低,直接关系到压裂施工的成败与改造的效果。1其他公司采用的工艺国外对压裂设备的研制已经有多年的历史,各国的发展速度和研制水平不尽一样,其中美国压裂设备的性能和技术水平居于世界领先地位。美国是世界上主要生产压裂设备的国家,有哈里伯顿、斯伦贝谢、BJ公司、西方公司、S&S公司等。加拿大有皇冠公司,法国有道威尔公司。由于地缘关系,加拿大的公司主要使用美国部件组装,产品性能参数与美国产品接近。美国压裂设备制造商依据压裂施工工艺对压裂设备的整体要求,按照部件生产商提供的部件参数选购柴油机、传动箱、压裂泵、底盘卡车等。除S&S公司和皇冠公司外,其他美国压裂设备制造公司既从事设备制造,又从事油田工程技术服务,所以他们生产的压裂设备性能既能够和压裂施工工艺紧密地结合,又具有各自的个性特色。1.1车载基配车的种类国外能够提供压裂泵车的成套技术装备,包括底盘卡车、动力机、传动系统及压裂泵等,形成了电力、液压、柴油机或燃气轮机等多种动力驱动形式的系列产品。在国外,特别是美国在汽车制造等基础工业方面很发达,技术也比较先进,因此,压裂设备制造厂商对底盘卡车的选择范围比较广泛,可以直接选用肯沃斯、万国、马克等载重卡车。美国有适合压裂设备用的大功率高速柴油机,如卡特彼勒、底特律、康明斯等知名品牌。同一功率等级的柴油机,属底特律柴油机体积小,质量轻,更适合车装。这些柴油机均能够方便的与性能良好的阿里逊传动箱相连接。近几年,卡特彼勒公司和底特律公司相继开发了电喷柴油机,更加适合车装,噪音低,能耗小,废气排放均达到欧Ⅱ以上标准。对于国外的压裂泵车制造厂商而言,设计制造或选择合适的传动系统以及压裂泵才是其产品发展的重点。1.2能压裂施工的工艺技术国外制造混砂车的专业厂商很多,主要集中在北美地区。早期的混砂车多用装载汽车发动机作动力,现在的混砂车多用单独的动力驱动主机。因为以汽车发动机作动力的混砂车,功率有限,传动系统复杂,故障率比较高,不能够满足高压、大排量、多功能压裂施工的工艺技术要求。随着复杂油气藏、低渗透油田、煤气层的开发及压裂工艺技术的不断发展完善,对压裂混砂车的技术性能提出了更高的要求,具有个性特色的混砂车已经频频问世。加拿大皇冠公司生产的混砂车采用的是在0.3m3的混合罐内混合后直接排出,将搅拌和排出合二为一,省去了一个排出泵,由于混合罐上部设有控制砂子流入的闸板,使加砂浓度在低端可以实现任意控制,且密度计的实测信号又参与对加砂浓度的控制,这样就能够真正实现对混砂车加砂浓度的精确控制,这也是与传统的混砂设备的不同之处,但是它的搅拌叶轮的正常设计寿命只有2340t的加砂量。美国斯伦贝谢公司生产的混砂车的混合罐的容积只有0.09m3,这将大大提高施工过程中对砂浓度调节的反应速度,有效的解决了砂浓度调整过程中的延时滞后现象。2主要压裂设备随着石油工业发展的步伐,我国的压裂设备制造业也有了长足的发展,先后开发、研制了压力为50MPa、70MPa、85MPa、105MPa系列的压裂设备,为实现低渗透油田的稳产、高产开发和提高采收率做出了贡献,也为我国的石油工业发展做出了贡献。目前国内压裂设备主要生产厂家有兰州通用机器制造有限公司、南阳二机石油装备(集团)有限公司、江汉第四石油机械厂和四机赛瓦石油钻采设备有限公司等。江汉第四石油机械厂的产品,代表了国内压裂设备的最高水平,他们生产的三缸压裂泵从3ZB70-265型~3ZB105-1490型共7种产品,五缸压裂泵有5ZB105-1860L型、5ZB105-1860H型2种产品。YLS105-1340型压裂混砂车是江汉第四石油机械厂自己设计制造的具有个性特色的压裂设备。它是一种将压裂泵车和混砂车功能合二为一的多功能集成化的压裂设备,适用于油气田各种小型压裂、防砂施工作业。YLC105-1860型五缸压裂泵车具有排量大、压力波动小、运转平稳等性能特点,适用于油气田深井、中深井的各种压裂作业,最高工作压力可达105MPa。这种压裂泵车是江汉第四石油机械厂2006年自己设计开发制造的压裂设备,在国内开创了五缸压裂泵车设计制造的先河,缩短了我国同国外压裂设备制造的差距,也打破了我国五缸压裂泵以前只能够依靠国外进口的垄断局面。3压裂机的发展现状与展望3.1压裂设备设计技术的设计在国内能够制造压裂设备的厂家很少,能够制造高压力、高性能、大排量、大功率的压裂设备的厂家只有江汉第四石油机械厂一家,没有形成市场竞争机制,客观上影响了国产压裂设备发展的步伐。在国外大多数压裂设备制造公司既从事设备制造,又从事油田工程技术服务,他们生产的压裂设备性能既能够和压裂施工工艺紧密地结合,又具有各自的技术特色。且压裂设备的设计是由设计者根据压裂工艺对压裂设备提出专用性能指标要求,择优选用各种现成部件,并通过计算机辅助设计完成总体布置、匹配性设计和理论计算,实现各个部件之间的优化组合,完成由部件到总体的设计过程,以研制出性能优越的压裂设备。在国内压裂设备的制造企业只是单纯的设备制造,对压裂施工工艺知之甚少,其产品的设计和开发多数采用类比设计,没有真正提高自主研发的技术实力,很难实现设备与施工工艺的完美结合。我国采用的是先作总体设计,再按照总体设计的要求在规定的范围内选择所需部件。这样设计难以保证各种部件的合理匹配和最佳组合,受总体设计的局限,要修改设计参数比较困难,将会影响压裂设备设计的质量。3.2网络控制压裂设备的现状综观国内外压裂设备发展的历史,压裂设备的制造公司,要制造出世界一流的压裂设备,就必须走“三个相结合”的路子。一是压裂设备制造公司必须和井下作业工程服务公司相结合。压裂设备的制造公司要随时掌握井下作业施工发展的方向,制造出适合工程服务公司所需的压裂设备。二是压裂设备的技术性能必须和压裂施工的新工艺、新技术相结合。压裂设备是为压裂施工服务,是实施压裂施工新工艺、新技术的主要手段,其技术性能的高低,直接关系到压裂工艺技术的成败。而压裂工艺技术的发展,对压裂设备的性能提出了更新的要求,又促进了压裂设备性能的提高。三是压裂设备的发展必须和科学技术发展的最新成果相结合。现代科学技术飞速发展,新的技术成果日新月异,只有将新的技术成果及时应用于压裂设备,才能使压裂设备的发展紧跟现代科技发展的步伐。压裂工艺的发展要求压裂设备继续向高压力、大排量和大功率的方向发展,而施工区域的地理环境和道路条件又要求压裂设备具有高度的运移性、安全性和适应性,其外型尺寸和重量受到严格的限制,因而使压裂设备的发展陷入两难的境界。随着基础工业的发展和科学技术的不断进步,大功率、重量轻的柴油机即将问世,使得高压力、大排量、大功率又有高度运移性、安全性和适应性的压裂设备诞生成为可能。输入功率为2500hp的压裂泵,国外有SPM公司生产的QWS2500L型五缸泵和GardenerDenver公司生产的2500QD-HD型压裂泵,现在输出马力可以达到2500水马力以及20000PSI的工作压力,国内有江汉第四石油机械厂生产的5ZB105-1860L型和5ZB-2800型五缸泵。目前压裂泵车所选用的柴油机为DDC12V4000型或CAT3512B型,其最大功率均为2250hp,不能满足2500hp的压裂泵需要。若选用更大功率的DDC16V4000型柴油机,其最大功率为3000hp,可以满足2500hp的压裂泵需要,但设备的总体重量和外型尺寸将会大幅度增加,其设备的运移性、通过性将受到很大的局限。江汉第四石油机械厂2008年为中石化生产的压裂机组,其底盘车采用的是BENZ4150型,压裂泵是5ZB-2800型五缸泵,柴油机配置的是DDC16V4000型,该车的总重量达到47.5t,总长度为12.2m,该套压裂机组目前已经在油田现场投入使用。采用网络控制压裂机组,可以极大地提高压裂设备的可靠性和压裂施工作业的经济性,减轻操作人员的劳动强度,减少作业人员数量,提高施工效率,可以实现远程遥控指挥和监控。在国外美国的哈里佰顿公司和S﹠S公司已经成功地将网络控制技术应用于压裂设备的控制系统,国内的江汉第四石油机械厂也成功研发出了自己的压裂设备网络控制技术。应用网络技术控制压裂设备,已经成为今后压裂设备控制技术发展的主流。3.3压裂设备的发展趋势随着油气藏开发深度的不断增加和压裂施工工艺技术的日益进步,对压裂设备的要