小排量混砂增壓泵車的研制

李文維

小排量混砂增壓泵車的研制

李文維

（中石化四機石油機械有限公司，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，在實際作業(yè)過程中，由于常規(guī)混砂車設(shè)計排量和輸砂能力過大，無法精確配制出達到設(shè)計要求的低濃度攜砂液，此情況有可能造成作業(yè)失敗。同時，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；高度集成

1 引言

隨著大斜度井水平井、多級分段壓裂技術(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)時需要配套設(shè)備為其配置攜砂液并提供泵送動力，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。實際作業(yè)時，由于常規(guī)混砂車設(shè)計排量和輸砂能力過大，無法精確配制出達到設(shè)計要求的低濃度攜砂液，該情況有可能造成作業(yè)失敗。同時，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、動力系統(tǒng)、傳動軸、操作平臺、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)實現(xiàn)。

2.2 關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)如圖2所示，動力系統(tǒng)由車臺發(fā)動機、車臺傳動箱、分動箱、傳動軸、液壓泵、散熱器和散熱器馬達構(gòu)成。分動箱通過傳動軸與車臺發(fā)動機曲軸前端連接，分動箱的輸出口上安裝液壓泵，用于驅(qū)動散熱器、混合裝置和輸砂裝置等，車臺發(fā)動機通過車臺傳動箱和傳動軸將發(fā)動機一部分動力傳輸至柱塞泵，為柱塞泵提供動力。為使整機布局更緊湊、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—動力系統(tǒng)；3—傳動軸；4—操作平臺；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—分動箱；2—液壓泵；3—傳動軸；4—臺發(fā)動機；5—車臺傳動箱；6—散熱器；7—散熱馬達。

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、減速機和馬達構(gòu)成，砂罐為W形罐底結(jié)構(gòu)，有2個出砂口，分別與2個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加馬達的方式驅(qū)動輸砂絞龍，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；5—馬達。

2.2.3 混合泵注系統(tǒng)

混合泵注系統(tǒng)由混合罐、進液管路、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，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)濟性能，整機具有高度集成、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，適合單機配合連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備泵送攜砂液。

1—混合罐；2—進液管路；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)狀談大型壓裂機組的研制［J］.石油天然氣學(xué)報，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］.石油機械，2008，36（9）：154-158.

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2095－6835（2020）10－0123－02

TE934.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.054

李文維（1988—），女，從事石油機械研發(fā)工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕