1800型壓裂車的研制和應用

張利賓，孫巖波，艾紹磊

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司中成裝備制造分公司，天津 300280）

壓裂車是油田壓裂施工作業的主要設備之一，屬于石油鉆井裝備專用車輛。主要功能是向油氣井內注入高壓、大排量的壓裂液，隨著壓裂液的不斷注入，地層所受壓力不斷升高，地層逐漸被壓開，之后把支撐劑擠入裂縫，提高油氣層滲透率和油、氣井采收率。隨著復雜油氣藏、低滲透油田和煤層氣田的開發，現場對壓裂施工提出了更高的要求。壓裂車需具有高壓力、大排量、多功能、自動化等特點。近年來，我國已先后成功研制了400型～3000型系列壓裂車。當前各油田壓裂施工總體工作量逐年增大，年增長率大約在20%左右。渤海石油裝備中成裝備制造分公司針對客戶提出的市場需求，經過認真分析和研究，于2016年設計研制了1800型壓裂車，并于2017年3月交付渤海鉆探井下技術服務分公司，目前該壓裂車已在長慶油田、大港油田投入使用。

1 總體方案設計

1800型壓裂車如圖1所示。該壓裂車主要由二類底盤車、散熱水箱、柴油發動機總成、液力變速器總成、自動控制系統、傳動系統、三缸柱塞泵總成、潤滑系統、氣路系統、高低壓管匯以及檢泵臺、備胎架、梯子等附件組成。該壓裂車動力性強、越野性好、排量大、自動化程度高，適用于油田淺井及中深井的壓裂施工，因而具有廣闊的市場前景。其工作原理為：柴油發動機輸出動力，經液力變速器、傳動軸傳遞給三缸柱塞泵，三缸柱塞泵將壓裂液增加到一定壓力時，將其注入井內進行壓裂作業。

1.1 主要配置

底盤車型號：北奔重汽ND系列；

柴油發動機型號：重慶康明斯KTA38-C1400；

液力變速器型號：貴州凱星BY1820；

三缸柱塞泵型號：中成機械3ZC-1320。

圖1 1800壓裂車整車結構示意圖

1.2 主要技術參數

底盤車功率為276kW，驅動型式為8×4，最大允許總質量31000kg，國V排放標準；整車重量31000kg，一橋、二橋載重量為13000kg，后雙橋載重量為18000kg，最高工作壓力為105MPa（使用直徑φ100柱塞），最大流量為2188L/min（使用直徑φ127柱塞）。

1.3 性能特點

（1）整車結構布局合理，載荷分布均勻，動力性強，越野性好，自動化程度高。（2）具有電子和機械雙重超壓保護裝置，反應迅速靈敏，設備工作安全可靠。（3）遠程控制、就地控制切換簡便，設備操作可靠。（4）配備燃油加熱器，設備適應于寒冷地區。

2 結構特點

2.1 整車設計

壓裂車設計時，先應用SolidWorks繪圖軟件，繪制各部件的三維立體圖，通過組裝配對，建立了不同的壓裂車整車模型；再應用ANSYS軟件對各模型進行受力分析，選擇各車橋受力最優的模型；最后根據該模型生成二維生產用CAD圖紙，從而完成整車的設計。

2.2 動力裝置連接

動力裝置由柴油發動機、液力變速器及連接支架、散熱器組成。柴油發動機、液力變速器與副梁連接采用隔震安裝型式，使用工程橡膠進行減震。柴油發動機與液力變速器連接成一個獨立的整體，通過三點安裝方式與構架連接，一個安裝點在柴油機前部，兩個柔性安裝點在液力變速器兩側后部。該安裝結構即消除了柴油發動機與液力變速器的安裝誤差，又提高了設備的抗震性。

2.3 液壓系統

液壓系統為開式循環系統，通過溢流閥調節系統壓力。工作原理為：動力源由底盤車發動機提供，液壓油通過液壓泵驅動臺上柴油發動機液壓馬達，啟動臺上柴油發動機，臺上設備進行作業工況，之后即可熄滅底盤車。液壓系統管線、接頭和閥件均采用性能可靠的進口部件，大大提升了液壓系統的可靠性。

2.4 氣路系統

壓裂車在進行壓裂作業時，有一個獨立的氣路控制系統，示意圖如圖2所示。該氣路系統由空壓機、儲氣筒、單向閥、減壓閥、壓力表等組成。臺上柴油機的空壓機與底盤車的空壓機均可向儲氣筒供氣，通過減壓閥調節系統的工作壓力，驅動氣動隔膜泵為三缸柱塞泵液力端進行潤滑。

圖2 氣路系統示意圖

2.5 控制系統

控制系統分為就地控制和遠程控制，功能結構見圖3，均可實現壓裂車的現場操作。該控制系統包括壓裂車的啟動、調速、換擋、解鎖和停機等控制功能，以及柴油發動機、液力變速器、三缸柱塞泵的故障報警功能，發動機轉速和三缸柱塞輸出排量、工作壓力、壓力預置、超壓保護的監控和預設功能。遠程控制箱通過30米長的35芯電纜與就地控制箱相聯接。電纜是較柔軟的橡套線，有利于冬天施工作業。遠程控制箱采用航空用鋁合金材料，重量輕便于攜帶，通過數顯電腦控制和操縱，可靠性和安全性高，技術國內領先。

圖3 自動控制系統功能結構

3 試驗及應用

對該壓裂車的試驗分為廠內試驗和現場試驗。

廠內試驗在渤海裝備中成裝備制造公司的固壓試驗基地進行，該基地能夠滿足超高壓壓裂泵、泥漿泵整車運轉試驗與性能試驗，最大試驗壓力可達140MPa，最大流量可達2.0m3/min，試驗全過程采用計算機遠程控制，可自動記錄、繪制曲線圖。試驗人員根據試驗大綱對該壓裂車進行了測試，試驗壓力和排量數據見下表1。

表1 壓裂車試驗數據

該壓裂車于2017年3～4月大港油田井下作業公司進行了現場試驗，完成了港 50-25、港80-20、岐 70-30、官16-16、官17-22共5口井的現場壓裂施工作業。該壓裂車在作業過程中，性能穩定，運轉正常，各項作業數據滿足井場壓裂施工工藝要求，且與廠內試驗數據基本吻合，達到了設計的要求。

4 結語

該壓裂車具有以下優點：（1）整車結構設計合理、車橋載荷分布均勻，壓力和排量滿足用戶的使用要求，具有較好的經濟效益和應用價值，性價比高。（2）該車操作方便，就地控制和遠程控制切換簡單，自動化程度高，能夠適應不同地區的井場作業。（3）超壓保護系統反應迅速靈敏，保證了現場作業的安全性和可靠性。