海上小型压裂橇的研制

肖勇

摘 要：结合海上油田小型压裂工艺的要求，同时针对海上平台空间受限的问题，研制了海上小型压裂橇。该橇可以单机进行施工作业，也可以多台设备组成机组与其它设备实现联机作业。本文简要阐述了小型压裂橇的结构特点、功能及总体技术参数等。

关键词：压裂橇；小型；海上；研制

中图分类号： TE952 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）11-161-2

0 引言

随着我国海洋油气田开发力度的加大，海洋压裂施工次数越来越多，需要的压裂装备也越来越多，但海上作业平台空间有限，因此在满足压裂工艺要求的同时，对海洋压裂装备提出了更加多样化、个性化的要求。针对上述要求研制了海上小型压裂橇，该橇占用空间小，吊装方便，并能实现比例混液以满足不同的压裂工艺对不同配比压裂液的需求。海上小型压裂橇主要用于海洋油气田的各种酸化作业，也可以用于洗井、注水等作业。

1 总体方案

压裂橇结构紧凑、功能性强，由橇架、动力系统、压裂泵、计量罐总成、管汇系统、吊架总成、润滑系统、控制系统等组成。其总体布置如图1所示。

2 主要部件及功能

2.1 动力系统

整橇的动力由一台DDC S60发动机提供，发动机额定功率为525hp，额定转速为2100r/min，变速箱采用Allison 4700变速箱，最大输入功率447Kw，最高转速2300r/min，最大扭矩2508N.m。发动机产生的动力通过液力变速箱和传动轴传到压裂泵动力端，驱动压裂泵进行工作。橇在工作的过程中，发动机和变速箱会发热，当温度过高时会影响其工作效率甚者损坏发动机和变速箱，因此动力系统配备有冷却系统，冷却系统由一套立式散热器系统和一套油水热交换器系统组成。为满足海上作业设备的防腐要求，本橇的燃油箱采用不锈钢（316L）材质。同时为了节省动力系统的安装空间，分别将消音器和空气滤清器安装在吊架总成和计量罐总成上。

2.2 管汇系统

为满足压裂施工的排量要求，吸入管汇主管路采用4″不锈钢管，并配有4个吸入口，其中有2个吸入口为了方便从橇外液罐吸液，分别布置在橇的尾部和侧面，同时在吸入口处装有4″手动蝶阀进行控制。为了方便对柱塞泵的吸入流量进行计量，在橇尾部的吸入口一侧装有4″电磁流量计。另外还有2个吸入口分别与橇上计量罐两室相连，在吸入口处装有4″气动蝶阀进行控制，计量罐两个舱室的液体可以单独或同时供给压裂泵。

排出管汇配备有耐震压力表、压力传感器、2″旋塞阀、高压三通、高压弯头以及机械式安全阀等，有双重安全保护装置（机械式安全阀和压力传感器），自动超压保护装置采用电控形式，施工作业前根据现场作业的压力需要设定压力保护值，当实际工作压力超过设定值时，超压保护装置给出控制信号，并在控制箱上出现超压报警，柴油机根据控制信号自动回到怠速状态，并使变速箱回空档。当超压设定解除后，可以重新启动发动机和压裂泵进行工作；机械超压保护安全阀是根据压裂泵橇的最高工作能力予先设定最高压力保护值，在自动超压保护装置失灵的情况下，工作压力达到设备最高压力的情况下，机械式安全阀卸压，起到安全保护的功能，双重安全保护装置确保了设备及人员安全。排出管汇一侧接入橇上计量罐，当关闭另一侧旋塞阀时，可以通过压裂泵将橇外储存的液体注入计量罐的某一舱室或同时注入两个舱室。

2.3 计量罐总成

计量罐分为2个室，总容积为3m3（800gal），每室1.5m3。计量罐内置不锈钢液位尺，用加仑单位标注，可以计量液体的容积和排量。计量罐两室的进液和排液可以通过4″气动蝶阀方便的实现分别控制：即液体可以只进其中某一个舱室，也可同时进入两个舱室；同样，两个舱室的液体可以单独供给压裂泵，也可以同时供给压裂泵。计量罐设有溢流管汇，当注入计量罐的液体快要溢出时，多出的液体会通过溢流管汇流回地面储液罐，使计量罐的液位一直维持在最高安全液位以下。溢流管汇的设置能有效防止因液体溢出计量罐造成电器元件损坏问题的发生。计量罐侧边设有伸缩式小平台，方便施工过程中观察液位。

2.4 压裂泵

压裂泵是一种往复、容积式、单作用柱塞泵，可广泛地用于间歇式酸化、固井、压裂等作业。该泵由动力端总成、减速器和液力端总成组成，柱塞直径3″（76.2mm）（根据不同压裂工艺的要求，柱塞直径可选用3″、3.5″、4″、4.5″四种不同规格）。减速器根据柱塞泵不同的安装位置有多种安装形式。动力端中曲轴、十字头套筒和活塞销上的所有轴承均通过润滑油润滑；液力端为锻钢整体式结构，配置有易于拆卸的吸入凡尔和排出凡尔、可换式凡尔及凡尔座、表面喷涂有耐磨材料的柱塞和可拆卸的盘根盒。

2.5 操作控制系统

压裂橇的操作控制通过机旁控制箱或远控箱进行。控制箱（远控箱）对发动机的控制主要包括：发动机启动、油门增减、停机和紧急停机等，同时有发动机高水温、低油压故障指示灯和实时数据显示、发动机转速显示等；对液力变速箱的的控制主要包括：变速箱换挡、闭锁和解锁操作；同时显示液力变速箱闭锁状态以及对液力变速箱高油温低油压故障指示灯和实时数据显示等；对压裂泵的控制主要是通过设置压裂泵最高工作压力值来控制压裂泵工作压力，同时在控制箱上显示压裂泵的工作压力和工作排量，并能显示压裂泵润滑油压和润滑油温等故障报警和实时数据显示等。

当压裂橇多台组成机组与其它设备联机作业时，每台设备通过数据线进行连接，设备之间相互串联形成环形网络，各台设备的发动机、传动箱、压裂泵等信号和数据通过网络进行双向传递，从而实现数据共享。

3 主要技术参数

选用3″柱塞时，最大排量：945L/min（清水），最高排出压力：97 MPa；选用4.5″柱塞时，最大排量：2115L/min（清水），最高排出压力44MPa，整橇外形尺寸：（5850×2500×2150）mm，整橇总重：9500kg。

4 结束语

该压裂橇整体布局合理，结构紧凑，操作、维护方便，在满足海洋油田中小型压裂工艺的同时减少了设备的空间占有量，减轻了质量，更好的适应了现在海洋压裂施工对设备的要求。

参 考 文 献

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