海上小型壓裂橇的研制

肖勇

摘 要：結(jié)合海上油田小型壓裂工藝的要求，同時針對海上平臺空間受限的問題，研制了海上小型壓裂橇。該橇可以單機進行施工作業(yè)，也可以多臺設(shè)備組成機組與其它設(shè)備實現(xiàn)聯(lián)機作業(yè)。本文簡要闡述了小型壓裂橇的結(jié)構(gòu)特點、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： TE952 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）11-161-2

0 引言

隨著我國海洋油氣田開發(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)平臺空間有限，因此在滿足壓裂工藝要求的同時，對海洋壓裂裝備提出了更加多樣化、個性化的要求。針對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，并能實現(xiàn)比例混液以滿足不同的壓裂工藝對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，由橇架、動力系統(tǒng)、壓裂泵、計量罐總成、管匯系統(tǒng)、吊架總成、潤滑系統(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 動力系統(tǒng)

整橇的動力由一臺DDC S60發(fā)動機提供，發(fā)動機額定功率為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)動機產(chǎn)生的動力通過液力變速箱和傳動軸傳到壓裂泵動力端，驅(qū)動壓裂泵進行工作。橇在工作的過程中，發(fā)動機和變速箱會發(fā)熱，當溫度過高時會影響其工作效率甚者損壞發(fā)動機和變速箱，因此動力系統(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)。同時為了節(jié)省動力系統(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個吸入口，其中有2個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，同時在吸入口處裝有4″手動蝶閥進行控制。為了方便對柱塞泵的吸入流量進行計量，在橇尾部的吸入口一側(cè)裝有4″電磁流量計。另外還有2個吸入口分別與橇上計量罐兩室相連，在吸入口處裝有4″氣動蝶閥進行控制，計量罐兩個艙室的液體可以單獨或同時供給壓裂泵。

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、高壓彎頭以及機械式安全閥等，有雙重安全保護裝置（機械式安全閥和壓力傳感器），自動超壓保護裝置采用電控形式，施工作業(yè)前根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的壓力需要設(shè)定壓力保護值，當實際工作壓力超過設(shè)定值時，超壓保護裝置給出控制信號，并在控制箱上出現(xiàn)超壓報警，柴油機根據(jù)控制信號自動回到怠速狀態(tài)，并使變速箱回空檔。當超壓設(shè)定解除后，可以重新啟動發(fā)動機和壓裂泵進行工作；機械超壓保護安全閥是根據(jù)壓裂泵橇的最高工作能力予先設(shè)定最高壓力保護值，在自動超壓保護裝置失靈的情況下，工作壓力達到設(shè)備最高壓力的情況下，機械式安全閥卸壓，起到安全保護的功能，雙重安全保護裝置確保了設(shè)備及人員安全。排出管匯一側(cè)接入橇上計量罐，當關(guān)閉另一側(cè)旋塞閥時，可以通過壓裂泵將橇外儲存的液體注入計量罐的某一艙室或同時注入兩個艙室。

2.3 計量罐總成

計量罐分為2個室，總?cè)莘e為3m3（800gal），每室1.5m3。計量罐內(nèi)置不銹鋼液位尺，用加侖單位標注，可以計量液體的容積和排量。計量罐兩室的進液和排液可以通過4″氣動蝶閥方便的實現(xiàn)分別控制：即液體可以只進其中某一個艙室，也可同時進入兩個艙室；同樣，兩個艙室的液體可以單獨供給壓裂泵，也可以同時供給壓裂泵。計量罐設(shè)有溢流管匯，當注入計量罐的液體快要溢出時，多出的液體會通過溢流管匯流回地面儲液罐，使計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量罐造成電器元件損壞問題的發(fā)生。計量罐側(cè)邊設(shè)有伸縮式小平臺，方便施工過程中觀察液位。

2.4 壓裂泵

壓裂泵是一種往復、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。動力端中曲軸、十字頭套筒和活塞銷上的所有軸承均通過潤滑油潤滑；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旁控制箱或遠控箱進行?？刂葡洌ㄟh控箱）對發(fā)動機的控制主要包括：發(fā)動機啟動、油門增減、停機和緊急停機等，同時有發(fā)動機高水溫、低油壓故障指示燈和實時數(shù)據(jù)顯示、發(fā)動機轉(zhuǎn)速顯示等；對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；同時顯示液力變速箱閉鎖狀態(tài)以及對液力變速箱高油溫低油壓故障指示燈和實時數(shù)據(jù)顯示等；對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，并能顯示壓裂泵潤滑油壓和潤滑油溫等故障報警和實時數(shù)據(jù)顯示等。

當壓裂橇多臺組成機組與其它設(shè)備聯(lián)機作業(yè)時，每臺設(shè)備通過數(shù)據(jù)線進行連接，設(shè)備之間相互串聯(lián)形成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，各臺設(shè)備的發(fā)動機、傳動箱、壓裂泵等信號和數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進行雙向傳遞，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3 主要技術(shù)參數(shù)

選用3″柱塞時，最大排量：945L/min（清水），最高排出壓力：97 MPa；選用4.5″柱塞時，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

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

參 考 文 獻

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