聯(lián)系及商務(wù)合作：eipress@qq.com；微信：Energyinsider，xudongEN

能源情報(bào)圈QQ群（377701955），加入請?zhí)峤?/strong>：名字+公司+職務(wù)+詳細(xì)聯(lián)系方式，否則不予通過。

近期籌劃組織電改、LNG電商交流會，大家有什么好的話題，歡迎提交并提建議。

文/趙緒平 李志波 孫奉道 車永順，北方重工集團(tuán)有限公司工程設(shè)計(jì)研究院

壓裂施工作業(yè)已經(jīng)成為改造低滲透油氣藏和開發(fā)非常規(guī)油氣藏的主要手段，是提高油氣井采收率的有效措施之一，廣泛應(yīng)用于油、氣井增產(chǎn)和注水井的增注。但隨著壓裂工藝技術(shù)水平的提高和頁巖氣等非常規(guī)油氣井的大規(guī)模開發(fā)，壓裂施工作業(yè)對壓裂車的單機(jī)功率、壓力、排量、可靠性及自動化水平的要求越來越高，單機(jī)功率1 490 kW 以下的壓裂車不能適應(yīng)“萬方液、千方砂”的“工廠化”作業(yè)要求，壓裂車將朝著低成本、大功率、超高壓、大排量和智能控制的方向發(fā)展。

1 壓裂車的組成

壓裂車一般由底盤( 橇架) 、臺上發(fā)動機(jī)、變速箱、壓裂泵、潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和高低壓管匯等部分組成，是實(shí)施壓裂施工作業(yè)的核心設(shè)備。針對不同地域和不同使用工況，廣泛應(yīng)用于石油、煤層氣和頁巖氣等油氣田開發(fā)，工作地域覆蓋陸地、沙漠和海洋，結(jié)構(gòu)包括車載式、拖掛式和橇裝式三種形式。

2 國內(nèi)外壓裂車研究現(xiàn)狀

自 1947 年美國進(jìn)行首次水力壓裂以來，至今已進(jìn)行數(shù)百萬井次的壓裂作業(yè)。經(jīng)過 70 多年的發(fā)展，壓裂裝備取得了較大的進(jìn)步，先后研制出功率 520 ～ 2 237 kW、壓力 50 ～160 MPa、流量 0. 9 ～ 3 m3/min 系列化壓裂車，為提高油氣田采收率做出了貢獻(xiàn)。

2. 1 國外壓裂車研究現(xiàn)狀

美國在壓裂車的設(shè)計(jì)和制造方面一直居于領(lǐng)先地位，產(chǎn)品性能先進(jìn)、自動化程度高、工作壓力大、排量大、品種全，主力機(jī)型為 1 490 kW 和 1 864 kW，最大工作壓力達(dá) 160 MPa，最大流量為 2. 7 m3/min。由于北美地區(qū)的油氣田大多位于平原地區(qū)，在整機(jī)載重質(zhì)量、壓裂泵布置等諸多方面不受道路條件限制，1 864 kW 以上壓裂車大都采用拖掛式結(jié)構(gòu)。

2. 2 國內(nèi)壓裂車研究現(xiàn)狀

我國壓裂裝備經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)制造能力基本達(dá)到國際先進(jìn)水平，但在設(shè)計(jì)理念、控制水平、產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性方面尚有一定差距。目前國內(nèi)已研制出世界最大單機(jī)功率 2 237 kW 的車載壓裂車，最大工作壓力 140 MPa，最大流量 3 m3/min，可有效解我國井場偏僻和作業(yè)場地有限的問題。

3 新型壓裂車發(fā)展方向

壓裂車均采用“柴油發(fā)動機(jī)—變速箱—壓裂泵”的動力方案，不僅存在噪音大、污染高、工人作業(yè)條件差、作業(yè)成本高等缺點(diǎn)，而且大功率柴油發(fā)動機(jī)和變速箱尺寸、重量大，不利于車載方案的設(shè)計(jì)和大功率壓裂車的開發(fā)。特別是隨著低碳環(huán)保要求的提高，大功率柴油機(jī)的使用將受限，柴油機(jī)驅(qū)動方案成為制約壓裂車發(fā)展的瓶頸。為減少環(huán)境污染、降低開采成本、提高油氣開采效率，新型壓裂車將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展。

3. 1 雙燃料壓裂車

目前，國內(nèi)外大型壓裂車動力均采用柴油發(fā)動機(jī)，不僅燃油消耗成本高，而且對環(huán)境污染較大; 若采用純天然氣發(fā)動機(jī)，則價(jià)格是同功率柴油機(jī)的 2 ～ 3 倍，壓裂車生產(chǎn)成本過高; 柴油—天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)既可使用 100柴油作為燃料，也可使用柴油和天然氣( 管道天然氣、CNG、LNG、油井氣等氣體燃料) 混合燃料，通過高度集成控制，實(shí)現(xiàn)柴油和天然氣的無縫切換。特別是頁巖氣和煤層氣開采區(qū)域均有現(xiàn)成的天然氣，在施工現(xiàn)場很容易滿足雙燃料發(fā)動機(jī)對天然氣的需求。

雙燃料壓裂車是在傳統(tǒng)柴油機(jī)的基礎(chǔ)上加裝外接天然氣管路、燃油調(diào)節(jié)器和集成控制系統(tǒng)等特性硬件，工作原理與傳統(tǒng)柴油機(jī)相同，并根據(jù)載荷自動優(yōu)化混合燃料配比，輸出與柴油機(jī)相同的功率密度、扭矩及瞬態(tài)響應(yīng)速度，柴油最大替代比例達(dá) 70 ，可將壓裂作業(yè)成本降低 40 ，廢氣排放減少 10 ，節(jié)能減排效果顯著。

3. 2 渦輪驅(qū)動壓裂車

由于頁巖氣儲藏環(huán)境復(fù)雜，施工區(qū)域的地理環(huán)境和道路條件要求壓裂車具有高度的運(yùn)移性、安全性和適應(yīng)性，其外型尺寸和重量受到嚴(yán)格限制，需要以大功率壓裂車來提高壓裂效率、降低壓裂成本，傳統(tǒng)柴油機(jī)驅(qū)動的壓裂車輸出功率很難超過 2 237 kW，因而使壓裂車的大型化發(fā)展陷入兩難的境界。渦輪驅(qū)動壓裂車可在限定的尺寸和重量要求下使單臺壓裂車的輸出功率達(dá)2 982 ～ 4475 kW，道路通過性和靈活性大幅提升，可有效解決大型壓裂車“上牌難、上路難、上山難”的難題。

渦輪驅(qū)動壓裂車將傳統(tǒng)龐大而笨重的柴油機(jī)更換為體積小、重量輕、功率大的渦輪發(fā)動機(jī)，其功率密度是高功率柴油機(jī)的20 倍，將傳統(tǒng)變速箱更換為超高速渦輪減速箱，實(shí)現(xiàn)超級發(fā)動機(jī)與大型或多臺壓裂泵的匹配; 在運(yùn)輸和壓裂施工作業(yè)操作中，可大幅減少配套井場占地及車組人員，節(jié)省人力和物力，提高施工效益; 在經(jīng)濟(jì)性方面，渦輪驅(qū)動壓裂車維護(hù)間隔也比柴油機(jī)長，還擁有柴油、LNG、CNG、預(yù)處理井口氣等多燃料系統(tǒng)，可在作業(yè)過程中實(shí)現(xiàn)無縫切換，將壓裂施工作業(yè)成本降低30 左右。

3. 3 電驅(qū)動壓裂車

隨著頁巖氣等非常規(guī)油氣資源的規(guī)模化開發(fā)，為提高開發(fā)效率和降低開發(fā)成本，油氣開發(fā)方式逐步由直井向水平井，單井向叢式井轉(zhuǎn)變?！肮S化”鉆井和壓裂作業(yè)將成為未來頁巖氣主要開采模式，井場電網(wǎng)預(yù)先架設(shè)為電驅(qū)動壓裂車的應(yīng)用提供了可能。電驅(qū)動壓裂車可有效解決現(xiàn)有壓裂車存在的燃油消耗大、發(fā)動機(jī)和變矩器配套困難等缺陷，是實(shí)現(xiàn)頁巖氣高效、環(huán)保、低成本開發(fā)的高效途徑之一。

電驅(qū)動壓裂車采用中壓變頻電機(jī)直接驅(qū)動壓裂泵，可平滑地調(diào)整壓裂泵流量和壓力，在同等壓力下，具有更強(qiáng)的排量輸出能力，適于頁巖層或致密砂巖的壓裂工況。

由于減少了變矩器使用，在限定尺寸和重量要求下使單臺壓裂車的輸出功率達(dá)到 4 475 kW，有效提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本。在環(huán)保和經(jīng)濟(jì)方面，電驅(qū)動壓裂車不僅實(shí)現(xiàn)了零排放和低噪聲污染，而且可將施工成本降低50 左右。

3. 5 智能化壓裂車

大型“工廠化”壓裂施工已成為未來壓裂施工作業(yè)發(fā)展的趨勢，由于多家設(shè)備參與施工作業(yè)，控制系統(tǒng)和自動化程度不統(tǒng)一，對現(xiàn)場指揮調(diào)度人員要求非常高，大規(guī)模壓裂施工的集中控制問題亟待解決。

智能化壓裂車采用開放式平臺、無線網(wǎng)絡(luò)和在線系統(tǒng)以提升系統(tǒng)高效性、互操作性和可靠性，將所有裝備納入整體網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)共享、監(jiān)控集中，實(shí)現(xiàn)多裝備( 不同廠商) 群控和壓裂施工作業(yè)無人值守，從而提升裝備機(jī)動性能和快速集成能力，降低施工作業(yè)成本，滿足大型頁巖氣連續(xù)壓裂施工的高可靠性和集群控制要求。

4 結(jié)論

隨著壓裂工藝技術(shù)水平的提高和頁巖氣等非常規(guī)油氣井的大規(guī)模開發(fā)，壓裂施工作業(yè)對壓裂車的單機(jī)功率、壓力、排量、可靠性及智能化水平的要求越來越高，為滿足連續(xù)施工、大負(fù)載、長時(shí)間的“工廠化”壓裂施工作業(yè)要求，從重量、節(jié)能、排放及施工作業(yè)成本等方面提出了新型壓裂車的發(fā)展方向，可有效解決現(xiàn)代壓裂施工對壓裂車大功率、超高壓、大排量和智能化的要求。