【金正纵横】国外地面压裂装备分析（一）

金正纵横油气咨询

　　HALLIBURTON哈里伯顿公司设计制造的HQ-2000压裂酸化机组由10台压裂车、1台混砂车、2台管汇车和1台仪表车组成，净输出水功率为14920kW，最大额定工作压力为103.4MPa，工作环境温度为-40～50℃，适合油气田各种增产工艺，可泵入各种类型的压裂液和支撑剂，特别适用于低渗透油气田的增产改造。

　　一、HQ-2000压裂车
　　HQ-2000压裂车是装有底盘的移动泵注设备，可以高压、大排量泵注酸液和压裂增产处理液。现对其技术性能加以简要介绍。
　　1. 技术性能
　　(1)承载底盘　以肯沃斯C500K 6×4平头卡车为承载底盘。
　　(2)台上发动机　采用卡特彼勒3512DITA柴油机作为台上发动机。该型柴油机为涡轮增压中冷，全电子控制PEEC3喷油高性能发动机，装有一套由底盘发动机提供动力的液压启动系统，可保证柴油机在任何条件下有效、可靠地启动。
　　(3)台上传动箱　以阿里逊9885八速电控液动传动箱为台上传动箱。该传动箱额定输入功率为1678kW，最大输入转速为2100r/min，传动箱换挡和离合器锁定由HALLIBURTON哈里伯顿公司设计制造的自动遥控系统(ARC)控制，可保证设备在最佳效能状态下工作，仅用变矩器平稳换挡即能达到最佳功率输出。
　　(4)压裂泵　以HQ-2000型五缸泵作为压裂泵。该型压裂泵质量功率比为3.2kg/kW，是目前世界上各种2000水功率车载式压裂泵中质量功率比最小的，质量也最轻，仅4808kg。
　　(5)自动控制系统　由HALLIBURTON哈里伯顿公司设计制造的自动遥控系统(ARC)能够连续精确地控制和监测10台压裂车的全部操作参数。
　　2.技术性能述评
　　该型压裂车选用肯沃斯C500K双后桥6×4重载卡车为承载底盘，运载能力和路面适应能力强，双后桥加桥间封锁驱动特别适合于山区井场泥石路面行驶，保证了作业设备的安全运移。
　　台上发动机、传动箱、泵等的功率匹配合理，总传动效率达88.9%。
　　操作控制系统自动化程度高，不仅设有就地控制面板，而且还具有远程操作功能，可进行网域间的操作，实现对作业参数的实时监测、处理、储存和打印。
　　在润滑冷却条件达标的情况下，压裂泵的实测机械效率为95.7%。液力端阀箱为五个分体式结构，阀箱和内部易损件均具有很好的互换性，需要时可单独更换一个阀箱，拆换维修方便。动力端外壳由钢板焊接的两部分组成，一部分连接三个阀箱，支承小齿轮和冠状齿轮;另一部分连接两个阀箱。这样可使动力端外壳承载均匀，疲劳寿命长。

　　二、FBRC100ARC混砂车
　　FBRC100ARC混砂车的最大额定排量为15.9m3/min，工作环境温度为-40～50℃。该型混砂车配备HALLIBURTON哈里伯顿公司设计制造的微处理器控制系统，可以准确地对作业用液体添加剂、干粉添加剂及支撑剂等的加入速度和混合罐液面实施比例监测和自动控制。
　　1. 技术性能
　　(1)承载底盘　采用肯沃斯C500K 6×4平头卡车，其底盘及发动机主要性能与压裂车相同，总载量为34545kg。
　　(2)台上发动机及吸排系统　台上发动机选用卡特彼勒3208T8V四冲程旋转发动机，额定功率为224kW，额定转速为2600r/min。
　　(3)添加剂注入系统　该系统包括4种液体添加剂和2种干粉添加剂系统。液体添加剂系统由4个液力驱动的液体添加剂泵组成。
　　(4)支撑剂输送系统　该系统由两个液力驱动、直径为305 mm(12英寸)的螺旋输砂器组成。
　　(5)自动混合罐液面控制系统　该系统由混合罐和液面控制部分组成。混合罐是一个工作容积为1.25m3的圆柱形罐，与液力驱动的、装在一根轴上的两个涡轮搅拌器结为一体。
　　(6)控制系统　混砂车配有HALLIBURTON哈里伯顿公司设计制造的自动遥控系统，操作员可以通过就地操作面板进行控制，也可通过局域网在仪表车上远程遥控作业。
　　2.技术性能述评
　　混砂车选用肯沃斯C500K双后桥6×4重载底盘，轮距6.8m选取合理，整车载荷分布均匀，台面通道宽敞，有利于操作员安全操作和检查设备。
　　吸入接头和排出接头布置在混砂车的两侧，各布置6个吸入和6个排出接头，便于井场作业车的摆放和管汇连接。
　　双螺旋输砂器既可升降，又可左右摆动，解决了混砂车与运砂、输砂设备的灵活连接问题，还可根据施工要求单螺旋或联合双螺旋工作。
　　混砂车主要用于加砂压裂作业，但对泵和管汇系统考虑了耐酸和防腐蚀要求，因此，也适用于酸化压裂作业，充当配液和供液设备。
　　存在的主要问题是，支撑剂输送量是靠螺旋输砂器的转速来计量的，由于支撑剂卸入砂斗后疏密不均，造成计量不准。建议以计量输砂重量的方式计量支撑剂输送量。螺旋输砂器砂斗和干粉添加剂料斗均为开式结构，在雨雪天气下施工作业，施工质量将受到不良影响，建议采用闭式设计。此外，吸入泵和排出泵均由底盘发动机取力液力驱动，发动机长期处于工作状态，工作寿命缩短，且使台上设备工作可靠性降低50%。建议在台上发动机功率许可的情况下，改为台上发动机取力驱动。

　　三、压裂酸化仪表车
　　压裂酸化仪表车配备了用户计算机硬件和软件，可以进行作业数据采集、压裂酸化施工设计和施工作业后评价分析等工作。工作环境温度为-40～50C°。
　　1.技术性能
　　(1)承载底盘 采用肯沃斯T-300承载底盘，其大梁为加强型高强度钢10-5/8×3-1/2×5/16复合而成，总载量为15000kg。
　　(2)压裂车遥控系统 仪表车内安装压裂车操作控制面板，可以单独控制10台压裂车，利用随车提供的电缆，仪表车可以在76.2m开外的地方遥控压裂车。
　　(3)混砂车遥控系统　仪表车控制中心后部安装混砂车遥控操作面板，它能遥控和监测混砂车的全部功能。
　　(4)数据采集和存储系统　该系统配备了1台Pentium CPU工业计算机，16MB内存和1.2GB硬盘，1台14英寸和两台20英寸VGR彩色显示器，1台彩色打印机和1套数据采集软件。
　　(5)压裂酸化设计系统　压裂酸化设计系统包括1台Pentium CPU工业计算机，16MB内存和1.2GB硬盘，1台14英寸VGR彩色显示器;1套FRACPROTM软件和1台彩色喷墨打印机。(6)便携式数据采集系统　便携式数据采集系统直接从传感器采集和存储数据，一次至少可同时采集、显示、存储6个模拟量信号和6个频率量信号。
　　2.技术性能述评
　　仪表车选用肯沃斯T-300特种底盘作承载底盘，底盘和箱式车身的联接及车载仪器设备与车箱的联接采用多重减震结构，具有很强的抗震能力，最大限度地保证了车载仪器设备的安全运移。
　　仪表车具有全自动遥控整套压裂机组功能，可在作业中实施设计修改、各种参数的监测、采集、存储及裂缝情况的实时显示模拟。
　　便携式数据采集系统可在中小型压裂酸化作业中不使用仪表车的情况下，对压裂车组实行全自动遥控监测和数据采集。
　　FRACPROTM软件是一种先进的2D和3D压裂模拟软件，可实时直观展示压裂酸化效果。
　　存在的主要问题是，仪表车和便携式数据采集系统所选用的计算机档次偏低，属于落后机型，应予升级或更新。同时，仪表车还应配备卫星通讯系统，以便将各种作业参数及时地传输到公司本部，用以防止在出现特殊情况时丢失作业资料。
　　总之，HALLIBURTON哈里伯顿公司设计生产的HQ-2000压裂酸化机组总体设计较合理，技术性能优良，自动化程度高，所配备的压裂酸化设计施工软件和控制仪表技术先进，整套机组和单车操作简单，承载底盘选型合理。

　　【提示】本文章来自金正纵横油气资源网《国内外致密油勘探开发现状及先进技术调研报告》。【提示】文章来自金正纵横油气网。若想获取更多国内外油气最新技术及装备信息，请关注金正纵横微信公众平台，微信公众号：金正纵横（或jzoilgas）。若有油气相关问题待解决，请找“金正纵横咨询顾问”，微信号：jzzhguwen。

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