压裂装备发展现状及发展趋势探讨

压裂装备发展现状及发展趋势探讨
山东省东营市257000
摘要：国内压裂设备的发展经历了无处不在的从小到大的发展过程。

至此，
我国深密页岩油气已进入大规模开发阶段，2500、3000型压裂设备已成为我国页
岩气开发和大型压裂工程的主要设备。

在压裂工程上应用大规模压裂设备多年后，电力利用率低，设备使用不合理，尤其是设备配置不会随着施工方式的变化而改变。

科学合理地使用设备对于工程服务提供商延长设备寿命和降低施工成本至关
重要。

与此同时，国家排放标准的提高和对车辆公布的限制对大规模削减和配置
压裂设备提出了新的要求。

结合我国重点页岩天然气压裂工程现状，从分析压裂
施工设备应用数据入手，分析压裂设备使用缺陷，结合今后的工程需要提出解决
问题的方法和建议。

关键词：压裂装备；发展现状；发展趋势
引言
压裂装备主要包括压裂泵注设备、混砂设备、压裂料存储设备和压裂管汇等。

压裂施工时，压裂液、支撑剂等压裂材料按设定配料方案通过混砂设备搅拌均匀，再由往复式泵注设备加压至需要的压力(可高达140MPa)，经压裂管汇、井口进入
井筒。

重点介绍了压裂设备中的泵注设备等核心设备的国外和国内发展现状，给
出了国内压裂设备电驱化、核心设备单机大功率化的发展趋势，结合国内压裂工
艺技术的发展，给出了超长冲程超低冲次压裂泵、支撑剂新工艺流程，指出了压
裂装备自动化和智能化发展方向，对提高我国压裂装备技术的水平、保障国家油
气安全具有重要的意义。

1国内外压裂装备实质发展情况
目前，许多大型压裂设备公司都设在美国，美国也是压裂设备的主要生产国，其中许多公司的产量达到了世界最高水平。

他们将根据工程需要进行调整，以改
进压裂设备的施工过程。

对于地形比较平坦、道路交通比较畅通的一些地区，主
要使用2000型设备，并采用了相应的拖车结构。

由于区域因素，大多数美国不
需要使用大型设备来工作，因此北美地区没有进行过研究1970年以来，中国油
田开始从国外进口相关设备，初始阶段主要是1000型，逐步转变为1400-1800
型破碎车辆。

在中国快速发展的过程中，相应的项目规模越来越大21世纪以来，中国主要从事2000型国外设备的工作。

目前，2000型压裂设备主要由外国公司
提供，广泛应用于该国的主要油田。

1980年，中国还开始独立开发相关设备，从
最初的800型逐步发展到2000型。

随着时间的推移，随着中国工程规模的扩大，21世纪初，中国自主研发了2500型破碎机，从性能上来说更加稳定，也适用于
中国的工程项目。

目前，中国已经有3000型裂纹汽车，能够更好地适应巨大的
工程需求，同时提高工作效率。

2典型的压裂装备与技术
2.1车载压裂装备技术
嵌入式压裂设备技术基于传统车辆结构，通常是将设备安装在重型底盘上。

我国研制了3000型压载车，其底盘配备了Mercedes 4151重型场地、
MTU16v4000发动机和TWINTA90-8701或CATTH55变速箱。

车辆总重量为45吨，
最大工作压力为140MPa。

3000型压裂机车一般采用三缸活塞泵，大缸位置幅度大，位移变化大。

与2500型裂纹汽车相比，3000型最大压力相同，最大位移增
加6.6%。

与2000型相比，3000型位移增加不明显，最大工作压力相同，因此3000型无法升级。

对于受质量和尺寸影响的嵌入式结构裂纹汽车，希望使用平台
增强设备设计大功率和稳定性能的裂纹汽车有一定的限制。

2.2涡轮驱动压裂装备技术
以美国为代表的少数国家已经将涡轮发动机技术应用于压裂设备。

与驱动电
机相比，涡轮发电机设备单元具有较大优势，轻、小、单位质量输出功率也比较大，装配运输非常方便。

涡轮发电机也有缺点。

例如，采购成本高、热效率低、
运营成本高、用户培训过早、售后维修和更换昂贵的备件。

目前，国产涡轮发动
机压裂设备仍在现场进行工业试验，尚未正式投入生产。

3压裂装备发展趋势
3.1电动压裂装备的应用
电气压裂设备具有零排放、低噪音、低运行和维护成本等特点，已开始在美国的大型压裂项目中试验使用。

页岩天然气开发区块主要集中在西南山区，电力资源比较发达，目前大部分钻井都是用电平台进行的。

电网电直接连接变频调速柜-电压，控制箱通过电缆连接电动履带，破碎机控制单元通过网线对仪表车进行集中控制。

电气压裂设备可采用双电机泵或单电机泵驱动模式，因为驱动变频可实现电机的非极性调速功能，电机恒转矩输出和长期连续运行特性均可节能可以根据配置的功率大小选择电压等级，如果硬盘功率小于3300kW(与当前电钻设备相同)，则电压等级可达600V。

电气压裂设备的研究和开发已被纳入第十三个国家科学技术特别五年计划，国内制造商提出了页岩气开发电气压裂设备系统计划，该计划正在实施中。

3.2压裂装备的自动化、数字化和智能化
以前，国外压裂装备在控制系统自动化方面优势明显，近年来，随着国内科技的不断发展，国产压裂装备控制系统已能和国外并驾齐驱，并能根据用户要求实现自动化定制。

在今后的压裂装备发展中，自动化控制和智能化进程将会是必然趋势。

发展的关键在于指令执行过程中控制信号的抗干扰能力以及执行单元的响应速度和准确度。

控制系统同时应具有兼容性，能使不同厂家装备实现互联并网控制，这样易于操作，便于培训。

从目前国内压裂设备配套发展来看，需要尽快建立压裂装备数字化、自动化的行业标准，以实现控制、数据采集系统的高度兼容、统一。

但是，在实现高精度的自动化控制进程中，还需同时留配手动或半自动控制方式，将其作为储备手段进行辅助。

随着模拟、数字技术的成熟，压裂现场运用大量数字化技术，目前已经可以实现高压区巡视、液位远程监控、高低压闸门远程控制等功能，结合前文提到的井场一体化和模块化，利用数字系统可实现远程监控、指挥。

基于数字化和智能化的不断发展，无线传输不受空间限制且其具备简洁快速的特点，将来的应用前景必将一片光明。

3.3提升整体装备控制及数据管理能力
从离散独立控制到集群同步控制的压裂设备改造，从现场控制到自动控制，是近年来我国压裂设备控制系统的生产方向。

应利用大功率电磁辐射环境、山区雷暴天气、设备连接节点、通信信号的安全和处理方法、不同频段混合电磁兼容性保护，如生产中的特种攻关通过深入研究各种混合采集方法，如探测、无线电频率、工业网络和云，对压裂设备的运行数据进行了有效的收集、采集和分类。

采用数据传输和加密方法，选择数据加密传输协议和加密传输方法，确保数据的安全性和及时性，并进行压裂工程数据库的建设。

结束语
将压裂装备电驱化、体积小型化、功能模块化，压裂泵单机功率大型化、超长冲程超低冲次的发展方向与飞速发展的数字化和智能化技术相结合，应用物联网技术，可实现压裂装备的跨越式发展。

结合我国压裂作业特征，跟踪世界压裂装备与技术发展动向，把握世界压裂装备与技术发展脉搏，调整和优化当前压裂装备与技术的研发方向，提前做好技术储备，促进我国能源装备的长足发展，对保障国家的石油战略安全有着重要意义。

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