压裂装备技术现状及发展方向探讨

牟俊

摘要：随着我国资源开采速度不断提升，为了提升开采效率和质量，抵抗压裂施工的压力。本文则在论述国内外压裂装备发展现状的基础上，探讨了相关技术以及其未来的发展趋势。

关键词：压裂装备;现状;方向

1、国内外压裂装备的发展现状

国外压裂装备发展起步早、发展时间长，装备整体水平较高。目前国外压裂装备生产厂家主要有美国的哈里伯顿公司、西方公司、B.J（BYEONJA CKSON）公司、斯伦贝谢公司、双S公司，加拿大的戴尔公司，法国有道威尔公司，其中美国的哈里伯顿公司代表着世界顶尖水平技术。美国的压裂装备与压裂施工的工艺密切相关。对于北美地区，大部分道路较为平坦，油田的道路通过性良好，页岩气的施工中，压力较低，压力装备也是多为2000型，并且采用了拖车的结构。

我国油田企业在1970年開始从国外引进配套的压裂装备，经过50年的研发和应用，目前我国的压裂装备生产厂家主要有以四机厂、烟台杰瑞、宝鸡石油、山东科瑞、三一重工等，油气田勘探开发中多配备2000型、2500型压裂装备。我国已经成功自主研发了3000型超大的压裂车，并且烟台杰瑞石油装备技术有限公司在2014年研发出了3100型压裂车，成为世界第一台输出水工率超过3000水马力的超大功率压裂车。

2、压裂装备技术现状

2.1、全电动压裂装备技术集成

2.1.1、电动压裂泵送设备及技术集成

电动压裂泵送设备技术融合了机电融合技术、直驱传动技术、高压供电技术、大功率中压变频技术、大功率交流变频电机技术、智能控制技术和电子安全阀技术这七大技术系列，形成由供配电系统提供动力，中压变频系统调节控制，驱动电动压裂泵送设备完成压裂液和支撑剂的泵注工作。

2.1.2、电动混砂设备技术集成

电动混砂在技术方面与电动压裂泵送技术理念相通，采用撬装式设计、变频控制和电动直驱技术，部分结构应用冗余设计满足多用途功能，提高配合多类型施工的能力。其额定功率为770kW，工作压力为0.7MPa，最大排量为20m3/min，输砂量介于0～12000kg/min。

2.1.3、配套设备电动化技术集成

辅助设备电动化集成主要针对混配设备、输砂设备、供液设备、储液装置、远程供水系统和管汇系统等，采用电动直驱和电液控制、PLC（可编程逻辑控制器）集成控制等技术对主体设备进行功能设计优化和升级，同时，采用电动执行器控制管汇流程及设备的进出口阀门，辅助余位监测和故障报警等技术，最终形成全电动化辅助配套装备。

2.2、电动压裂配套设备

2.2.1、储液与供液

储液系统将压裂液进行过渡性存储，保障施工期间压裂液的持续供给。传统钢制液罐为长方体结构，具有吸入端和排出端，单个容积为50m3，运移时需“一罐一车”，施工时往往需要35个以上罐体配合，占地面积大，无法实现进出罐体液量的精准计算。

SHQ210柔性水罐是集底座管网、柔性水囊和折叠骨架的立式水罐，单套容积210m3，囊体采用可更换设计，其材料为高强度聚氨酯，耐酸碱盐，使用寿命8年。采用吊车或液压缸安装，拉杆锁紧装置，安装快速，安全可靠。同时配置了可视液位计，远程电动阀，智能危险识别与报警系统，实现了无人值守的自动化操作。相比传统液罐能节省3/4的占地面积。

2.2.2、电动混砂输砂

电驱输砂装置采用整体密闭输砂，集成自动控制系统，完成地面破袋、举升输砂、罐内储砂、闸门放砂四个作业单元。相比于传统砂塔的工作模式，自动化输砂装置能够实现远程操作，输砂精度更高，通过密闭式压裂支撑剂的管理方式，杜绝了石子、雨水污染支撑剂，避免了粉尘外漏。同时减少操作工位，将人员从高空吊装作业中解放，彻底消除了高空作业安全隐患。通过模块化拼接设计，在装置底部加装绞龙出砂装置，与混砂车搅拌罐组合使用，通过电动控制，可完成支撑剂的在线切换，加砂量可达2m3/min。

2.3、高压泵注直连技术

目前压裂施工通常使用6根内通径76.2mm通径高压管汇接入井口。压裂施工中一旦加大砂比或停泵，小通径管线就容易造成砂堵，且6根管线连接节点多，易损部位较多。一体化大通径万向直通管汇，其内通径为130mm，可满足压裂施工排量18m3/min，同时显著降低压裂施工中的管线摩阻，减少高压管件连接流程，从而提高压裂施工效率。同时大通经管汇采用万向法兰结构组合，通过模块化安装，可大幅减少安装时间。进行水力压裂处理所需的设备包括高压泵、搅拌机、储液罐、监控设备以及软管、管道、阀门、阀组等辅助设备。压裂就是利用压裂液体能够传导压力的作用，把高压设备的压力传导给储层，高压致使低透气性煤储层产生裂纹，进而增加其渗透率。

在现场水力压裂工程中，高压泵组居于核心地位，直接决定着水力压裂的成败，对于地层破碎、压裂液输送起到了提供能量和动力的作用。压裂泵的工作流程是在搅拌机中利用低压抽出流体，此为吸入端，之后在压裂泵组里面加压，将流体通过高压胶管输送至压裂钻孔，从而进入煤储层，此为排放端。随着煤层地质条件的愈加复杂，就目前来说，传统的高压泵组已将其功能发挥到了顶点，继续新一代的压裂设备，来满足现实水力压裂的需要。

3、压裂装备技术的发展方向

3.1、产品研发的标准化和人性化

在压裂装备的设计中，其作为符合一体化的发展，标准机型的设计可以在一定程度上提高装备的质量，不仅减少了人员的工作量，还能使设计人员将更多地时间用用到产品的研发中，标准机型的设计可以根据国内外先进装备的特点和结构开展总结。并将技术稳定可靠的型号配置传送给用户，进一步引导用户在产品资源中有序选择。有了用户选的的型号后，工厂可以将其列入生产清单，这样在生产期间的品种减少也能实现标准化，有助于制造周期的缩短。

3.2、控制系统技术水平提高

现如今，随着科技的不断发展，国外公司早已经全部采用了控制系统数字化，用户也对是施工井的作业提出了较高的要求，这也说明了原来压裂装备中的手动和半自动的控制方式无法适应用户的需要，我国压裂装置的控制技术只有通过数字单面视图的操作和显示才能改变。压裂装置的控制技术是将机械系统和作业系统有机地结合起来，通过项目合作完成整个施工过程。控制技术是衡量压裂装置与施工整体协调过程适应性的重要指标。我国也要根据压裂装备技术的实际情况来制定适合的发展计划，同时保证我国的压裂装备技术能够稳定扎实的发展和生产，并在国际市场中占有一定的地位。

4、结语

针对目前的开发需求，开展压裂工程电动化和自动化技术的应用和实践，为降低勘探开发成本、提高发展质量方面提供了新的模式。

参考文献

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