肖勇

摘 要：結(jié)合海上油田小型壓裂工藝的要求，同時(shí)針對(duì)海上平臺(tái)空間受限的問題，研制了海上小型壓裂橇。該橇可以單機(jī)進(jìn)行施工作業(yè)，也可以多臺(tái)設(shè)備組成機(jī)組與其它設(shè)備實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)作業(yè)。本文簡(jiǎn)要闡述了小型壓裂橇的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能及總體技術(shù)參數(shù)等。

關(guān)鍵詞：壓裂橇；小型；海上；研制

中圖分類號(hào)： TE952 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）11-161-2

0 引言

隨著我國(guó)海洋油氣田開發(fā)力度的加大，海洋壓裂施工次數(shù)越來越多，需要的壓裂裝備也越來越多，但海上作業(yè)平臺(tái)空間有限，因此在滿足壓裂工藝要求的同時(shí)，對(duì)海洋壓裂裝備提出了更加多樣化、個(gè)性化的要求。針對(duì)上述要求研制了海上小型壓裂橇，該橇占用空間小，吊裝方便，并能實(shí)現(xiàn)比例混液以滿足不同的壓裂工藝對(duì)不同配比壓裂液的需求。海上小型壓裂橇主要用于海洋油氣田的各種酸化作業(yè)，也可以用于洗井、注水等作業(yè)。

1 總體方案

壓裂橇結(jié)構(gòu)緊湊、功能性強(qiáng)，由橇架、動(dòng)力系統(tǒng)、壓裂泵、計(jì)量罐總成、管匯系統(tǒng)、吊架總成、潤(rùn)滑系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。其總體布置如圖1所示。

2 主要部件及功能

2.1 動(dòng)力系統(tǒng)

整橇的動(dòng)力由一臺(tái)DDC S60發(fā)動(dòng)機(jī)提供，發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為525hp，額定轉(zhuǎn)速為2100r/min，變速箱采用Allison 4700變速箱，最大輸入功率447Kw，最高轉(zhuǎn)速2300r/min，最大扭矩2508N.m。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力通過液力變速箱和傳動(dòng)軸傳到壓裂泵動(dòng)力端，驅(qū)動(dòng)壓裂泵進(jìn)行工作。橇在工作的過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱會(huì)發(fā)熱，當(dāng)溫度過高時(shí)會(huì)影響其工作效率甚者損壞發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱，因此動(dòng)力系統(tǒng)配備有冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)由一套立式散熱器系統(tǒng)和一套油水熱交換器系統(tǒng)組成。為滿足海上作業(yè)設(shè)備的防腐要求，本橇的燃油箱采用不銹鋼（316L）材質(zhì)。同時(shí)為了節(jié)省動(dòng)力系統(tǒng)的安裝空間，分別將消音器和空氣濾清器安裝在吊架總成和計(jì)量罐總成上。

2.2 管匯系統(tǒng)

為滿足壓裂施工的排量要求，吸入管匯主管路采用4″不銹鋼管，并配有4個(gè)吸入口，其中有2個(gè)吸入口為了方便從橇外液罐吸液，分別布置在橇的尾部和側(cè)面，同時(shí)在吸入口處裝有4″手動(dòng)蝶閥進(jìn)行控制。為了方便對(duì)柱塞泵的吸入流量進(jìn)行計(jì)量，在橇尾部的吸入口一側(cè)裝有4″電磁流量計(jì)。另外還有2個(gè)吸入口分別與橇上計(jì)量罐兩室相連，在吸入口處裝有4″氣動(dòng)蝶閥進(jìn)行控制，計(jì)量罐兩個(gè)艙室的液體可以單獨(dú)或同時(shí)供給壓裂泵。

排出管匯配備有耐震壓力表、壓力傳感器、2″旋塞閥、高壓三通、高壓彎頭以及機(jī)械式安全閥等，有雙重安全保護(hù)裝置（機(jī)械式安全閥和壓力傳感器），自動(dòng)超壓保護(hù)裝置采用電控形式，施工作業(yè)前根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的壓力需要設(shè)定壓力保護(hù)值，當(dāng)實(shí)際工作壓力超過設(shè)定值時(shí)，超壓保護(hù)裝置給出控制信號(hào)，并在控制箱上出現(xiàn)超壓報(bào)警，柴油機(jī)根據(jù)控制信號(hào)自動(dòng)回到怠速狀態(tài)，并使變速箱回空檔。當(dāng)超壓設(shè)定解除后，可以重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和壓裂泵進(jìn)行工作；機(jī)械超壓保護(hù)安全閥是根據(jù)壓裂泵橇的最高工作能力予先設(shè)定最高壓力保護(hù)值，在自動(dòng)超壓保護(hù)裝置失靈的情況下，工作壓力達(dá)到設(shè)備最高壓力的情況下，機(jī)械式安全閥卸壓，起到安全保護(hù)的功能，雙重安全保護(hù)裝置確保了設(shè)備及人員安全。排出管匯一側(cè)接入橇上計(jì)量罐，當(dāng)關(guān)閉另一側(cè)旋塞閥時(shí)，可以通過壓裂泵將橇外儲(chǔ)存的液體注入計(jì)量罐的某一艙室或同時(shí)注入兩個(gè)艙室。

2.3 計(jì)量罐總成

計(jì)量罐分為2個(gè)室，總?cè)莘e為3m3（800gal），每室1.5m3。計(jì)量罐內(nèi)置不銹鋼液位尺，用加侖單位標(biāo)注，可以計(jì)量液體的容積和排量。計(jì)量罐兩室的進(jìn)液和排液可以通過4″氣動(dòng)蝶閥方便的實(shí)現(xiàn)分別控制：即液體可以只進(jìn)其中某一個(gè)艙室，也可同時(shí)進(jìn)入兩個(gè)艙室；同樣，兩個(gè)艙室的液體可以單獨(dú)供給壓裂泵，也可以同時(shí)供給壓裂泵。計(jì)量罐設(shè)有溢流管匯，當(dāng)注入計(jì)量罐的液體快要溢出時(shí)，多出的液體會(huì)通過溢流管匯流回地面儲(chǔ)液罐，使計(jì)量罐的液位一直維持在最高安全液位以下。溢流管匯的設(shè)置能有效防止因液體溢出計(jì)量罐造成電器元件損壞問題的發(fā)生。計(jì)量罐側(cè)邊設(shè)有伸縮式小平臺(tái)，方便施工過程中觀察液位。

2.4 壓裂泵

壓裂泵是一種往復(fù)、容積式、單作用柱塞泵，可廣泛地用于間歇式酸化、固井、壓裂等作業(yè)。該泵由動(dòng)力端總成、減速器和液力端總成組成，柱塞直徑3″（76.2mm）（根據(jù)不同壓裂工藝的要求，柱塞直徑可選用3″、3.5″、4″、4.5″四種不同規(guī)格）。減速器根據(jù)柱塞泵不同的安裝位置有多種安裝形式。動(dòng)力端中曲軸、十字頭套筒和活塞銷上的所有軸承均通過潤(rùn)滑油潤(rùn)滑；液力端為鍛鋼整體式結(jié)構(gòu)，配置有易于拆卸的吸入凡爾和排出凡爾、可換式凡爾及凡爾座、表面噴涂有耐磨材料的柱塞和可拆卸的盤根盒。

2.5 操作控制系統(tǒng)

壓裂橇的操作控制通過機(jī)旁控制箱或遠(yuǎn)控箱進(jìn)行?？刂葡洌ㄟh(yuǎn)控箱）對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制主要包括：發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、油門增減、停機(jī)和緊急停機(jī)等，同時(shí)有發(fā)動(dòng)機(jī)高水溫、低油壓故障指示燈和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速顯示等；對(duì)液力變速箱的的控制主要包括：變速箱換擋、閉鎖和解鎖操作；同時(shí)顯示液力變速箱閉鎖狀態(tài)以及對(duì)液力變速箱高油溫低油壓故障指示燈和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示等；對(duì)壓裂泵的控制主要是通過設(shè)置壓裂泵最高工作壓力值來控制壓裂泵工作壓力，同時(shí)在控制箱上顯示壓裂泵的工作壓力和工作排量，并能顯示壓裂泵潤(rùn)滑油壓和潤(rùn)滑油溫等故障報(bào)警和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示等。

當(dāng)壓裂橇多臺(tái)組成機(jī)組與其它設(shè)備聯(lián)機(jī)作業(yè)時(shí)，每臺(tái)設(shè)備通過數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接，設(shè)備之間相互串聯(lián)形成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，各臺(tái)設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱、壓裂泵等信號(hào)和數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向傳遞，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3 主要技術(shù)參數(shù)

選用3″柱塞時(shí)，最大排量：945L/min（清水），最高排出壓力：97 MPa；選用4.5″柱塞時(shí)，最大排量：2115L/min（清水），最高排出壓力44MPa，整橇外形尺寸：（5850×2500×2150）mm，整橇總重：9500kg。

4 結(jié)束語(yǔ)

該壓裂橇整體布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊，操作、維護(hù)方便，在滿足海洋油田中小型壓裂工藝的同時(shí)減少了設(shè)備的空間占有量，減輕了質(zhì)量，更好的適應(yīng)了現(xiàn)在海洋壓裂施工對(duì)設(shè)備的要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 雷剛，王啟中，許亞彬，楊江虎.2000型海洋壓裂橇組的研制[J]，石油機(jī)械，2011，39（7）：22-24.

[2] 朱小軍.油氣田橇裝裝置橇座制作分析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2013，21：194-195.

[3] 杜煥昌.海上平臺(tái)用撬塊特點(diǎn)及開發(fā)方法[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013，6月（上）：111.