電驅混砂設備工業應用探討

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摘要：在以頁巖氣開發為代表的大排量非常規壓裂施工中，成套壓裂裝備的大型化、電動化、智能化發展趨勢愈加明顯，大型電驅混砂設備作為大型電驅成套壓裂裝備中的關鍵設備，在具備超大排量的能力基礎上，其作業的穩定性、安全性同樣重要，針對中石化四機公司生產的HSQ40電驅混砂橇的工業試驗進行介紹和分析，并對電驅混砂設備的發展趨勢進行一定的分析判斷。

關鍵詞：電驅混砂設備;工業試驗;頁巖氣開采;發展趨勢

隨著目前石油勘探開發技術的發展，以頁巖氣為首的非常規油氣開采將逐漸成為我國油氣開采中的重點工程，針對頁巖氣開發的一系列工程難點，尤其在目前國家對環保嚴格要求的大形勢下，大型電驅成套壓裂設備在頁巖氣的開采中逐漸取代柴驅設備成為頁巖氣開采的主力設備已成定局。而大型電驅混砂設備作為大型成套壓裂裝配的核心設備，其設備的穩定性、安全性、可靠性需要得到足夠的保證，而我國自主研發的HSQ40電驅混砂橇的首次工業試驗，則是大型電驅壓裂裝備發展的一個里程碑，通過混砂橇首次工業試驗的應用結果來分析，可對目前以及今后電驅壓裂施工的發展方向有一定的判斷。

1大型電驅混砂設備及試驗背景介紹

1.1大型電驅混砂設備

HSQ40電驅混砂橇是采用兩套供液泵+兩套混排罐的模式，兩套系統從電機到液壓系統，以及輔助的液添、干添系統等都是各自獨立的。其電驅模式為液壓站+電機結合的模式，供液泵由變頻電機直驅，混排罐、輸砂器等仍由液壓馬達驅動。該混砂橇核心部件為混排一體罐，它替代傳統的混合罐＋排出砂泵的結構形式，混排合一，既簡化設備配置又增強了砂液混合能力；混砂橇智能化的制造標準體現在所有部件均為遠程控制，實現了混砂設備無需本地操作的工作形式，這一點與壓裂泵注設備的智能化發展相一致。此電驅混砂橇的最大清水排量達到40m3/min，在實際操作中可以進行“雙混雙排”或者“單混單排”，“雙混雙排”即兩套供液泵與混排罐同時工作，實現超大排量的壓裂液泵注，“單混單排”即為一用一備，可將HSQ40混砂橇看成兩臺HSQ20混砂橇，如一套在使用時出現故障，可以馬上切換為另一套，可以避免因設備故障而產生的壓裂生產損失，也實現了混砂設備一備一用的工作標準流程。

1.2工業試驗背景介紹

此臺HSQ40電驅混砂橇的工業試驗地點位于重慶某頁巖井，該井水平段長度約為1200m，其主要壓裂設計參數表如下所示。該頁巖水平井總共分為16段，壓裂周期約為5～7天左右，在進行充分的調試后，HSQ40混砂橇即將開始進行初次工業試驗。

2工業試驗關鍵過程

2.1試驗準備過程

HSQ40電驅混砂橇根據井場的布置安排擺放，混砂橇與砂罐比鄰，便于輸砂；混砂橇兩套吸入泵分別通過8寸和6寸的主管線與液罐連接，兩套混排罐接口分別連接8寸主管線和4寸分管線，且4寸分管線最終并入8寸主管線；混砂橇的供電電源為10KV的高壓電，經過配電房的變壓接入；混砂橇的控制通過配置的控制屏來實現，因數據線輥的長度問題，無法在儀表車中操作，操作地點移至配電房的操作室中；混砂橇在清水試驗中為7臺2500型壓裂車和3臺6000型電驅壓裂橇供液，平均排量5~7m3/min。

2.2施工過程

混砂橇在施工中的操作內容，主要是控制排出壓力、排量、砂量，均是通過控制吸入泵轉速、混排罐轉速、輸砂絞龍轉速實現混砂工藝的控制。電驅混砂橇的核心部件混排一體罐，同時承擔砂液混合和增壓的作用，由于罐體體積較小，所以控制混排罐的攪拌轉速需要極為精細靈敏，否則極易造成罐體攜砂液漫灌或者罐體內空轉，一旦漫灌或者罐體內部空轉，都將對設備造成一定的損傷，一套精細化、智能化、規范化的控制系統極其重要，控制系統的開發和測試將會是智能化混砂設備發展的重點工作，隨著這次的SHQ40電驅混砂橇初次工業試驗的圓滿成果，可以預測到該設備具備的強大技術優勢。施工過程中，電驅混砂橇的噪聲相比于柴驅混砂設備要下降約30%，這樣作業的時間就可以相應的增加，同時也改善了現場工作人員的工作環境。電驅混砂設備的主要噪音來自于電機和液壓散熱器，后期可在技術層面上進一步的降噪，改善油田作業環境，增加施工作業時間。電驅設備的施工成本相比于柴驅設備低40%，但考慮到前期網電鋪設的成本，小規模的油氣田可能在前期的投入成本上會有劣勢，但對于規模較大的頁巖氣井來說，一個平臺的壓裂段數越多，電驅設備的均攤成本越低。所以電驅設備在經濟上的優勢體現在大規模頁巖氣井的施工上。該工業試驗的整個施工作業持續時間為6天，施工總液量為34000余方，總砂量1300余方，HSQ40電驅混砂橇在施工過程中總體運行平穩。通過工業試驗證明，電驅混砂橇可較好的應用于頁巖氣壓裂施工中。

2.3試驗總結

在HSQ40電驅混砂撬工業試驗的過程及結果可以明確方向是：電驅設備相比于柴驅設備在頁巖氣井的開發中具有明顯的優勢，更加環保，更加經濟。但由于前期網電的投入成本較大，目前對于不具備一定規模的油氣田來說，可能成本的問題還是制約電驅設備推廣的主要因素。

3結束語

作為大型電驅混砂設備的代表作之一的HSQ40電驅混砂橇，其良好的工業試驗結果，讓國產電驅成套壓裂裝配的發展完成最后的拼圖，其兩套供液泵+兩套混排罐的模式，即可滿足超大排量的要求，又可在中等排量規模的壓裂施工中扮演一備一用的角色，有效減輕設備運行負荷。后續的發展趨勢在于如何進一步提升電驅混砂設備的可靠性，進一步的加強施工現場的環保工作，進一步簡化現場的操作流程，實現施工現場智能化、無人化的工作狀態。綠色、智能、可靠這些將是長期圍繞電驅成套壓裂裝備的主題。

參考文獻

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作者：陳衛東 單位：中國石化江漢石油工程有限公司井下測試公司