3000型成套压裂机组：引领行业新方向

□ 本刊记者 宋玉春 白腊辉 陈 军



3000型成套压裂机组：引领行业新方向

□ 本刊记者 宋玉春 白腊辉 陈 军

□ 中国石化3000型成套压裂机组奉献新能源。胡庆明 摄

3000型压裂机组成功解决我国难动用油气资源的商业化开发难题。

由中国石化石油机械股份有限公司承担，与中国石油大学等8所大学及科研单位合作，自主创新完成的“超高压大功率油气压裂机组研制及集群化应用”项目，1月8日荣获国家科技进步二等奖。大型成套压裂装备的问世及应用，构建了完备的压裂装备研发体系，引领了行业发展，提升了我国压裂装备研发水平，标志我国压裂装备研制水平跻身世界领先行列。

瞄准主战场

我国新发现的油气储量中，深层、超深层及页岩气等非常规油气资源约占2/3，高效开发这些资源是保障国家能源安全的重要战略举措，也是油气开发领域的主战场。常规压裂机组已经不能满足我国极为复杂的地质和地表条件下资源的安全高效开发。利用大型压裂机组对油气储层进行改造是解放“孔渗低、埋深大、压力高”油气藏的决定性手段。

为满足我国油气田超深井、超高压井、大型压裂施工和非常规能源开发的需要，石油工程机械公司第四机械厂承担了国家“十二五”科技重大专项项目“3000型成套压裂装备研制及应用示范工程”的科研任务。

三年来，项目研发团队与国内高等院校、研究院所及国外专家携手合作，从基础理论和材料研究入手，攻克了基础材料、核心部件疲劳性和可靠性试验、多添加剂快速混拌与高精度自动控制等多项技术难题，完成了3300马力柱塞泵百万冲次耐久试验、成套压裂机组样机试制、样机台架试验及工业试验。

通过项目的实施，四机厂构建起我国大型压裂装备自主创新的研发平台，研制过程中形成的核心技术与研究成果，在工厂系列产品上推广应用，促进了我国压裂工程技术及装备领域整体实力的提升。

世界首台3000型压裂车，搭载四机厂自主研发的STP3300长冲程压裂泵和新一代控制系统，设备最大输出功率3000马力，最高工作压力140兆帕，是目前国际上最大型号的车载压裂装备。在中国石油集团公司重点风险探井“束探1H井”的大型酸压施工中，设备最高工作压力84兆帕，施工排量12.6立方米/秒，高负荷连续作业时间14小时，设备性能得到施工方的充分认可。

3000型压裂车的出炉，标志着四机厂压裂装备研发制造水平跻身世界领先行列。下一步，工厂将对设备进行进一步的工业试验和产品优化，致力把世界首创做成精品样板，同时从设备研制到集成配套、从井场布置到培训服务等方面，为油田提供工程服务一体化解决方案，全力服务我国能源开发。

实现四大创新

作为石油装备研发、生产企业，四机厂始终奔跑在创新路上，引领着国内压裂设备潮流。项目团队依托国家科技重大专项、“863”科研项目支持，通过10多年持续技术攻关，实现四大创新。

一是创新形成超高压大功率压裂车轻量化及优化集成技术。创建了压裂泵理论分析和“百万冲次”实验测试方法，研发了压裂泵高强韧材料性能调控和轻量化技术，研制出功率质量比0.28千瓦/千克、工作压力140兆帕系列大功率压裂泵，泵头体寿命相比同类先进产品，提高50％以上；创新了大功率压裂车在有限空间与质量约束条件下的优化集成方法，先后研制出世界首台2500型、3000型压裂车，提升了我国压裂装备的核心能力。

二是创新形成大规模压裂液全流程精确、高效混配技术。发明压裂液自动混配控制方法，创新形成了压裂液高能混配、砂量宽幅调整、多介质高效混拌技术，研制出20～13000千克/分钟精确输砂装置，混配液排量20立方米/分钟的配液及混砂车，实现了“井工厂”全流程压裂液混配模式。

三是创建超高压管汇设计、制造、在线检测及使用安全保障技术体系。提出基于冲蚀机理和应力解析计算的高压管汇设计方法，形成了超高压腐蚀条件下的非金属密封材料评价优选技术，研制出140兆帕超高压管汇。创新研发高压管汇件早期损伤磁记忆检测技术，首创了大规模压裂高压管汇在线不拆卸检测系统，为管汇的超高压安全使用提供技术保障。

四是创新建基于大型压裂工程成套装备集群化控制与应用技术。发明了压裂机组网络控制方法，构建了多重冗余高可靠性测控网络；首创提出“定排限压”单元功率智能分配模式和基于动力储备、运维周期、管汇降阻及系统减振等约束条件下的大型压裂机组集群化应用准则，实现了多装备的高效协调作业。

适应性更强

美国压裂装备技术性能先进，但装备外形尺寸、质量和移动性能，不适应我国油气田道路和井场条件的要求。3000型车载压裂车比2500型大了500马力，体积和质量却不变，适应中国“国情”的优势明显。在涪陵页岩气田开发过程中，一个平台通常布设4口井，由于装备能力的提升，可以采用国际先进的同步压裂技术，提高作业效率近4倍，使施工节奏从“短跑”向“长跑”转变。

3000型成套压裂装备的先进性不仅体现在节省场地占用上。针对过去发动机采用风扇降温效果有限的问题，该厂设计了新的全封闭式冷却系统，降温幅度可达40摄氏度以上。走进宽敞的仪表车内，操作员会告诉你，过去一个人机界面可以控制10台压裂车，现在这一数字是30。过去操作采用的是按键方式，现在则是轻点鼠标，不仅操作简单快捷，还大大降低了劳动强度：过去需要3名操作工干的活儿，现在只需要1个人就能轻松完成。同时，控制系统可靠性的提升以及易损件寿命的延长，满足了低成本开发的市场发展需求。

在较以往产品实现质的飞跃的同时，操作人员还发现，在焦页42号平台压裂施工中，新投入运行的6台3000型压裂车与之前的同型号相比，细节上又有了新变化：压裂车底盘的启动和挂取力综合到一个操作平台，直接在仪表车内操作，人员不用长期待在底盘驾驶室，压裂车启动实现远程控制；柱塞泵装机位置前移，设备运行平稳性更好；加入声音报警装置，避免防冻液温度过高出现喷溅等现象……

作为世界首创，3000型压裂装备没有最好，只有更好。国外在页岩气开发中有许多成功的经验，简单的移植必将造成“水土不服”，因地制宜开发适应国内特点的装备和施工模式，才能掌握页岩气开发的主动权。为此，四机厂建立了设备跟踪反馈机制，派出大量技术和服务人员驻守施工现场，及时了解用户需求，不断对装备进行改进优化，精益求精，以期最大限度地发挥装备的使用效能。

焦页42号平台压裂规模迄今为止国内最大，10台3000型压裂车全程参与施工，4口井的压裂时间与过去一口井的压裂时间相当，卓越的技术性能和高可靠性，使其成为页岩气开发舞台上闪亮的“明星”。

□ 3000型压裂机组使长庆油田、普光油田、元坝气田开发成为现实。胡庆明 摄

商业化应用成功

中国石化机械公司以“井工厂”钻机、3000型全套压裂设备、复合桥塞、连续油管、“等壁厚螺杆钻具+平稳切削PDC钻头组合”等创新产品及技术形成的页岩气勘探开发装备一体化解决方案，为我国首个页岩气田——涪陵页岩气田商业化开发、短期建成50亿立方米产能发挥了重要的装备支撑作用。已生产出32台3000型压裂车及配套装备共67台设备，完成140多口井（2350层段）压裂施工作业，助力涪陵页岩气田成为全球除北美之外最大的页岩气田，显著提高了我国油气藏开发的整体技术水平，为我国能源安全提供了重要装备保障。

3000型压裂机组成功解决我国难动用油气资源的商业化开发难题。在重庆、四川、贵州、新疆、东北、陕北、内蒙古等地大型压裂装备的技术突破，解决了我国难动用油气资源的求产、商业化开发难题，使长庆油田、普光气田、元坝气田开发成为现实。

3000型压裂机组将成为我国大型压裂施工装备的主力军。该压裂机组在大庆、胜利、延长等16个油气田广泛应用于压裂作业，设备运行好，应用效果突出，得到了用户高度的评价，使我国油气超高压、大功率施工得以实现。在焦页42号平台长达半个多月的压裂施工中，3000型压裂机组每天连续工作16小时，设备一直安全稳定运行。而国家“十二五”重大专项里对其的考核指标是——长时间无故障运行6小时。卓越的表现赢得了用户。截至2015年10月，该公司研制的2500 型压裂装备达460台（套），国内市场占有率70％，成为我国大型压裂装备的主力军。

目前，3000型压裂机组已实现关键部件出口北美、前独联体等国家和地区。该项目形成3项行业标准，申请国家发明专利20项，授权9项，获得软件著作权15项，发表论文87篇。公司建立了6000马力压裂泵试验、700兆帕高压测试等15套装置，形成年产压裂泵700台、高压管汇10万件、系列压裂装备400台（套）的生产能力。