壓裂車國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展

1、壓裂車的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展機(jī)自四班蔣金超胡云鶴劉軍摘要：在近年油氣探明儲(chǔ)量中，低滲透儲(chǔ)量所占比例上升速度在逐年加大。低滲透油氣藏滲透率、孔隙度低，非均質(zhì)性強(qiáng)，絕大多數(shù)油氣井必須實(shí)施壓裂增產(chǎn)措施后方見產(chǎn)能，壓裂增產(chǎn)技術(shù)在低滲透油氣藏開發(fā)中的作用日益明顯。相應(yīng)的對(duì)于壓裂車要求就日趨增高，壓裂車的關(guān)鍵技術(shù)提高和發(fā)展也有所提高。分析了壓裂車的關(guān)鍵技術(shù)，提出解決方法以及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：壓裂車技術(shù)關(guān)鍵優(yōu)化改造發(fā)展趨勢(shì)壓裂車組的組成及特點(diǎn)壓裂車組是一種為了提高油井油氣層滲透率從而提高油、氣采收率而向地層壓注高壓液體、對(duì)地層進(jìn)行加砂壓裂作業(yè)的設(shè)備，它將機(jī)械、電子、液壓、化工、環(huán)保等各領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)

2、模塊化集成在專用車底盤上，從而實(shí)現(xiàn)油氣田特定壓裂功能。通常1套壓裂車組由壓裂泵車多臺(tái)（510）、混砂車12臺(tái)、管匯車1臺(tái)、儀表車1臺(tái)等組成。國(guó)內(nèi)外壓裂車組研發(fā)現(xiàn)狀美國(guó)是主要生產(chǎn)壓裂設(shè)備的國(guó)家，有哈里伯頓、道威爾-斯倫貝謝、B.J（BYEONJACKSON）公司、西方公司斯圖爾特-斯蒂紋森等公司。加拿大有戴爾公司，法國(guó)有道威爾公司。當(dāng)前哈里伯頓公司的產(chǎn)品代表著世界先進(jìn)水平。美國(guó)壓裂設(shè)備制造商依據(jù)壓裂施工工藝對(duì)壓裂設(shè)備的整體要求，按部件生產(chǎn)商提供的部件參數(shù)選購(gòu)柴油機(jī)、壓裂泵、傳動(dòng)箱、載重卡車等。除斯圖爾特-斯蒂紋森公司外，其他美國(guó)公司既從事設(shè)備制造，又從事工程技術(shù)服務(wù)。柱塞泵等關(guān)鍵部件是壓裂車組的

3、核心要素，國(guó)外市場(chǎng)上擁有高功率柱塞泵制造能力的企業(yè)僅有美國(guó)哈利伯頓、美國(guó)斯倫貝謝、美國(guó)SPM公司、美國(guó)加頓-丹佛以及OPI、FMCOFM、拜倫杰克遜等公司。哈利伯頓和斯倫貝謝的柱塞泵全部為自產(chǎn)自銷，不對(duì)外銷售；SPM和GardnerDenver是全球最主要的獨(dú)立柱塞泵供應(yīng)商，年產(chǎn)能分別在900臺(tái)和300400臺(tái)；FMC的柱塞泵在中國(guó)區(qū)由杰瑞股份獨(dú)家代理；OFM規(guī)模相對(duì)較小，2010年產(chǎn)能在100臺(tái)。油田壓裂車屬高技術(shù)密集、資本密集專用設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)，行業(yè)進(jìn)入的技術(shù)與資本門檻高、資金投入大?，F(xiàn)階段我國(guó)具有一定產(chǎn)能、專門針對(duì)老油井和頁(yè)巖氣（油）、煤層氣等油氣資源開采的專用壓裂車生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量較少，全國(guó)

4、只有810家，規(guī)?；a(chǎn)的企業(yè)目前有34家。主導(dǎo)品牌制造商如中國(guó)石化江漢石油管理局第四機(jī)械廠、煙臺(tái)杰瑞石油服務(wù)集團(tuán)股份有限公司、蘭州通用機(jī)器制造有限公司、甘肅華騰石油機(jī)械制造有限公司、湖北中油科昊機(jī)械制造有限公司、勝利油田東星石油技術(shù)有限公司、蘭州礦場(chǎng)機(jī)械有限公司等。其他一些制造商如南陽(yáng)二機(jī)石油裝備（集團(tuán)）有限公司、河南南陽(yáng)油田石油機(jī)械廠原產(chǎn)壓裂車主要適用于常規(guī)油氣田開采，近兩年也開始制定投資戰(zhàn)略，研制適合頁(yè)巖氣、頁(yè)巖油、煤層氣等特定工況環(huán)境壓裂車或機(jī)組設(shè)備。當(dāng)前國(guó)內(nèi)大部分市場(chǎng)份額被第四石油機(jī)械廠和杰瑞公司占據(jù)。這2家企業(yè)起步較早、技術(shù)積累多、產(chǎn)品知名度高，在國(guó)內(nèi)壓裂、固井設(shè)備市場(chǎng)的產(chǎn)品數(shù)量上

5、占有優(yōu)勢(shì)。第四石油機(jī)械廠能提供20002500馬力高功率壓裂成套設(shè)備，正在攻關(guān)3000型壓裂車組，年生產(chǎn)能力2025套，2011年底獲得美國(guó)100臺(tái)大型壓裂車定單。杰瑞公司能生產(chǎn)2500型以下壓裂成套設(shè)備，年生產(chǎn)能力為1218套。除在國(guó)內(nèi)銷售外，還大量出口國(guó)外，約占年產(chǎn)量的30%。蘭州通用機(jī)器制造有限公司主要生產(chǎn)5001500馬力中小型壓裂設(shè)備。我國(guó)壓裂設(shè)備制造業(yè)雖然經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，但由于基礎(chǔ)工業(yè)和配套條件的限制，自動(dòng)化程度與國(guó)外產(chǎn)品有一定差距。引進(jìn)美國(guó)技術(shù)生產(chǎn)的壓裂車，配置采用與國(guó)外相同的柴油機(jī)和傳動(dòng)箱，輸出壓力相當(dāng)。由于壓裂泵與載重車配置上有差異，我國(guó)總體技術(shù)指標(biāo)與美國(guó)產(chǎn)品有一定差距。關(guān)鍵

6、技術(shù)1超壓保護(hù)功能針對(duì)機(jī)械設(shè)備而言，使設(shè)備始終運(yùn)行在合理的工況是保護(hù)人員和設(shè)備安全的有效措施。因此超壓保護(hù)、超溫保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等技術(shù)在油田設(shè)備中得到了大面積的推廣。其中，針對(duì)泵類特車開發(fā)的超壓保護(hù)技術(shù)已經(jīng)成為這些高壓設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置。具體為：當(dāng)作業(yè)壓力超過(guò)當(dāng)前設(shè)定壓力，動(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)降低輸出功率或切斷動(dòng)力。在老式壓裂車中，多數(shù)沒(méi)有超壓保護(hù)功能。在進(jìn)行技改時(shí)，增加該功能有實(shí)際意義。但具體設(shè)備的配置不同，會(huì)有多種實(shí)施方案。以萬(wàn)國(guó)雙機(jī)雙泵壓裂車為例：該車上裝發(fā)動(dòng)機(jī)為DDC6V系列柴油機(jī)，傳動(dòng)箱為ALLISON6061液力變速箱。其中,DDC6V系列柴油機(jī)油門控制方式為拉線控制,ALLISON6061液力

7、變速箱擋為手動(dòng)或氣動(dòng)控制，兩種部件均沒(méi)有電控功能。在此類產(chǎn)品中，均可用“電接點(diǎn)壓力表+繼電器+執(zhí)行元件”的方案實(shí)現(xiàn)超壓保護(hù)的要求，但根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況的不同，執(zhí)行元件的類型及控制點(diǎn)可以有多種實(shí)施方案。2更換發(fā)動(dòng)機(jī)出于對(duì)成本的考慮，通常會(huì)使用國(guó)產(chǎn)機(jī)械調(diào)速發(fā)動(dòng)機(jī)替代進(jìn)口發(fā)動(dòng)機(jī)，其調(diào)速形式為機(jī)械調(diào)速。由于調(diào)速形式的限制，當(dāng)超壓信號(hào)發(fā)送后，系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)降速。根據(jù)此項(xiàng)限制，可以在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油路上增加一個(gè)燃油電磁閥，由配套繼電器控制。當(dāng)繼電器接受到超壓信號(hào)時(shí)，控制燃油電磁閥動(dòng)作，切斷燃油供給，使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。4整機(jī)功能拓展隨著壓裂設(shè)備的裝機(jī)功率日益提高很多老式壓裂車在輸出功率上已不能滿足高壓大排量的注入要求。

8、雖然不能作為壓裂施工的主力裝備，但仍可完成套管平衡、試壓、碰壓等作業(yè)。在完成上述作業(yè)時(shí)，均要求設(shè)備以穩(wěn)定壓力和小排量泵送液體，在老式壓裂車中基本都是通過(guò)調(diào)整針型閥開度、調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和變速箱擋位等三種手段實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際作業(yè)中，這三種手段需要配合調(diào)整，不能僅依靠一種方法。因自動(dòng)化程度較低，對(duì)于操作者的技術(shù)水平要求較高，且勞動(dòng)強(qiáng)度大。5冷卻系統(tǒng)的自動(dòng)控制在壓裂車中，安裝了多個(gè)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的冷卻器，分別用來(lái)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、柱塞泵動(dòng)力端中的液體。在現(xiàn)有設(shè)備中多數(shù)使用“定量泵+定量馬達(dá)”的形式來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，即風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與定量泵的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速成正比，與系統(tǒng)被冷卻部件的溫度沒(méi)有關(guān)系。我國(guó)油藏分別較廣，由于地域的

9、不同，設(shè)備的冷卻要求也不盡相同。在高溫地區(qū)，要求冷卻氣流大，提升冷卻速度；低溫地區(qū)，則要求冷卻速度不能過(guò)快，否則會(huì)因冷卻油液在低溫下粘度增大，降低傳動(dòng)效率，同時(shí)增大油耗。6柴油加熱器在車臺(tái)柴油機(jī)的前端裝有柴油加熱器，對(duì)車臺(tái)柴油機(jī)的冷卻液進(jìn)行加熱。柴油加熱器通過(guò)主控臺(tái)上的開關(guān)開啟，加熱爐自帶水泵循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液，同時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼進(jìn)行加熱。待溫度達(dá)到要求后，需人工關(guān)閉電源，3min后加熱爐會(huì)自動(dòng)停止工作。加熱器的進(jìn)水和出水管線分別與發(fā)動(dòng)機(jī)水道連接，進(jìn)、出口均設(shè)有閥門。在啟動(dòng)加熱裝置之前，必須開啟2個(gè)閥門與水道連通。加熱過(guò)程完成后，應(yīng)將2個(gè)閥門關(guān)閉。油田壓裂車組控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造1功能設(shè)計(jì)優(yōu)化在功

10、能方面，經(jīng)過(guò)改造后，壓裂車組的自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)具有的基本功能有：數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能和數(shù)據(jù)處理管理功能?？刂葡到y(tǒng)硬件部分的核心是工業(yè)化控制一體機(jī)，通過(guò)采集數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)控制及顯示最后數(shù)據(jù)結(jié)果等步驟，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能?？刂葡到y(tǒng)的監(jiān)控程序主要承擔(dān)著實(shí)時(shí)控制井下壓裂施工過(guò)程以及通過(guò)數(shù)據(jù)聯(lián)系保持與主控計(jì)算機(jī)的通信，主要由數(shù)據(jù)I/O模塊、光電隔離式數(shù)據(jù)傳感器模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理模塊和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等單元組成?？刂葡到y(tǒng)軟件部分的核心是Windows操作系統(tǒng)，采用Delphi5開發(fā)完成，主要承擔(dān)著實(shí)現(xiàn)壓裂車組檔位轉(zhuǎn)換控制、轉(zhuǎn)速調(diào)整控制以及油門控制等功能。通過(guò)硬件與軟件系統(tǒng)的協(xié)同工作，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)

11、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、管理與調(diào)整的功能，其數(shù)據(jù)的來(lái)源主要是通過(guò)對(duì)井下壓裂作業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行的采集，與此同時(shí)還有完成即時(shí)報(bào)警輸出功能、數(shù)字與模擬信號(hào)互相轉(zhuǎn)換功能、控制數(shù)據(jù)輸出功能等，并將發(fā)動(dòng)機(jī)、柱塞泵、減速器以及液壓系統(tǒng)等的控制信號(hào)全部集成到1939通訊協(xié)議之中，從而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。2系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)改進(jìn)通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)車組控制系統(tǒng)科學(xué)的設(shè)計(jì)思路以及先進(jìn)的安裝與連線方式的學(xué)習(xí)與借鑒，考慮到壓裂車組控制系統(tǒng)繁復(fù)程度和獨(dú)立使用的要求，可以將整個(gè)控制系統(tǒng)劃分為幾個(gè)相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)。主要結(jié)構(gòu)有：井下壓裂施工作業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及調(diào)整系統(tǒng)、井下壓裂車組遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制部分、井下混合砂礫車遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)控制

12、系統(tǒng)、井下壓裂作業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)反饋與調(diào)整系統(tǒng)、超高壓自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)、電源電路系統(tǒng)等。井下壓裂施工作業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及調(diào)整系統(tǒng)承擔(dān)著對(duì)壓裂車組作業(yè)工程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，另外還裝置了專門的施工作業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)督系統(tǒng)，并在控制中心通過(guò)顯示器數(shù)字化顯示出各個(gè)監(jiān)控的參數(shù)；井下壓裂車組遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制部分除了主要實(shí)現(xiàn)對(duì)壓裂車組作業(yè)的自動(dòng)化控制，另外還將手動(dòng)操作控制作業(yè)的功能保存了下來(lái)；井下混合砂礫車遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，在其操作面板上可以選擇手動(dòng)或自動(dòng)控制功能，可以完成對(duì)混砂車整套系統(tǒng)各個(gè)子單元的實(shí)時(shí)控制；井下壓裂作業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)反饋與調(diào)整系統(tǒng)的主要功能是錄入保存與調(diào)用轉(zhuǎn)換壓裂作業(yè)的各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)；超高壓自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)主要承擔(dān)著實(shí)時(shí)監(jiān)控井下

13、壓裂作業(yè)過(guò)程當(dāng)中管匯流體壓力的任務(wù)，一旦壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)壓裂車組立即轉(zhuǎn)換到空擋并進(jìn)行剎車；電源電路系統(tǒng)為壓裂施工作業(yè)提供能量來(lái)源，并通過(guò)電路實(shí)現(xiàn)電能向各部分的傳遞。在壓裂車組控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，要求系統(tǒng)的參數(shù)與作業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)要確保一致性與準(zhǔn)確性，各子系統(tǒng)單元在實(shí)現(xiàn)自身功能的同時(shí)，相互之間也要有著一定的關(guān)聯(lián)性。為此，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分配裝置為每個(gè)聯(lián)機(jī)的電腦網(wǎng)卡分配地址，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。3功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化油田壓裂車組控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包含有：車組油門調(diào)整機(jī)構(gòu)、檔位轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)以及其它一些控制參數(shù)反饋調(diào)整裝置等。車組油門調(diào)整機(jī)構(gòu)要設(shè)置有手動(dòng)與自動(dòng)兩種可供選擇的控制方式，并且通過(guò)計(jì)算機(jī)將

14、自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制程序和模式預(yù)先設(shè)置好，以使油門調(diào)節(jié)達(dá)到對(duì)油田壓裂車組系統(tǒng)各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)控制效果。檔位轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)也要設(shè)置有手動(dòng)與自動(dòng)兩套可供選擇的操作模式，主要是通過(guò)編碼控制程序和頻率控制開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)井下壓裂車各個(gè)檔位之間的轉(zhuǎn)換。控制參數(shù)反饋與調(diào)整裝置應(yīng)該將對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制模式預(yù)先編制好，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。如果需要轉(zhuǎn)換到手動(dòng)操作模式，則可以利用控制數(shù)據(jù)輸出模塊、對(duì)面板電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。我國(guó)壓裂車組發(fā)展趨勢(shì)在常規(guī)油田開采方面，未來(lái)推動(dòng)壓裂車市場(chǎng)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力主要是老油田（大慶、玉門、遼河等油田）的油氣穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)要求，早期從國(guó)外引進(jìn)的壓裂車組逐步進(jìn)入退役階

15、段，其有效功率下降、部件故障率增高、操作控制系統(tǒng)技術(shù)落后，已經(jīng)不能適應(yīng)油田大型和超大型壓裂施工作業(yè)的要求，更新和配置新壓裂車組已成為各油田當(dāng)務(wù)之急。隨著常規(guī)油田壓裂作業(yè)工作量大幅度增加，對(duì)壓裂施工的排量和壓力提出更大更高要求，動(dòng)用壓裂設(shè)備頻次增加。穩(wěn)定老油田的產(chǎn)能、提高采收率是國(guó)內(nèi)石油企業(yè)的發(fā)展方向，壓裂增產(chǎn)作業(yè)是緩解老油田的開發(fā)衰竭、提高油田采收率的主要措施之一。因此，國(guó)內(nèi)油田用戶對(duì)壓裂設(shè)備的需求將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，壓裂車組設(shè)備具有廣闊的市場(chǎng)前景。實(shí)踐證明，我國(guó)壓裂車組裝備制造業(yè)已經(jīng)通過(guò)堅(jiān)持不懈的自主技術(shù)創(chuàng)新取得了快速發(fā)展，并逐步追趕國(guó)際先進(jìn)水平。在新的歷史機(jī)遇面前，必將繼續(xù)快步前行，不斷取得新的突破與進(jìn)展。我們相信通過(guò)廣大科技人員的努力，一定能夠使我國(guó)壓裂車組設(shè)備的研發(fā)能力發(fā)生質(zhì)的飛躍，建成集設(shè)計(jì)、研究、制造、服務(wù)于一體的國(guó)際化企業(yè)。發(fā)展我國(guó)壓裂設(shè)備制造業(yè)的建議(1)、積極研究國(guó)外產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)，制訂切實(shí)可行或與國(guó)際接軌的標(biāo)準(zhǔn)。(2)、按市場(chǎng)規(guī)則，逐漸形成壓裂設(shè)備制造公司和井下