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1、江汉石油管理局第四机械厂 : 吴汉川(首席工程师),2000型成套压裂设备技术讲座,一、机组简介,二、压裂泵车,三、混砂车,四、压裂仪器车,提 纲,五、压裂施工作业,压裂酸化施工是通过高压使井底地层形成具有足够大小的填砂裂缝，以增加油气的流动性，提高油气采收率的一种行之有效的方法。压裂酸化设备主要由压裂车、混砂车、仪表车、管汇车及辅助设备组成。在施工过程中混砂车将压裂液、支撑剂和各种添加剂混合完成后，通过连接管汇提供给多台压裂车；压裂车将混合后的液体进行加压，通过高压管汇汇集后注入井底；仪表车对作业全过程进行监控并进行分析和记录。,一、机组简介,输砂车,混 砂 车,液罐,液罐,仪器车,高压管汇
2、,压裂车,压裂车,压裂车,井 口,工作流程,一、机组简介,一、机组简介,我国从八十年代开始引进国外成套压裂酸化设备。主要产品包括：BJ Services公司1000型压裂机组，STEWART & STEVENSON公司1600型压裂机组，WESTERN公司14001800型压裂机组等。这些设备的引进使我国的压裂酸化装备有了质的飞跃，并达到同期国际同步水平。随着油田的开发和发展，一方面煤层气和天然气井的压裂酸化作业，对压裂酸化施工的排量和压力提出更大更高的要求；另一方面对压裂井的压裂施工工艺和压裂精度提出了更高的要求，压裂设备的配置和性能也紧跟压裂工艺的进步在不断的发展中。,二、压裂泵车,压裂泵
3、车主要趋向于向大功率、多功能、自动化和系列化方向发展。压裂车的动力大小直接反映整套机组的工作能力，其设备的先进性主要体现在动力配置、压裂泵性能和控制系统上。压裂泵的发展主要体现在提高泵的输出功率上，代表产品有“HALLIBURTON” 五缸泵和“SPM” 三缸泵。五缸泵的特点是在同等功率下的重量最轻，在同等排量下可以选用比三缸泵小的柱塞直径，五缸泵一种柱塞便可以覆盖三缸泵的两三种柱塞工作范围，也就是说采用一种柱塞就完全可以胜任大排量和高压力的施工要求。由于其排量大、重量轻、振动小等优点而受到用户的青睐。三缸柱塞泵是目前国内外使用最多最广的压裂泵，它具有功率范围广、结构简单、维修保养方便等特点，
4、国内外已经形成了完善的系列，可以满足各种等级的压裂泵车配套需要，三缸柱塞泵仍然是目前各型压裂车的首选。压裂泵的最大输入功率可以从300HP-2250HP。,二、压裂泵车,压裂车为适应不同地域、不同使用条件要求，压裂车演变为拖车结构，作业时可以通过一台拖车头将泵组拖到压裂施工井场。橇装式压裂泵组是一种固定式结构，一般应用在海洋平台和进行丛式井压裂作业。施工安全性是压裂泵车最重要的特性之一，在本车上必须具有两套安全装置，同时与机组的安全系统进行连接以确保万无一失。多功能化是压裂车的另一个发展方向。酸化压裂由于具有酸浓度大、腐蚀性强、施工排量大的特点，所以对压裂泵车的泵头和连接管汇提出了更高的要求。
5、同时适应防砂、N2泡沫和CO2等压裂作业，也对压裂车提出了新的要求。国外有一种多功能压裂车，车上增加了两个多功能罐，在作业前可以完成多种添加剂的配液，以适应压裂工艺的要求。,二、压裂泵车,我国压裂装备的制造从上世纪80年代开始起步，以南通厂和江汉四机厂为代表，通过引进美国压裂机组制造技术，在引进消化基础上开发出系列压裂机组，装机功率从300HP-2250HP，最高压力从70MPa-105MPa，为吉林、江汉、江苏、胜利、河南、大庆油田研制出2000型压裂机组。在中小型压裂车方面，国产设备目前已经能够满足国内需求，但在多功能以及品种方面与国外产品还存在一定的差距。随着油田需求的多样化，研制车装、
6、拖装、橇装等多种形式的压裂车,使国产压裂车设备向多元化的终深方向发展,使国产压裂设备系列化、规格化、标准化,这是发展我国压裂设备的保证。,3ZB - 750柱塞泵（1000型）,柱塞数量或者活塞数量（3、5）,柱塞：”ZB” 活塞：“HB”,泵最大输入功率：KW,以HP表示,1 HP = 0.745 KW 1 KW = 1.34 HP,柱塞泵编号原则,3ZB-1490柱塞泵 （2000型）,3ZB-750柱塞泵 （1000型）,3ZB-1320柱塞泵 （1800型）,压裂车编号原则,YLC-压裂车 YLQ-压裂橇,最高工作压力：105MPa. 以压裂车最小柱塞标定。,1。压裂泵的最大输入功率：
7、KW 2。2000型压裂车以输出功率标定,YLC 105 - 1490型压裂车（2000型）,系列成套压裂设备,压裂仪器车,YL70-670 压裂车 （800） YL70-750 压裂车 （1000） YL105-1320 压裂车 （1800） YL105-1490 压裂车 （2000）,HS60 混砂车 HS210 混砂车 HS300 混砂车 HS360 混砂车,GH-70 管汇车 GH-105 管汇车,SJX5040TYQ 仪器车,压裂泵车,混砂设备,压裂管汇车,YL105-1860 压裂车 （2500）,二、压裂泵车,二、压裂泵车,风扇由台上发动机驱动,二、压裂泵车,风扇由底盘发动机驱动
8、,基本单位换算,1”(英寸)25.4 mm 1ft(英尺)0.3048 m 10 C(摄氏度)5/9x(F-32) F- 华氏度 1gal（美加仑）3.785 L 1 bbl(美桶)42 gal159 L 1psi0.007 MPa 1N.m=0.738 lb.ft 1hp(马力)=0.745 kw 1kw=1.341 hp,最高压力的确定：压裂车的最高工作压力根据柱塞的不同而不同，其大小由连杆负荷决定。 三缸泵柱塞直径： D1=127(5) 柱塞面积： F11272/412667 (m m2) 最高压力： P1N1/F11020600x1266780.5 ( MPa ) 理论连杆最大负荷：1
9、020600 N,二、压裂泵车,排量说明： 设计排量为理论值，实际排量根据工作介质和施工参数的不同存在一定的差异。 理论排量通过发动机的转速经过传动箱、大泵减速后得到冲次传动箱的传动比(S9810M的4、5档）： I4= 2.2； I5=1.77; 柴油机转速： n= 1900 r/min； 三缸泵的齿轮传动比：i=6.353 泵的冲次： n4=n/I4/i=136 (r/min); n5 =n/I5/i=169(r/min),二、压裂泵车,排量说明：柱塞直径为127mm（5）时的泵的各挡排量：Q4Kn4F12S 1x3x136x12667x10-3x0.203=1049（L/min）Q5=1
10、184 L/min（容积效率取1，K缸数）实际排量通过混砂车的流量计实际测量。在清水工况下，实际排量比理论排量小510左右。,二、压裂泵车,水功率计算及说明： 柴油机额定功率： N额定 =1680 Kw （2250HP） 柴油机风扇所消耗的功率N风按额定功率的5%计算： 84 kW 空压机和发电机等所消耗的功率：N空= 5 kW 发电机和润滑冷却油泵等所消耗的功率：N润滑= 8 kW 柴油机的实际输出功率：N输出= N额定 - N风 - N空 - N润滑= 1583kW “ALLISION”传动箱在闭锁时的传动效率：传 =95% - 98%传动轴的机械效率： 传动轴 =95% - 98% 柴油
11、机实际提供给三缸泵的功率：N三缸泵输入= N输出 x 传x 传动轴= 1583x 96% x 98%=1489kW 三缸柱塞泵的机械效率： 三缸泵 =95% 三缸柱塞泵输出功率： N三缸泵= N三缸泵输入 x 三缸泵=1415kW ( k-单位换算系数),二、压裂泵车,典型案例分析,大港油田1000型压裂车,一整机的性能要求：单机水功率： 大于650kw （897HHP） 最大工作压力： 100MPa（配装100柱塞时） 最大排量： 1.5m3/min （配装115柱塞时） 最大排量下的压力：不小于30MPa,大泵输入功率：1000HP，740kw,动力低配,压力很高，排量不能太大，,结合已有
12、泵的情况选择柱塞。,根据计算确定能否满足要求,江汉四机厂目前能够适应1000型压裂泵车的柱塞泵有两种型号：3ZB105-750和3ZB105-1320（OPI1800）。两种柱塞泵的最大输入功率分别是750KW和1320KW。我们知道：决定柱塞泵最高工作压力的因素是泵的最大连杆载荷。柱塞泵在相同工作压力下，柱塞直径越大连杆载荷越大，而连杆最大载荷对于成型的结构是一个定值。所以，泵的柱塞直径增大，压力就要减小。,典型案例分析,要求的最大排量（1.5m3/min）和最高压力（100MPa）覆盖范围较大。而3ZB105-750柱塞泵如果满足100 MPa的工作条件，只能选择3.5“的柱塞，最大排量只
13、有1 m3/min；如果满足最大排量1.5m3/min的要求只能选择4.5”的柱塞，最高工作压力只有68 MPa。某些厂家在配置上采用更换钢套的形式来满足要求，即采用两种尺寸的柱塞进行更换。但在实际的作业中更换钢套非常困难。选择3ZB105-1320柱塞泵，由于连杆载荷大，能够满足标书所提出的最高压力和最大排量的要求。采用4.5”的柱塞，最大排量1.7m3/min，最高压力100MPa。,最大排量和最高压力的确定：,典型案例分析,装机功率问题：,发动机的标定功率是指在额定转速下（最高工作转速）的净输出功率，一般不包括水箱和其它附属装置的消耗，所以在实际计算中应该考虑上述装置所消耗的功率值，同时
14、考虑传动系统和柱塞泵的传动效率等。另一方面，压裂设备在施工过程中实际的工作转速是在一定范围内进行调节（保证传动箱在闭锁工况下运转，传动箱的闭锁转速通常大于1400rpm）。通常情况下发动机在转速降低时，其输出功率会有所下降，根据不同的发动机功率曲线可以查到不同转速下发动机的功率输出百分比。 由于四机厂的设计方案中采用柱塞泵与传动箱直接连接（没有链条箱和其它的减速箱），所以传动效率较高。标书中所选择的发动机功率为1100HP/1800rpm。其它消耗在下表中已经列出。,装机功率问题：,典型案例分析,装机功率问题：,通过计算得到柱塞泵的最大输出功率为719KW。标书中所要求的“最大排量下的压力：不
15、小于30MPa”，计算得出最大输出功率为750KW。由于发动机功率所限不能满足要求。,典型案例分析,柱塞泵的选择：3ZB105-1320（OPI1800）柱塞泵是在引进国外技术的基础上开发的产品，产品性能和产品的质量已经得到国内外用户的认可。柱塞泵的选择既要考虑输入功率的问题，也要考虑连杆载荷大小。由于标书中所要求的连杆负荷（采用相同柱塞）已经远超过1000型柱塞泵所要求的范围，对于“单机单泵压裂车”采用更换柱塞的方式是不合适的。所以我们选择3ZB105-1320（OPI1800）柱塞泵并不是“大马拉小车”，而是全面的满足用户的需求。,典型案例分析,二、压裂泵车,车台柴油机,ALLISON传动箱,仪表及控制系统,3ZB-1490泵,“BENZ”4144 8X6,液气控制系统,YL105-1490型压裂车,传动路线,底盘柴油机,风扇冷却系统,全部动力由台上发动机提供,底盘和台上发动机同时驱动,卧式水箱布置方式,整机布置方式,立式水箱布置方式,液力端润滑系统,启动车台发动机后，系统自动开启液力端润滑系统。当变速箱换档开关置于刹车挡位置时，系统会自动切断液力端润滑系统气源，停止对盘根润滑。 液力端润滑循环使用功能，适应HSE要求。,动力端润滑系统,大泵润滑系统,
