1、壓裂車的國內外現狀及發展機自四班蔣金超胡云鶴劉軍摘要：在近年油氣探明儲量中，低滲透儲量所占比例上升速度在逐年加大。低滲透油氣藏滲透率、孔隙度低，非均質性強，絕大多數油氣井必須實施壓裂增產措施后方見產能，壓裂增產技術在低滲透油氣藏開發中的作用日益明顯。相應的對于壓裂車要求就日趨增高，壓裂車的關鍵技術提高和發展也有所提高。分析了壓裂車的關鍵技術，提出解決方法以及國內外現狀和發展趨勢。關鍵詞：壓裂車技術關鍵優化改造發展趨勢壓裂車組的組成及特點壓裂車組是一種為了提高油井油氣層滲透率從而提高油、氣采收率而向地層壓注高壓液體、對地層進行加砂壓裂作業的設備，它將機械、電子、液壓、化工、環保等各領域的先進技術

2、模塊化集成在專用車底盤上，從而實現油氣田特定壓裂功能。通常1套壓裂車組由壓裂泵車多臺（510）、混砂車12臺、管匯車1臺、儀表車1臺等組成。國內外壓裂車組研發現狀美國是主要生產壓裂設備的國家，有哈里伯頓、道威爾-斯倫貝謝、B.J（BYEONJACKSON）公司、西方公司斯圖爾特-斯蒂紋森等公司。加拿大有戴爾公司，法國有道威爾公司。當前哈里伯頓公司的產品代表著世界先進水平。美國壓裂設備制造商依據壓裂施工工藝對壓裂設備的整體要求，按部件生產商提供的部件參數選購柴油機、壓裂泵、傳動箱、載重卡車等。除斯圖爾特-斯蒂紋森公司外，其他美國公司既從事設備制造，又從事工程技術服務。柱塞泵等關鍵部件是壓裂車組的

3、核心要素，國外市場上擁有高功率柱塞泵制造能力的企業僅有美國哈利伯頓、美國斯倫貝謝、美國SPM公司、美國加頓-丹佛以及OPI、FMCOFM、拜倫杰克遜等公司。哈利伯頓和斯倫貝謝的柱塞泵全部為自產自銷，不對外銷售；SPM和GardnerDenver是全球最主要的獨立柱塞泵供應商，年產能分別在900臺和300400臺；FMC的柱塞泵在中國區由杰瑞股份獨家代理；OFM規模相對較小，2010年產能在100臺。油田壓裂車屬高技術密集、資本密集專用設備制造產業，行業進入的技術與資本門檻高、資金投入大。現階段我國具有一定產能、專門針對老油井和頁巖氣（油）、煤層氣等油氣資源開采的專用壓裂車生產企業數量較少，全國

4、只有810家，規模化生產的企業目前有34家。主導品牌制造商如中國石化江漢石油管理局第四機械廠、煙臺杰瑞石油服務集團股份有限公司、蘭州通用機器制造有限公司、甘肅華騰石油機械制造有限公司、湖北中油科昊機械制造有限公司、勝利油田東星石油技術有限公司、蘭州礦場機械有限公司等。其他一些制造商如南陽二機石油裝備（集團）有限公司、河南南陽油田石油機械廠原產壓裂車主要適用于常規油氣田開采，近兩年也開始制定投資戰略，研制適合頁巖氣、頁巖油、煤層氣等特定工況環境壓裂車或機組設備。當前國內大部分市場份額被第四石油機械廠和杰瑞公司占據。這2家企業起步較早、技術積累多、產品知名度高，在國內壓裂、固井設備市場的產品數量上

5、占有優勢。第四石油機械廠能提供20002500馬力高功率壓裂成套設備，正在攻關3000型壓裂車組，年生產能力2025套，2011年底獲得美國100臺大型壓裂車定單。杰瑞公司能生產2500型以下壓裂成套設備，年生產能力為1218套。除在國內銷售外，還大量出口國外，約占年產量的30%。蘭州通用機器制造有限公司主要生產5001500馬力中小型壓裂設備。我國壓裂設備制造業雖然經過多年的發展，但由于基礎工業和配套條件的限制，自動化程度與國外產品有一定差距。引進美國技術生產的壓裂車，配置采用與國外相同的柴油機和傳動箱，輸出壓力相當。由于壓裂泵與載重車配置上有差異，我國總體技術指標與美國產品有一定差距。關鍵

6、技術1超壓保護功能針對機械設備而言，使設備始終運行在合理的工況是保護人員和設備安全的有效措施。因此超壓保護、超溫保護、過載保護等技術在油田設備中得到了大面積的推廣。其中，針對泵類特車開發的超壓保護技術已經成為這些高壓設備的標準配置。具體為：當作業壓力超過當前設定壓力，動力系統自動降低輸出功率或切斷動力。在老式壓裂車中，多數沒有超壓保護功能。在進行技改時，增加該功能有實際意義。但具體設備的配置不同，會有多種實施方案。以萬國雙機雙泵壓裂車為例：該車上裝發動機為DDC6V系列柴油機，傳動箱為ALLISON6061液力變速箱。其中,DDC6V系列柴油機油門控制方式為拉線控制,ALLISON6061液力

7、變速箱擋為手動或氣動控制，兩種部件均沒有電控功能。在此類產品中，均可用“電接點壓力表+繼電器+執行元件”的方案實現超壓保護的要求，但根據設備的實際情況的不同，執行元件的類型及控制點可以有多種實施方案。2更換發動機出于對成本的考慮，通常會使用國產機械調速發動機替代進口發動機，其調速形式為機械調速。由于調速形式的限制，當超壓信號發送后，系統無法自動降速。根據此項限制，可以在發動機進油路上增加一個燃油電磁閥，由配套繼電器控制。當繼電器接受到超壓信號時，控制燃油電磁閥動作，切斷燃油供給，使發動機熄火。4整機功能拓展隨著壓裂設備的裝機功率日益提高很多老式壓裂車在輸出功率上已不能滿足高壓大排量的注入要求。

8、雖然不能作為壓裂施工的主力裝備，但仍可完成套管平衡、試壓、碰壓等作業。在完成上述作業時，均要求設備以穩定壓力和小排量泵送液體，在老式壓裂車中基本都是通過調整針型閥開度、調整發動機轉速和變速箱擋位等三種手段實現。在實際作業中，這三種手段需要配合調整，不能僅依靠一種方法。因自動化程度較低，對于操作者的技術水平要求較高，且勞動強度大。5冷卻系統的自動控制在壓裂車中，安裝了多個由液壓系統驅動的冷卻器，分別用來冷卻發動機、變速箱、柱塞泵動力端中的液體。在現有設備中多數使用“定量泵+定量馬達”的形式來驅動風扇，即風扇轉速與定量泵的驅動轉速成正比，與系統被冷卻部件的溫度沒有關系。我國油藏分別較廣，由于地域的

9、不同，設備的冷卻要求也不盡相同。在高溫地區，要求冷卻氣流大，提升冷卻速度；低溫地區，則要求冷卻速度不能過快，否則會因冷卻油液在低溫下粘度增大，降低傳動效率，同時增大油耗。6柴油加熱器在車臺柴油機的前端裝有柴油加熱器，對車臺柴油機的冷卻液進行加熱。柴油加熱器通過主控臺上的開關開啟，加熱爐自帶水泵循環發動機冷卻液，同時對發動機油底殼進行加熱。待溫度達到要求后，需人工關閉電源，3min后加熱爐會自動停止工作。加熱器的進水和出水管線分別與發動機水道連接，進、出口均設有閥門。在啟動加熱裝置之前，必須開啟2個閥門與水道連通。加熱過程完成后，應將2個閥門關閉。油田壓裂車組控制系統的優化改造1功能設計優化在功

10、能方面，經過改造后，壓裂車組的自動控制系統應具有的基本功能有：數據實時監測功能和數據處理管理功能。控制系統硬件部分的核心是工業化控制一體機，通過采集數據、實時監測、狀態控制及顯示最后數據結果等步驟，最終實現整個系統的功能。控制系統的監控程序主要承擔著實時控制井下壓裂施工過程以及通過數據聯系保持與主控計算機的通信，主要由數據I/O模塊、光電隔離式數據傳感器模塊、網絡數據管理模塊和計算機系統等單元組成。控制系統軟件部分的核心是Windows操作系統，采用Delphi5開發完成，主要承擔著實現壓裂車組檔位轉換控制、轉速調整控制以及油門控制等功能。通過硬件與軟件系統的協同工作，從而實現了整個控制系統對

11、數據實時數據監測、管理與調整的功能，其數據的來源主要是通過對井下壓裂作業設計的各個參數進行的采集，與此同時還有完成即時報警輸出功能、數字與模擬信號互相轉換功能、控制數據輸出功能等，并將發動機、柱塞泵、減速器以及液壓系統等的控制信號全部集成到1939通訊協議之中，從而通過網絡數據進行控制。2系統原理與結構改進通過對國內外有關車組控制系統科學的設計思路以及先進的安裝與連線方式的學習與借鑒，考慮到壓裂車組控制系統繁復程度和獨立使用的要求，可以將整個控制系統劃分為幾個相互獨立又相互關聯的子系統。主要結構有：井下壓裂施工作業實時監測及調整系統、井下壓裂車組遠距離自動控制部分、井下混合砂礫車遠距離實時控制

12、系統、井下壓裂作業設計數據反饋與調整系統、超高壓自動保護系統、電源電路系統等。井下壓裂施工作業實時監測及調整系統承擔著對壓裂車組作業工程的實時監測，另外還裝置了專門的施工作業實時監督系統，并在控制中心通過顯示器數字化顯示出各個監控的參數；井下壓裂車組遠距離自動控制部分除了主要實現對壓裂車組作業的自動化控制，另外還將手動操作控制作業的功能保存了下來；井下混合砂礫車遠距離實時控制系統，在其操作面板上可以選擇手動或自動控制功能，可以完成對混砂車整套系統各個子單元的實時控制；井下壓裂作業設計數據反饋與調整系統的主要功能是錄入保存與調用轉換壓裂作業的各個設計參數；超高壓自動保護系統主要承擔著實時監控井下

13、壓裂作業過程當中管匯流體壓力的任務，一旦壓力超過設定值時壓裂車組立即轉換到空擋并進行剎車；電源電路系統為壓裂施工作業提供能量來源，并通過電路實現電能向各部分的傳遞。在壓裂車組控制系統功能實現過程中，要求系統的參數與作業實時監測到的數據要確保一致性與準確性，各子系統單元在實現自身功能的同時，相互之間也要有著一定的關聯性。為此，通過網絡分配裝置為每個聯機的電腦網卡分配地址，組成一個網絡系統。3功能執行機構優化油田壓裂車組控制系統實現其功能的執行機構主要包含有：車組油門調整機構、檔位轉換機構以及其它一些控制參數反饋調整裝置等。車組油門調整機構要設置有手動與自動兩種可供選擇的控制方式，并且通過計算機將

14、自動調節的控制程序和模式預先設置好，以使油門調節達到對油田壓裂車組系統各個發動機的最優控制效果。檔位轉換機構也要設置有手動與自動兩套可供選擇的操作模式，主要是通過編碼控制程序和頻率控制開關來實現對井下壓裂車各個檔位之間的轉換。控制參數反饋與調整裝置應該將對各個執行機構的控制模式預先編制好，通過計算機進行設置，從而實現自動控制。如果需要轉換到手動操作模式，則可以利用控制數據輸出模塊、對面板電位器進行調節來實現對現場執行機構的控制。我國壓裂車組發展趨勢在常規油田開采方面，未來推動壓裂車市場發展的驅動力主要是老油田（大慶、玉門、遼河等油田）的油氣穩產、增產要求，早期從國外引進的壓裂車組逐步進入退役階

15、段，其有效功率下降、部件故障率增高、操作控制系統技術落后，已經不能適應油田大型和超大型壓裂施工作業的要求，更新和配置新壓裂車組已成為各油田當務之急。隨著常規油田壓裂作業工作量大幅度增加，對壓裂施工的排量和壓力提出更大更高要求，動用壓裂設備頻次增加。穩定老油田的產能、提高采收率是國內石油企業的發展方向，壓裂增產作業是緩解老油田的開發衰竭、提高油田采收率的主要措施之一。因此，國內油田用戶對壓裂設備的需求將會持續增長，壓裂車組設備具有廣闊的市場前景。實踐證明，我國壓裂車組裝備制造業已經通過堅持不懈的自主技術創新取得了快速發展，并逐步追趕國際先進水平。在新的歷史機遇面前，必將繼續快步前行，不斷取得新的突破與進展。我們相信通過廣大科技人員的努力，一定能夠使我國壓裂車組設備的研發能力發生質的飛躍，建成集設計、研究、制造、服務于一體的國際化企業。發展我國壓裂設備制造業的建議(1)、積極研究國外產品和標準，制訂切實可行或與國際接軌的標準。(2)、按市場規則，逐漸形成壓裂設備制造公司和井下