劉艷榮

（四機(jī)賽瓦石油鉆采設(shè)備有限公司，湖北 荊州 434024）

隨著科技水平的不斷提升，對頁巖氣的開發(fā)程度也在不斷增大。為了能夠更好的對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)，對壓裂裝備的節(jié)能減排以及維護(hù)成本等方面都具有了更加嚴(yán)格的要求。因此，利用電力對頁巖氣壓裂規(guī)模進(jìn)行開發(fā)與分析會成為一種新的發(fā)展方向。

1 基于電力開展壓力工程的需求分析

1.1 開發(fā)背景及需求

我國在西南地區(qū)對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)的主要原因是因?yàn)槲髂系貐^(qū)具有較發(fā)達(dá)的電力資源，能夠提供充足的電力基礎(chǔ)供電力規(guī)模應(yīng)用進(jìn)行使用。在建設(shè)大功率電網(wǎng)時(shí)，一定要具有統(tǒng)一的管理和規(guī)劃，使其能夠?qū)λ衅脚_進(jìn)行覆蓋，并能夠使多個(gè)鉆井與壓裂平臺共同進(jìn)行施工。當(dāng)單井的產(chǎn)量較低時(shí)，要對規(guī)劃好的頁巖氣產(chǎn)能進(jìn)行建設(shè)與完成時(shí)，如果在施工過程中采取常規(guī)的壓裂與鉆井方式，就沒有辦法使氣田的效益得到充分開發(fā)。因此，為了可以給氣田的經(jīng)濟(jì)開發(fā)提供相應(yīng)的保障，就需要在開展壓裂工程時(shí)應(yīng)用電動化技術(shù)，且使頁巖氣的開發(fā)成本得到降低。

1.2 電動壓裂技術(shù)進(jìn)展

（1）國外裝備應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。

電動壓裂裝備是電力開展頁巖氣壓裂的關(guān)鍵技術(shù)。近幾年，國外公司對電動壓裂裝備進(jìn)行開展與研發(fā)的行為比較普及化，推出了較多類型的電動拖車，例如單機(jī)單泵電動拖車、雙機(jī)雙泵電動拖車等，并逐漸的在工業(yè)應(yīng)用中投入使用。不僅如此，國外在對電動壓裂裝備進(jìn)行研制時(shí)，所采取的壓裂泵都是通過市場考驗(yàn)成功的并且技術(shù)比較成熟。國外在對電動壓裂裝備進(jìn)行推廣應(yīng)用時(shí)，是把配液、混砂等裝備與電動壓裂拖車配置相結(jié)合共同進(jìn)行工作的。但由于國外不具備充足的電力容量，就無法大規(guī)模的對電動壓裂裝備進(jìn)行應(yīng)用。

（2）國內(nèi)裝備應(yīng)用與技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀。我國根據(jù)開發(fā)頁巖氣時(shí)的作業(yè)工況，成功的研制出了首臺電動壓裂泵橇并在工業(yè)中進(jìn)行應(yīng)用，在較多地區(qū)都進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)型作業(yè)，但由于壓裂泵的沖刺高度較高，就會導(dǎo)致容易受損部件的壽命較短和吸水管吸水困難等問題出現(xiàn)，這就需要對其進(jìn)行進(jìn)一步完善。研制出的新一代電動壓裂泵橇對之前所存在的問題進(jìn)行了妥善解決，對其進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，并使作業(yè)效果獲得了初步的認(rèn)可與驗(yàn)證。我國電動壓裂裝備的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，包括雙泵、單泵等一系列裝備，并用電動混配、電動混砂等與電動壓裂裝備進(jìn)行配套使用，從而使整個(gè)施工過程能夠順利進(jìn)行。

2 電動壓裂裝備配置研究

2.1 壓裂工程對裝備的相關(guān)要求

西南頁巖氣區(qū)域所具有的地質(zhì)條件是比較復(fù)雜的，其具有的典型作業(yè)工況是通過超高壓連續(xù)長時(shí)間進(jìn)行得到的。在工程前期，利用拉鏈?zhǔn)诫妷耗Ｊ綄μ骄M(jìn)行預(yù)測，并得出準(zhǔn)確的排量和施工壓力。對此區(qū)塊進(jìn)行預(yù)測，可以發(fā)現(xiàn)它的開發(fā)難度相對來說是較大的。因此，為了能夠使施工作業(yè)的安全得到保障以及使施工風(fēng)險(xiǎn)得到降低，就需要使壓裂裝備的儲備能力和數(shù)量進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾?。與此同時(shí)，還要按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，對水馬力、壓力等級以及功率儲備等進(jìn)行嚴(yán)格要求。

對壓裂工程來說，需要具備一套完整的壓裂裝備，既要有主壓裝備，也要擁有輔助裝備與之進(jìn)行配套使用。當(dāng)用成套的電動裝備進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，不僅可以使作業(yè)安全得到一定的保證，還可以使獲得經(jīng)濟(jì)利益得到增加。不僅如此，電動裝備具有壓力裝備自動控制、安全閥緊急關(guān)斷以及壓力保護(hù)等特點(diǎn)。

2.2 電動壓裂的主要裝備

（1）電動壓裂泵橇。電動壓裂在施工時(shí)具有的核心裝備是電動壓裂泵橇，所采取的結(jié)構(gòu)模式是單機(jī)單泵，其作用主要是對高壓進(jìn)行泵送并使其輸出水功率達(dá)到最大限度。

（2）VFD 變頻控制房。VFD 變頻控制房的作用主要是對輔助裝備電機(jī)或壓力泵的變頻進(jìn)行控制及調(diào)速，使其能夠輸出不同的排量。其是利用多脈波整流技術(shù)進(jìn)行工作，不僅能夠使裝備的諧波得到相應(yīng)的保障，還能夠?qū)尤腚娋W(wǎng)時(shí)需要達(dá)到要求進(jìn)行滿足。

（3）電動混砂裝備?；焐白鳂I(yè)是利用電動混砂裝備來完成的，把柴油機(jī)用電機(jī)進(jìn)行替代后進(jìn)行下一步工作，其所采取的作業(yè)模式為雙混雙排。在進(jìn)行操作時(shí)要對其配置兩套獨(dú)立的混排系統(tǒng)，這樣如果當(dāng)一套系統(tǒng)在操作中出現(xiàn)故障時(shí)可以用另一套混排系統(tǒng)進(jìn)行替代，從而可以保證其工作能夠正常運(yùn)行。

（4）電動混配裝備。電動連續(xù)混配壓裂橇可有效的保證連續(xù)混配壓裂施工作業(yè)的裝備，有效的解決了目前壓裂行業(yè)配液工序繁瑣、占地面積大以及不能實(shí)現(xiàn)即混即用等問題。

（5）油電混控儀表橇。油電混控儀表橇是一種可適用于油田壓裂工況的信息處理中心，按功能可分為電動壓裂控制系統(tǒng)、柴驅(qū)壓裂控制系統(tǒng)、電動混砂控制系統(tǒng)、電動混配控制系統(tǒng)、分級報(bào)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)、機(jī)組無線控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)等，各系統(tǒng)之間可實(shí)現(xiàn)信息的相互傳輸和共享，是一個(gè)相互聯(lián)系、相互作用的統(tǒng)一整體，通過信息的集中處理能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并提出問題的解決方案。

3 電力開展頁巖氣壓裂規(guī)模應(yīng)用分析

3.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

3.1.1 技術(shù)參數(shù)對比

電動壓裂裝備具有兩種結(jié)構(gòu)模式，一種是雙泵模式，另一種是單泵模式。由于雙泵結(jié)構(gòu)模式是由兩臺壓裂泵組成的，所以在相同的功率下雙泵模式的壓裂泵產(chǎn)生的沖刺高度是較低的。應(yīng)用單泵結(jié)構(gòu)模式，可以使閥、泵頭體等易損配件的壽命得到有效延長，從而使對泵進(jìn)行檢查的頻率得到降低。雖然說這兩種結(jié)構(gòu)模式的電動壓力泵在進(jìn)行沖刺時(shí)得到的沖刺程度相差不多，總體來看單泵結(jié)構(gòu)的效果更好，因?yàn)槠渚哂谐叽缧∨c集成化程度高等特點(diǎn)。但從壓裂工程的角度來看，目前所采取的電動壓裂泵結(jié)構(gòu)大多數(shù)都是雙泵結(jié)構(gòu)，主要是因?yàn)槠湓O(shè)備在失效時(shí)對系統(tǒng)的影響程度是較低的。

3.1.2 經(jīng)濟(jì)性對比

（1）施工井場的面積。隨著科技水平的不斷發(fā)展，單機(jī)功率也在不斷的進(jìn)行提升，使壓力工程中所需要的作業(yè)裝配數(shù)量不斷減少。在壓裂工程不對輔助裝備進(jìn)行考慮時(shí)進(jìn)行施工，就需要配置一臺常規(guī)的壓裂機(jī)組來與電動壓裂機(jī)組形成對比，并根據(jù)施工的面積來確定壓裂車的數(shù)量，盡可能的減少占地面積。

（2）裝備的購置成本。在對電動橇裝壓裂機(jī)組進(jìn)行購置時(shí)所需要的購置費(fèi)要比常規(guī)的壓裂車組的費(fèi)用成本低一半左右，這主要是因?yàn)殡妱忧裂b壓裂機(jī)組中的壓裂泵功率得到了有效的提升，從而使需要購買裝備配置的數(shù)量不斷減少。因此，在對此類裝備進(jìn)行購買時(shí)，不僅可以使購置成本降低，還可以使壓力工程的施工效率得到有效提升。

（3）施工的使用成本。與常規(guī)的壓裂機(jī)組進(jìn)行比較，全電動壓裂機(jī)組與混動壓裂機(jī)組的使用成本都是比較低的，但相對而言全電動壓裂機(jī)組的使用成本是最低的。當(dāng)對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)時(shí)，選取全電動壓力機(jī)組可以使預(yù)期的施工使用成本節(jié)省一大部分。

（4）節(jié)能減排。隨著社會的不斷發(fā)展，對空氣質(zhì)量的要求也變得愈加嚴(yán)格了。利用電力對頁巖氣進(jìn)行開發(fā)是十分綠色與環(huán)保的。以往在使用常規(guī)的壓裂機(jī)組進(jìn)行工作時(shí)，所產(chǎn)生的一氧化氮和二氧化氮的排放量是較大的，但應(yīng)用電動壓裂機(jī)組后就可以使這些有害氣體達(dá)成零排放。不僅如此，還可以使施工現(xiàn)場的噪聲得到一定程度的減弱。

4 結(jié)語

綜上所述，利用電力對頁巖氣壓裂規(guī)模進(jìn)行開展，具有較強(qiáng)的可行性。不僅可以使施工和投資風(fēng)險(xiǎn)得到降低，還可以實(shí)現(xiàn)綠色開發(fā)。因此，不斷的對其進(jìn)行分析與推廣，使其在施工時(shí)變得更加標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，這為今后開展頁巖氣壓裂規(guī)模來說提供了一定的技術(shù)保障。