電驅(qū)混砂設(shè)備工業(yè)應(yīng)用探討
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摘要：在以頁巖氣開發(fā)為代表的大排量非常規(guī)壓裂施工中，成套壓裂裝備的大型化、電動化、智能化發(fā)展趨勢愈加明顯，大型電驅(qū)混砂設(shè)備作為大型電驅(qū)成套壓裂裝備中的關(guān)鍵設(shè)備，在具備超大排量的能力基礎(chǔ)上，其作業(yè)的穩(wěn)定性、安全性同樣重要，針對中石化四機(jī)公司生產(chǎn)的HSQ40電驅(qū)混砂橇的工業(yè)試驗(yàn)進(jìn)行介紹和分析，并對電驅(qū)混砂設(shè)備的發(fā)展趨勢進(jìn)行一定的分析判斷。
關(guān)鍵詞：電驅(qū)混砂設(shè)備;工業(yè)試驗(yàn);頁巖氣開采;發(fā)展趨勢
隨著目前石油勘探開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，以頁巖氣為首的非常規(guī)油氣開采將逐漸成為我國油氣開采中的重點(diǎn)工程，針對頁巖氣開發(fā)的一系列工程難點(diǎn)，尤其在目前國家對環(huán)保嚴(yán)格要求的大形勢下，大型電驅(qū)成套壓裂設(shè)備在頁巖氣的開采中逐漸取代柴驅(qū)設(shè)備成為頁巖氣開采的主力設(shè)備已成定局。而大型電驅(qū)混砂設(shè)備作為大型成套壓裂裝配的核心設(shè)備，其設(shè)備的穩(wěn)定性、安全性、可靠性需要得到足夠的保證，而我國自主研發(fā)的HSQ40電驅(qū)混砂橇的首次工業(yè)試驗(yàn)，則是大型電驅(qū)壓裂裝備發(fā)展的一個里程碑，通過混砂橇首次工業(yè)試驗(yàn)的應(yīng)用結(jié)果來分析，可對目前以及今后電驅(qū)壓裂施工的發(fā)展方向有一定的判斷。
1大型電驅(qū)混砂設(shè)備及試驗(yàn)背景介紹
1.1大型電驅(qū)混砂設(shè)備
HSQ40電驅(qū)混砂橇是采用兩套供液泵+兩套混排罐的模式，兩套系統(tǒng)從電機(jī)到液壓系統(tǒng)，以及輔助的液添、干添系統(tǒng)等都是各自獨(dú)立的。其電驅(qū)模式為液壓站+電機(jī)結(jié)合的模式，供液泵由變頻電機(jī)直驅(qū)，混排罐、輸砂器等仍由液壓馬達(dá)驅(qū)動。該混砂橇核心部件為混排一體罐，它替代傳統(tǒng)的混合罐＋排出砂泵的結(jié)構(gòu)形式，混排合一，既簡化設(shè)備配置又增強(qiáng)了砂液混合能力；混砂橇智能化的制造標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在所有部件均為遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)了混砂設(shè)備無需本地操作的工作形式，這一點(diǎn)與壓裂泵注設(shè)備的智能化發(fā)展相一致。此電驅(qū)混砂橇的最大清水排量達(dá)到40m3/min，在實(shí)際操作中可以進(jìn)行“雙混雙排”或者“單混單排”，“雙混雙排”即兩套供液泵與混排罐同時工作，實(shí)現(xiàn)超大排量的壓裂液泵注，“單混單排”即為一用一備，可將HSQ40混砂橇看成兩臺HSQ20混砂橇，如一套在使用時出現(xiàn)故障，可以馬上切換為另一套，可以避免因設(shè)備故障而產(chǎn)生的壓裂生產(chǎn)損失，也實(shí)現(xiàn)了混砂設(shè)備一備一用的工作標(biāo)準(zhǔn)流程。
1.2工業(yè)試驗(yàn)背景介紹
此臺HSQ40電驅(qū)混砂橇的工業(yè)試驗(yàn)地點(diǎn)位于重慶某頁巖井，該井水平段長度約為1200m，其主要壓裂設(shè)計參數(shù)表如下所示。該頁巖水平井總共分為16段，壓裂周期約為5～7天左右，在進(jìn)行充分的調(diào)試后，HSQ40混砂橇即將開始進(jìn)行初次工業(yè)試驗(yàn)。
2工業(yè)試驗(yàn)關(guān)鍵過程
2.1試驗(yàn)準(zhǔn)備過程
HSQ40電驅(qū)混砂橇根據(jù)井場的布置安排擺放，混砂橇與砂罐比鄰，便于輸砂；混砂橇兩套吸入泵分別通過8寸和6寸的主管線與液罐連接，兩套混排罐接口分別連接8寸主管線和4寸分管線，且4寸分管線最終并入8寸主管線；混砂橇的供電電源為10KV的高壓電，經(jīng)過配電房的變壓接入；混砂橇的控制通過配置的控制屏來實(shí)現(xiàn)，因數(shù)據(jù)線輥的長度問題，無法在儀表車中操作，操作地點(diǎn)移至配電房的操作室中；混砂橇在清水試驗(yàn)中為7臺2500型壓裂車和3臺6000型電驅(qū)壓裂橇供液，平均排量5~7m3/min。
2.2施工過程
混砂橇在施工中的操作內(nèi)容，主要是控制排出壓力、排量、砂量，均是通過控制吸入泵轉(zhuǎn)速、混排罐轉(zhuǎn)速、輸砂絞龍轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)混砂工藝的控制。電驅(qū)混砂橇的核心部件混排一體罐，同時承擔(dān)砂液混合和增壓的作用，由于罐體體積較小，所以控制混排罐的攪拌轉(zhuǎn)速需要極為精細(xì)靈敏，否則極易造成罐體攜砂液漫灌或者罐體內(nèi)空轉(zhuǎn)，一旦漫灌或者罐體內(nèi)部空轉(zhuǎn)，都將對設(shè)備造成一定的損傷，一套精細(xì)化、智能化、規(guī)范化的控制系統(tǒng)極其重要，控制系統(tǒng)的開發(fā)和測試將會是智能化混砂設(shè)備發(fā)展的重點(diǎn)工作，隨著這次的SHQ40電驅(qū)混砂橇初次工業(yè)試驗(yàn)的圓滿成果，可以預(yù)測到該設(shè)備具備的強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢。施工過程中，電驅(qū)混砂橇的噪聲相比于柴驅(qū)混砂設(shè)備要下降約30%，這樣作業(yè)的時間就可以相應(yīng)的增加，同時也改善了現(xiàn)場工作人員的工作環(huán)境。電驅(qū)混砂設(shè)備的主要噪音來自于電機(jī)和液壓散熱器，后期可在技術(shù)層面上進(jìn)一步的降噪，改善油田作業(yè)環(huán)境，增加施工作業(yè)時間。電驅(qū)設(shè)備的施工成本相比于柴驅(qū)設(shè)備低40%，但考慮到前期網(wǎng)電鋪設(shè)的成本，小規(guī)模的油氣田可能在前期的投入成本上會有劣勢，但對于規(guī)模較大的頁巖氣井來說，一個平臺的壓裂段數(shù)越多，電驅(qū)設(shè)備的均攤成本越低。所以電驅(qū)設(shè)備在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢體現(xiàn)在大規(guī)模頁巖氣井的施工上。該工業(yè)試驗(yàn)的整個施工作業(yè)持續(xù)時間為6天，施工總液量為34000余方，總砂量1300余方，HSQ40電驅(qū)混砂橇在施工過程中總體運(yùn)行平穩(wěn)。通過工業(yè)試驗(yàn)證明，電驅(qū)混砂橇可較好的應(yīng)用于頁巖氣壓裂施工中。
2.3試驗(yàn)總結(jié)
在HSQ40電驅(qū)混砂撬工業(yè)試驗(yàn)的過程及結(jié)果可以明確方向是：電驅(qū)設(shè)備相比于柴驅(qū)設(shè)備在頁巖氣井的開發(fā)中具有明顯的優(yōu)勢，更加環(huán)保，更加經(jīng)濟(jì)。但由于前期網(wǎng)電的投入成本較大，目前對于不具備一定規(guī)模的油氣田來說，可能成本的問題還是制約電驅(qū)設(shè)備推廣的主要因素。
3結(jié)束語
作為大型電驅(qū)混砂設(shè)備的代表作之一的HSQ40電驅(qū)混砂橇，其良好的工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果，讓國產(chǎn)電驅(qū)成套壓裂裝配的發(fā)展完成最后的拼圖，其兩套供液泵+兩套混排罐的模式，即可滿足超大排量的要求，又可在中等排量規(guī)模的壓裂施工中扮演一備一用的角色，有效減輕設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷。后續(xù)的發(fā)展趨勢在于如何進(jìn)一步提升電驅(qū)混砂設(shè)備的可靠性，進(jìn)一步的加強(qiáng)施工現(xiàn)場的環(huán)保工作，進(jìn)一步簡化現(xiàn)場的操作流程，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場智能化、無人化的工作狀態(tài)。綠色、智能、可靠這些將是長期圍繞電驅(qū)成套壓裂裝備的主題。
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作者：陳衛(wèi)東 單位：中國石化江漢石油工程有限公司井下測試公司
