基于电力开展页岩气压裂规模应用分析

刘艳荣

（四机赛瓦石油钻采设备有限公司，湖北 荆州 434024）

随着科技水平的不断提升，对页岩气的开发程度也在不断增大。为了能够更好的对页岩气进行开发，对压裂装备的节能减排以及维护成本等方面都具有了更加严格的要求。因此，利用电力对页岩气压裂规模进行开发与分析会成为一种新的发展方向。

1 基于电力开展压力工程的需求分析

1.1 开发背景及需求

我国在西南地区对页岩气进行开发的主要原因是因为西南地区具有较发达的电力资源，能够提供充足的电力基础供电力规模应用进行使用。在建设大功率电网时，一定要具有统一的管理和规划，使其能够对所有平台进行覆盖，并能够使多个钻井与压裂平台共同进行施工。当单井的产量较低时，要对规划好的页岩气产能进行建设与完成时，如果在施工过程中采取常规的压裂与钻井方式，就没有办法使气田的效益得到充分开发。因此，为了可以给气田的经济开发提供相应的保障，就需要在开展压裂工程时应用电动化技术，且使页岩气的开发成本得到降低。

1.2 电动压裂技术进展

（1）国外装备应用及技术发展现状。

电动压裂装备是电力开展页岩气压裂的关键技术。近几年，国外公司对电动压裂装备进行开展与研发的行为比较普及化，推出了较多类型的电动拖车，例如单机单泵电动拖车、双机双泵电动拖车等，并逐渐的在工业应用中投入使用。不仅如此，国外在对电动压裂装备进行研制时，所采取的压裂泵都是通过市场考验成功的并且技术比较成熟。国外在对电动压裂装备进行推广应用时，是把配液、混砂等装备与电动压裂拖车配置相结合共同进行工作的。但由于国外不具备充足的电力容量，就无法大规模的对电动压裂装备进行应用。

（2）国内装备应用与技术研发现状。我国根据开发页岩气时的作业工况，成功的研制出了首台电动压裂泵橇并在工业中进行应用，在较多地区都进行了相应的试验型作业，但由于压裂泵的冲刺高度较高，就会导致容易受损部件的寿命较短和吸水管吸水困难等问题出现，这就需要对其进行进一步完善。研制出的新一代电动压裂泵橇对之前所存在的问题进行了妥善解决，对其进行了广泛应用，并使作业效果获得了初步的认可与验证。我国电动压裂装备的结构形式是多种多样的，包括双泵、单泵等一系列装备，并用电动混配、电动混砂等与电动压裂装备进行配套使用，从而使整个施工过程能够顺利进行。

2 电动压裂装备配置研究

2.1 压裂工程对装备的相关要求

西南页岩气区域所具有的地质条件是比较复杂的，其具有的典型作业工况是通过超高压连续长时间进行得到的。在工程前期，利用拉链式电压模式对探井进行预测，并得出准确的排量和施工压力。对此区块进行预测，可以发现它的开发难度相对来说是较大的。因此，为了能够使施工作业的安全得到保障以及使施工风险得到降低，就需要使压裂装备的储备能力和数量进行适当的增加。与此同时，还要按照相应的标准，对水马力、压力等级以及功率储备等进行严格要求。

对压裂工程来说，需要具备一套完整的压裂装备，既要有主压装备，也要拥有辅助装备与之进行配套使用。当用成套的电动装备进行应用时，不仅可以使作业安全得到一定的保证，还可以使获得经济利益得到增加。不仅如此，电动装备具有压力装备自动控制、安全阀紧急关断以及压力保护等特点。

2.2 电动压裂的主要装备

（1）电动压裂泵橇。电动压裂在施工时具有的核心装备是电动压裂泵橇，所采取的结构模式是单机单泵，其作用主要是对高压进行泵送并使其输出水功率达到最大限度。

（2）VFD 变频控制房。VFD 变频控制房的作用主要是对辅助装备电机或压力泵的变频进行控制及调速，使其能够输出不同的排量。其是利用多脉波整流技术进行工作，不仅能够使装备的谐波得到相应的保障，还能够对接入电网时需要达到要求进行满足。

（3）电动混砂装备。混砂作业是利用电动混砂装备来完成的，把柴油机用电机进行替代后进行下一步工作，其所采取的作业模式为双混双排。在进行操作时要对其配置两套独立的混排系统，这样如果当一套系统在操作中出现故障时可以用另一套混排系统进行替代，从而可以保证其工作能够正常运行。

（4）电动混配装备。电动连续混配压裂橇可有效的保证连续混配压裂施工作业的装备，有效的解决了目前压裂行业配液工序繁琐、占地面积大以及不能实现即混即用等问题。

（5）油电混控仪表橇。油电混控仪表橇是一种可适用于油田压裂工况的信息处理中心，按功能可分为电动压裂控制系统、柴驱压裂控制系统、电动混砂控制系统、电动混配控制系统、分级报警系统、数据远程传输系统、机组无线控制系统、数据采集及控制系统等，各系统之间可实现信息的相互传输和共享，是一个相互联系、相互作用的统一整体，通过信息的集中处理能够及时发现问题并提出问题的解决方案。

3 电力开展页岩气压裂规模应用分析

3.1 技术经济性分析

3.1.1 技术参数对比

电动压裂装备具有两种结构模式，一种是双泵模式，另一种是单泵模式。由于双泵结构模式是由两台压裂泵组成的，所以在相同的功率下双泵模式的压裂泵产生的冲刺高度是较低的。应用单泵结构模式，可以使阀、泵头体等易损配件的寿命得到有效延长，从而使对泵进行检查的频率得到降低。虽然说这两种结构模式的电动压力泵在进行冲刺时得到的冲刺程度相差不多，总体来看单泵结构的效果更好，因为其具有尺寸小与集成化程度高等特点。但从压裂工程的角度来看，目前所采取的电动压裂泵结构大多数都是双泵结构，主要是因为其设备在失效时对系统的影响程度是较低的。

3.1.2 经济性对比

（1）施工井场的面积。随着科技水平的不断发展，单机功率也在不断的进行提升，使压力工程中所需要的作业装配数量不断减少。在压裂工程不对辅助装备进行考虑时进行施工，就需要配置一台常规的压裂机组来与电动压裂机组形成对比，并根据施工的面积来确定压裂车的数量，尽可能的减少占地面积。

（2）装备的购置成本。在对电动橇装压裂机组进行购置时所需要的购置费要比常规的压裂车组的费用成本低一半左右，这主要是因为电动橇装压裂机组中的压裂泵功率得到了有效的提升，从而使需要购买装备配置的数量不断减少。因此，在对此类装备进行购买时，不仅可以使购置成本降低，还可以使压力工程的施工效率得到有效提升。

（3）施工的使用成本。与常规的压裂机组进行比较，全电动压裂机组与混动压裂机组的使用成本都是比较低的，但相对而言全电动压裂机组的使用成本是最低的。当对页岩气进行开发时，选取全电动压力机组可以使预期的施工使用成本节省一大部分。

（4）节能减排。随着社会的不断发展，对空气质量的要求也变得愈加严格了。利用电力对页岩气进行开发是十分绿色与环保的。以往在使用常规的压裂机组进行工作时，所产生的一氧化氮和二氧化氮的排放量是较大的，但应用电动压裂机组后就可以使这些有害气体达成零排放。不仅如此，还可以使施工现场的噪声得到一定程度的减弱。

4 结语

综上所述，利用电力对页岩气压裂规模进行开展，具有较强的可行性。不仅可以使施工和投资风险得到降低，还可以实现绿色开发。因此，不断的对其进行分析与推广，使其在施工时变得更加标准与规范，这为今后开展页岩气压裂规模来说提供了一定的技术保障。