李文維

小排量混砂增壓泵車的研制

李文維

（中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司，湖北 荊州 434023）

目前，油氣壓裂現(xiàn)場一般采用常規(guī)混砂車與壓裂車組合的形式，為連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備泵送攜砂液。但是，在實(shí)際作業(yè)過程中，由于常規(guī)混砂車設(shè)計(jì)排量和輸砂能力過大，無法精確配制出達(dá)到設(shè)計(jì)要求的低濃度攜砂液，此情況有可能造成作業(yè)失敗。同時(shí)，由于作業(yè)排量很小，常規(guī)壓裂車的最小排量一般也高于其要求。另外，作業(yè)時(shí)需配混砂車、壓裂車等多種作業(yè)設(shè)備，降低了設(shè)備的有效使用率。研發(fā)了一種高度集成、小排量、低砂濃度精確控制與增壓的特種作業(yè)設(shè)備，解決此難題，確保連續(xù)油管特種作業(yè)順利完成。

油氣壓裂；增壓泵車；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；高度集成

1 引言

隨著大斜度井水平井、多級(jí)分段壓裂技術(shù)的快速發(fā)展，連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)在油氣田勘探和開發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用。而連續(xù)油管作業(yè)時(shí)需要與其他設(shè)備配合使用。以連續(xù)油管噴砂射孔工藝為例，作業(yè)時(shí)需要配套設(shè)備為其配置攜砂液并提供泵送動(dòng)力，該攜砂液的砂濃度一般為10%左右，泵送排量范圍一般在50～500 L/min之間。實(shí)際作業(yè)時(shí)，由于常規(guī)混砂車設(shè)計(jì)排量和輸砂能力過大，無法精確配制出達(dá)到設(shè)計(jì)要求的低濃度攜砂液，該情況有可能造成作業(yè)失敗。同時(shí)，由于作業(yè)排量很小，常規(guī)壓裂車的最小排量一般也高于其要求。

2 技術(shù)方案

目前油氣壓裂現(xiàn)場一般采用常規(guī)混砂車與壓裂車組合的形式，為連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備泵送攜砂液。本文研制了一種高度集成、可實(shí)現(xiàn)小排量、低砂濃度精確控制與增壓的特種作業(yè)設(shè)備，可取代目前的作業(yè)方式，一臺(tái)設(shè)備就可為連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備泵送攜砂液。

2.1 整機(jī)布局

小排量混砂增壓泵車總布置如圖1所示，小排量混砂增壓泵車主要由底盤車、動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)軸、操作平臺(tái)、柱塞泵、混合罐、加砂罐、控制箱和液壓系統(tǒng)。整車的操作由液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

2.2 關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 動(dòng)力系統(tǒng)

動(dòng)力系統(tǒng)如圖2所示，動(dòng)力系統(tǒng)由車臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)、車臺(tái)傳動(dòng)箱、分動(dòng)箱、傳動(dòng)軸、液壓泵、散熱器和散熱器馬達(dá)構(gòu)成。分動(dòng)箱通過傳動(dòng)軸與車臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸前端連接，分動(dòng)箱的輸出口上安裝液壓泵，用于驅(qū)動(dòng)散熱器、混合裝置和輸砂裝置等，車臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)通過車臺(tái)傳動(dòng)箱和傳動(dòng)軸將發(fā)動(dòng)機(jī)一部分動(dòng)力傳輸至柱塞泵，為柱塞泵提供動(dòng)力。為使整機(jī)布局更緊湊、長度更短，采用臥室散熱器取代常規(guī)立式水箱布置，從而更有利于達(dá)到油田道路行駛要求，風(fēng)扇設(shè)置在散熱器的頂部，易損件如花鍵軸和帶座軸承等位于上端，便于拆卸、更換及維修。

1—底盤車；2—?jiǎng)恿ο到y(tǒng)；3—傳動(dòng)軸；4—操作平臺(tái)；5—柱塞泵；6—混合罐；7—加砂罐；8—控制系統(tǒng)；9—液壓系統(tǒng)。

1—分動(dòng)箱；2—液壓泵；3—傳動(dòng)軸；4—臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)；5—車臺(tái)傳動(dòng)箱；6—散熱器；7—散熱馬達(dá)。

2.2.2 加砂裝置

加砂系統(tǒng)如圖3所示，加砂裝置由排出管、砂罐、輸砂絞龍、減速機(jī)和馬達(dá)構(gòu)成，砂罐為W形罐底結(jié)構(gòu)，有2個(gè)出砂口，分別與2個(gè)水平安裝的輸砂絞龍連接，小輸砂量采用單輸砂絞龍，大輸砂量采用雙輸砂絞龍，通過采用大減速比的減速機(jī)加馬達(dá)的方式驅(qū)動(dòng)輸砂絞龍，保證小輸砂量輸砂控制更精準(zhǔn)。

1—排出管；2—砂罐；3—輸砂絞龍；4—減速機(jī)；5—馬達(dá)。

2.2.3 混合泵注系統(tǒng)

混合泵注系統(tǒng)由混合罐、進(jìn)液管路、排出離心泵吸入管、排出離心泵、吸入離心泵、排出離心泵排出管、柱塞泵吸入總管、柱塞泵以及柱塞泵高壓排出管匯構(gòu)成，吸入離心泵通進(jìn)液管路與混合罐相連，向混合罐供液，排出離心泵的吸入口通過排出離心泵吸入管與混合罐相連，排出離心泵通過排出離心泵排出管將混合罐內(nèi)的混合液增壓至柱塞泵吸入總管，從而向柱塞泵供液，經(jīng)柱塞泵加壓后的液體由柱塞泵高壓排出管匯泵至指定位置。散熱系統(tǒng)橇如圖4所示。

3 結(jié)論

通過多功能集成設(shè)計(jì)，研制出一種小排量混砂增壓泵車，滿足連續(xù)油管噴砂射孔作業(yè)工藝的低砂比精確輸砂和小排量高壓泵送要求，同時(shí)集加砂、混合、泵送功能于一體，具有良好的使用性能和經(jīng)濟(jì)性能，整機(jī)具有高度集成、轉(zhuǎn)彎半徑小、小排量輸砂精準(zhǔn)以及集成泵注功能的優(yōu)點(diǎn)，適合單機(jī)配合連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備泵送攜砂液。

1—混合罐；2—進(jìn)液管路；3—排出離心泵吸入管；4—排出離心泵；5—吸入離心泵；6—排出離心泵排出管；7—柱塞泵吸入總管；8—柱塞泵；9—柱塞泵排出管匯。

［1］袁旭軍，吳漢川.從我國壓裂市場現(xiàn)狀談大型壓裂機(jī)組的研制［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2010，32（3）：383-385.

［2］吳漢川.我國壓裂設(shè)備現(xiàn)狀及國產(chǎn)裝備研發(fā)目標(biāo)［J］.石油機(jī)械，2008，36（9）：154-158.

［3］李傳斌.2000型壓裂機(jī)車組技術(shù)性能評(píng)價(jià)［J］.長江大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，2（5）：77-79.

［4］江懷友.世界海洋油氣酸化壓裂技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.中外能源，2000，28（3）：53-56.

2095－6835（2020）10－0123－02

TE934.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.054

李文維（1988—），女，從事石油機(jī)械研發(fā)工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕