压裂车DOC

第2章压裂车机组
2．1 压裂机组概述
压裂、酸化施工作业是改造油气藏的重要手段之一，压裂施工是通过注入高压流体使井底地层形成具有足够大小的填砂裂缝，以增加油气的流动性，提高油气采收率的一种有效方法，对于低渗透油气井需要借助于压裂和酸化作业才能达到稳产的目的。

这些工艺都要通过压裂设备来完成，所以压裂设备的发展直接影响着压裂、酸化工艺的发展。

一套压裂设备包括多台压裂泵车、1~2台混砂车、一台压裂仪表车、地面管汇和其他辅助设备。

在施工过程中混砂车将压裂液、支撑剂和各种添加剂混合完成后，通过连接管汇提供给多台压裂泵车，压裂泵车将混合液进行增压，通过高压管汇汇集后注入井底，压裂仪表车对作业全过程进行监控并进行施工分析和记录。

2．2 常用压裂泵车
压裂车泵主要由运载底盘、车台柴油机、传动机构、泵体传动等四大件组成。

压裂泵是压裂车的工作主机。

现场施工对压裂车的技术性能要求很高，压裂车必须具有压力高、排量大、耐腐蚀、抗磨损性强等特点。

2．2．1 YL70-670型压裂车（700型）
1．整车概况YL70-670型压裂车的工作只要是通过车台发动机（CAT C-18）、传动箱（艾利逊S6610M）、卧式三缸单作用柱塞泵来实现的，整个过程的控制都可以在操作室内完成。

压裂车装有自动保护装置。

在进行压裂施工作业时，操作人员可将仪表台上的工作压力进行设定，当实际工作压力超过这一设定压力时，超压保护装置可立刻使车台发动机回到怠速状态。

YL70-670型压裂车还具有泵工作排量的实时显示功能，因此操作非常方便。

该设备工作压力高、排量大，可用于浅井、中深井、深井的小型压裂、酸化作业，也可用于压井、洗井、冲砂等施工作业。

其最大工作压力为65MPa，最大理论排量为1.58m³/min。

2．标准配置YL70-670型压裂车主要由车载底盘、车台发动机（CAT C-18）、传动箱（艾利逊S6610M）、3ZB70-670型卧式三缸柱塞泵、计量罐（2m3）、气路系统、润滑系统、电路系统、管汇系统、操作室等组成。

3．主要技术性能参数（表2-1）
表2-1 YL70- 670压裂车性能参数
4．主要配置及其参数
（1）载车底盘：YL70-670型压裂车底盘配备北方奔驰（ND125F50J6×6国Ⅲ），发动机型号为WP10.375，功率为276kW，最大扭矩为1460N·m，车辆的最大速度为84km/h。

（2）车台发动机：采用CAT C18型车台发动机，该柴油机的功率为522kW （700hp），电启动方式。

（3）车台传动箱：配有艾里逊（ALLISON）S6610M型机械液力传动箱。

该机械液力传动箱的参数如下：
最大输入功率：503 kW（675hp）；
最高输入转速：2500r/min；
最大输入扭矩：3075N·m；
传动箱传动比：i1=4.00；i2=2.68；i3=2.01；i4=1.35；i5=1.0；i6=0.67 该车的六档一般不用。

（4）柱塞泵总成：该车采用3ZB70-670型卧式三缸柱塞泵（柱塞直径为
Φ101.6mm），柱塞泵由动力端和液力端两部分组成。

该泵的性能参数见表2-2：
表2-2 3ZB70-670型柱塞泵的性能参数
动力端由小齿轮轴、主轴、泵壳、连杆、十字头等部件组成。

其动力传动方向是：小齿轮通过一对齿轮传到主轴上，主轴通过连杆、十字头将动力传递到液力端。

动力端的最大输入功率为670kW，输入扭矩为11926 N·m，齿轮齿形为
渐开线，齿轮的传动比为5.619，曲轴的偏心距为101.6mm，齿轮、曲轴和支撑轴承采用齿轮泵强制润滑，润滑油压为0.1~0.5MPa。

液力端主要由泵头体、柱塞、盘根、吸入排出凡尔及凡尔座、排出管口、吸入管口等组成。

泵头体采用整体式合金锻件。

泵液力端结构紧凑，易损件更换方便。

（5）仪表：该车的仪表主要是对施工过程的超高压预警进行设置、零点校准、赠以修正。

超高压预警设置：该控制仪可任意设置超压报警值，一旦压力超过预先设置的超压报警线，该控制仪立即输出超高压报警信号，控制车辆进入怠速状态。

零点校准：该控制仪可校准信号零点，以免在测量中出现误差。

增益修正：该控制仪通过修改参数，可修改输入信号的放大倍数。

此外，该控制仪可模拟压裂施工过程，输出超压复位信号。

在寒冷的气候条件下，可采取加温措施，一旦温度达到可工作的温度，自动停止加温，该控制仪具有防水防震功能。

（6）吸入管汇：吸入管主要配备4"主管线，有四个吸入口，其中一个吸入口与计量罐底部的管口相连，另外三个分别在车尾和柱塞泵前侧，其管口的开启是由4"启动蝶阀来控制的。

（7）排出管汇：排出管分为两个通路。

一个通路是从泵排出口通过旋塞阀排入计量罐中，另一个通路是从排出口直接排到地面管汇，上排部分由2"高压管汇、2"旋塞阀、2"球阀等高压元件组成。

下排部分由2"高压管汇、2"旋塞阀等高压元件组成。

排出管汇的实验压力为65MPa。

（8）润滑系统：润滑系统由动力端润滑系统和液力端润滑系统两个部分组成。

动力端润滑系统由动力端润油泵、动力端润滑油箱、液压管线油压表、油滤器、溢流阀、回油管等组成。

动力端润滑系统的润滑油从液力机械传动箱取力的液压油泵提供。

润滑系统的回油靠油自流来实现。

液力端润滑系统由液力端润滑油箱、压力表、气动隔膜泵、油水分离器、润滑油管线、分配阀、油槽、滤清器等组成。

（9）气路系统：本车的气路系统由车台发动机提供气源，其功能主要是为气动隔膜泵提供动力、为蝶阀的开闭提供动力。

（10）空调系统：操作室内安装有空调，空调压缩机由发动机驱动。

（11）操作台：操作台由操作室和操作仪表组成。

操作台是整车的控制中心。

（12）电路系统：电路系统为整车的控制部分，电路系统的各电器元件主要集中在操作室内的仪表台上。

5．整车特点YL70- 670压裂车在作业时，底盘发动机可停止工作，作业动力室靠车台动力装置提供的。

在作业状态时，动力传递是由发动机经液力机械传动箱、传动轴到压裂用柱塞泵的动力端，动力端通过主轴上的连杆带动液力端的柱塞作往复运动，动力端润滑油通过液力机械传动箱取力的润滑油泵提供，液力端润滑系统的润滑油通过空气压缩机提供的气源，带动液力端润滑油箱上的气动隔膜泵工作。

压裂车的操作和控制都在操作室内进行，整车的操作和控制非常方便，设备安装有自动超压保护装置，当柱塞泵的实际排出压力值超过预先设定的压力值时，该装置能够使发动机回到怠速状态，以确保设备和人身安全，操作室前后配有照明灯，适合夜间作业。

2．2．2 BL1600型压裂车（1650型）
1．整车概况BL1600型压裂车是由美国SS公司制造的。

该设备工作压力高、排量大，可用于浅井、中深井、深井的小型压裂、酸化作业，也可用于压井、洗井、冲砂等施工作业。

其最大工作压力为103.4MPa，最大排量1.515m3/min。

最大理论的工作只要是通过车台发动机、传动箱（ALLISON CLT9880型）、卧式三缸单作用柱塞泵来实现的，整个过程的控制都可以在操作室内完成。

压裂车装有自动保护装置。

在进行压裂施工作业时，操作人员可将仪表台上的工作压力进行设定，当实际工作压力超过这一设定压力时，超压保护装置可立刻使车台发动机回到怠速状态。

该泵车的具体作业参数见表2-3：
表2-3 BL1600型压裂车作业参数表
2．主要配置
（1）载车底盘：使用美国国际收割机公司制造的IHC COF5870/6×4型底盘车，发动机型号为DDA6V-92TA，属于二冲程、涡轮增压、二次冷却式柴油机，功率为246kW/2100 rpm，最大扭矩1304N·m /1200 rpm。

（2）台上发动机：使用美国底特律柴油机阿里逊公司制造的DDA 16V-149TI 型柴油机，柴油机类型为二冲程、涡轮增压、中间冷却式柴油机、16缸、V型排列，额定功率为1342kW（1800HP）/2050rpm，最大扭矩为7022N·m/600 rpm。

（3）传动箱：使用ALLISON CLT9880型变速器，类型为单级，多相，三元件，行星齿轮式液力变矩器，最大输入转速为2100r/min，最大输入净扭矩为6649N·m，最大输入净功率为1268kW，锁定转速为1500r/min，可以进行手动、远控或电动换挡。

（4）压裂泵：配备美国OPI公司制造的OPI1800AWS型三缸单作用柱塞泵。

额定功率为1342kW（1800HP），柱塞直径为101.6mm，冲程为203.2mm，动力端减速比为 6.353，最大工作泵冲数为330min-1，液力端最大工作压力为123.5MPa，
3．结构特点
（1）该车前后均无拖车钩，现场作业中需要拖车时不便。

此外，液压油箱排出管线位置太低，越野行驶中易碰坏，油箱位置太高、加油不方便；随车面板裸露，易受气候影响。

（2）该车在工作压力103.4MPa下能输出排量0.688m3/min，其水功率高达119kW，适用于大型高压压裂、酸化作业。

此外该车压裂泵柱塞推力可达1001kN，相应液力端最高工作压力可达123.5MPa，因而具有一定超负荷能力。

特殊情况下，如果能把排出管汇工作压力相应提高，该车可在123.5MPa压力下短期工作。

（3）压裂泵须保证吸入压力不低于345kPa，否则会产生气蚀，降低泵头使用寿命，尤其在高压作业和泵注高粘度液体时，更为严重。

（4）现场作业前，应对使用的全部管汇按工作压力进行试压，以确保作业顺利与安全。

2．2．3 YL105－1490型压裂车（2000型）
1．整车概况YL105－1490型压裂车（2000型）是一种在底盘车上装有一台卧式三缸高压柱塞泵或五缸高压柱塞泵的移动设备。

如SJX5360TYL105压裂车上安装的是三缸柱塞泵，SJX5341TYL105压裂车上安装的是五缸柱塞泵。

图2-1 2000型压裂泵车
1—底盘车 2—液压系统 3—车台发动机冷却水箱4—网络控制箱 5—车台发动机
6—液力传动箱 7—刹车装置 8—传动轴 9—压裂泵 10—吸入管汇 11—排出管汇该该压裂车主要由底盘车和车台两部分组成，底盘车主要是完成整车移动和为车台发动机启动液压系统提供动力，台上部分是压裂泵车的工作部分，主要由发动机、液力传动箱、传动装置、柱塞泵、吸入管汇、排出管汇、安全系统、燃油系统、动力端系统、液力端润滑系统、动力端润滑系统、散热系统、电路系统、气路系统、液压系统、仪表控制系统、远控箱、加热炉总成等组成，该车的主要工作原理是通过底盘车取力带动一个液压油泵，油泵驱动车台发动机的启动马达，启动车台发动机，车台发动机所产生的动力，通过液力传动箱和传动轴传送到大泵动力端，驱动压裂泵进行工作，压裂泵将压裂液吸入吸入管汇，经泵增压后由高压排出管排出，注入井下实施压裂作业。

设备操作控制是在仪表车或网络远控箱或车旁控制箱上进行的。

操作控制系统对发动机的控制主要是发动启动、油门、停机或紧急停机，同时有发动机高水温低油压报警指示灯，发动机转速显示等；对液力传动箱的控制主要是换挡、解锁及复位操作。

同时显示传动箱的闭锁状态，以及对液力传动箱高油压低油温报警指示等；通过超高压保护表来限制大泵最高工作压力，同时在控制面板上能显
示大泵的工作压力和流量，有大泵超压报警功能，大泵润滑油温高、油压低设有报警指示灯。

该设备还配有超高压保护装置和机械超压保护安全阀。

自动超压保护装置采用电控形式，施工时，可根据现场作业的压力需要，设定任一压力保护值，在进行压裂施工作业时，操作人员在控制面板上调定最高安全施工压力，当实际排出压力超过这个值时，超压保护装置起作用使柴油机快速回到怠速状态，当超压解除后，可以立即重新启动柱塞泵进行工作，机械超压保护安全阀是根据压力泵车的最高工作压力预先设定的压力保护值，当工作压力超过设定值时，安全阀泄压，从而起到安全保护作用。

该设备主要用于油气田深井、中深井、浅井的各种压裂作业，还可以用于水利喷砂、煤矿高压水利采煤、船舶高压水利除锈等作业。

它可以单机进行压裂作业，也可以联机作业。

2．主要要性能参数YL105- 1490压裂车性能参数根据车台上装有的柱塞泵的缸数不同而不同（表2-4）。

表2-4 YL105- 1490压裂车性能参数
3．主要配置及其参数
（1）载车底盘：YL105- 1490型压裂车底盘主要选用德国“梅赛德斯（Mercedes-Benz）”ACTROS4144（4143）8×6（8×4）底盘，该车采用前后双桥，稳定性较好，由于是公路用底盘，作为压裂车底盘，底盘大梁必须进行加固，才能满足油田的道路要求。

底盘大梁加固现采用Benz加装副大梁的方式。

发动机型号为OM501 LA，V6涡轮增压中冷，功率为430HP（315kW），最大扭矩为2000N·m/1800r。

（2）车台发动机：采用CAT 3251B型车台发动机，该柴油机的功率为1678kW （2250BHP）/1900r，最大扭矩为8434N·m/1900r。

液压启动方式。

（3）车台传动箱：配有艾里逊（ALLISON）S9810M型机械液力传动箱。

该机械液力传动箱的参数如下：
最大输入功率：1678 kW（2250HP）；
最高输入转速：2100r/min；
最大输入扭矩：8271N·m；
传动箱传动比：i1=3.75；i2=2.69；i3=2.20；i4=1.77；i5=1.58；i6=1.27；
i7=1.00；i8=0.72
（4）柱塞泵总成：YL105－1490型压裂车所使用的压裂泵有两种：一种是3ZB105-1490型卧式单作用三缸柱塞泵；另一种是5ZB105-2500轻型卧式单作用五缸柱塞。

3ZB105-1490型三缸泵由一个动力端总成和一个液力端总成组成。

有多种不同的泵头体以适应几种不同规格的柱塞以获得不同压力和流量。

该泵的额定最大功率为1491kW（2250HP），冲程为203.2mm（8″），柱塞直径有33/4″、4″、41/2″、5″四种规格。

其性能参数见表2-5（表中流量的单位为L/min；压力单位为MPa）：
表2-5 3ZB105-1490型柱塞泵的性能参数
5ZB-2500轻型五缸柱塞泵其额定最大功率为1866kW（2500HP），冲程为203.2mm（8″），柱塞直径可在31/2″~63/4″之间选择，以满足施工时不同压力和流量的要求。

所有不同直径柱塞的液力端所配的动力端是相同的，该泵的具体性能参数见表2-6（表中流量的单位为L/min；压力单位为MPa）：
表2-6 ZB105-2500型柱塞泵的性能参数
液力端主要由泵头体、吸入和排出阀总成、柱塞、盘根、凡尔及凡尔座等组成，在吸入口处装有吸入空气稳压器。

柱塞表面喷镀耐磨合金粉，具有良好的耐磨性及抗腐蚀性。

柱塞密封由V形盘根、盘根压环和盘根座圈等排列构成。

（5）柱塞泵的润滑系统：压裂泵的润滑系统包括动力端润滑系统和液力端润滑系统。

动力端采用连续式压力润滑。

由S9810M传动箱取力器（PTO）驱动润滑泵进行润滑。

动力端润滑系统包括溢流阀、滤清器、油压表、管路和润滑油冷却器及储油箱等组成。

储油箱带液位指示器，操作人员可以方便地观察油面和油位。

动力端的润滑油是通过发动机散热水箱提供冷却，配有节温器。

液力端柱塞、填料密封圈采用气压式连续压力润滑。

设备挂挡后可以自动启动盘根润滑系统，当传动箱挂倒挡后会自动切断气源，气动隔膜泵停止工作。

该系统包括所有为柱塞提供润滑的机油池和所必需的附件。

在液力端的下面装有回收润滑油的滴液盘，通过一个带阀门的三通，可以使回收的润滑油流向润滑油罐或流向外接放油口，流回润滑油罐的管路上配有Y型过滤器。

液力端润滑油箱内部通过隔板分为净油侧和污油侧两部分，隔板顶部开口，通过过滤网将净油侧和污油侧连通。

气动润滑泵从净油侧吸油，回收的污油流回污油侧的底部，经沉淀过滤后从隔板的顶部流向净油侧，净油侧和污油侧的顶部都放油丝堵，侧面均有液位指示器。

润滑油箱顶盖用螺栓和箱体固定在一起，便于拆装。

（6）液压系统：2000型压裂车根据结构形式的不同有两种不同的液压系统。

一种是立式水箱；另一种是卧式水箱。

立式水箱：车台发动采用立式水箱安装，通过飞轮皮带直接驱动风扇叶片的方式。

液压系统负责车台发动机的启动，它来自于汽车底盘取力器驱动的液压泵，车台发动机可以配置单或双液压启动马达，通过转换阀实现分别或同时启动（本车配置双启动马达，并同时工作），由于液压系统只是在发动机启动的短时间内工作，所以不需要配备液压冷却系统。

卧式水箱：车台发动机采用卧式水箱安装，冷却水箱的风扇叶片通过液压马达驱动，液压系统由两部分组成：一是负责车台发动机的启动，它来自于汽车底盘取力器驱动的液压泵，车台发动机可以配置单或双液压启动马达，通过转换阀实现分别或同时启动；二是通过底盘取力器（作业时启动底盘发动机）或者传动箱取力器（正常作业时底盘发动机不工作）安装的液压泵，驱动多通道水箱风扇马达。

并在压裂车主控箱上设置强制冷却开关。

风扇的开启可以通过设置在发动机和传动箱上的温控开关实现自动开启。

由于液压系统在施工过程中始终处于工作状态，所以液压系统液压油需要经过发动机水箱的通道通过风扇进行冷却。

液压系统包含有与之相关的设备，如油箱、滤清器、溢流阀、单向阀等，以确保系统的完整和功能话。

（7）吸入管汇：为适应压裂泵大流量输出和井场管线的连接，吸入管线通常采用两个上水接口。

每个接口包括4″蝶阀和外扣或者内扣由壬接头。

分别装于车后，离地高度适当，吸入歧管向下倾斜，可确保管线内部留残余液。

在泵头体每个吸入口的下方装有顶杆，便于作业完成后排空泵腔内的液体。

吸入管汇上装有一个缓冲器以保证压裂泵工作时吸入阀体的稳定性。

为适应CO2作业，整个吸入管汇需要保证承压2.45MPa以上。

当进行CO2作业时，应将缓冲器拆除，并安装随机配置的堵板。

（8）排出管汇：2000型压裂车根据配置柱塞直径的大小可选用2″或者3″的排除管汇。

当最大流量大于1.5m3/min时，通常采用3″的排除管汇。

为便于排出管汇与压裂泵的连接，通常在泵的液力端出口与高压直管之间通过“50”型或者“10”型活动弯头连接。

高压排出管横向固定在车尾部，施工中应打开支架固定销，将排出管线放在地面并进行支撑。

排出接口可以选择外口由壬或者内扣由壬，在压裂泵的另一端出口装有压力传感器，与超高压保护装置进行连接，为提高设备的安全性，在排出管汇上增加一套105MPa安全阀。

（9）加热炉装置：为保证泵车能够在冬天或高寒地区正常作业，2000型压裂车配有加热装置。

在车台柴油机的前端装有柴油加热器，为车台柴油机的冷却液进行加热。

柴油加热器通过主控台上的开关开启，加热炉自带水泵循环发动机冷却液，同时对发动机油底壳进行加热。

待温度达到要求后，需人工关闭电源，三分钟后加热炉会自动停止工作。

加热器的进水和出水管线分别与发动机水道连接，进出口均设有阀门。

在启动加热装置之前，必须开启两个阀门与水道连通。

加热过程完成后，应将两个阀门关闭。

（10）气路系统：气路系统由汽车底盘和车台发动机提供气源。

在压裂车的主控箱上安装有气压表，可以观察气压的大小。

气压系统的功能是控制压裂车刹车系统及为泵的液力端润滑供气。

刹车装置采用电控气的方式，通过传动箱的换档开关进行控制。

当换档开关置于刹车档时，刹车气缸推动刹车毂工作；当换档开关置于非刹车档时，解除刹车。

液力端的润滑系统具有自动控制功能。

当启动车台发动机后，系统自动开启液力端润滑系统气源，推动润滑气泵为压裂泵盘根提供润滑。

当传动箱换档开关置于刹车挡位置时，由于压裂泵处于非工作状况，系统会自动切断液力端润滑系统气源，停止对盘根的润滑。

（11）冷却系统：2000型压裂车根据结构形式的不同可以采用多种形式的冷却系统。

当采用卧式水箱布置时，整个冷却系统由五部分组成：
第一部分是为车台发动机冷却。

采用载车底盘驱动液压泵并带动发动机水箱风扇冷却卧式散热器，此方法可以尽量保证压裂泵得到最大的输入功率。

但施工过程中底盘发动机必须连续工作。

采用从传动箱取力驱动液压泵并带动发动机水箱风扇冷却卧式散热器，此方法会消耗车台发动机的功率，施工过程中底盘发动机除驱动车台发动机的液压启动系统的瞬间工作外，可以停止工作。

第二部分是为压裂泵的动力端润滑油提供冷却。

采用热交换或者多通道（发动机）散热器的方式，通过发动机的冷却水或者发动机风扇冷却传动箱润滑油。

第三部分是为压裂泵的动力端润滑油提供冷却。

采用多通道（发动机）散热器的方式，通过发动机风扇为压裂泵的动力端润滑油提供冷却。

第四部分是为车台发动机的燃油系统提供冷却。

采用多通道（发动机）散热
器的方式，通过发动机风扇为发动机燃油系统提供冷却。

第五部分是为液压系统提供冷却。

采用多通道（发动机）散热器的方式，通过发动机风扇为液压系统提供冷却。

冷却风扇由液马达驱动，转速可自动控制（高速和低速），随温度的升高自动加快；也可采用手动控制方式,使风扇始终高速运转。

当采用立式水箱布置时，压裂车的冷却系统由四部分组成：
第一部分是为车台发动机冷却。

通过发动机直接驱动水箱风扇冷却立式散热器。

第二部分是为液力传动箱的润滑油提供冷却。

采用热交换或者多通道（发动机）散热器的方式，通过发动机的冷却水或者发动机风扇冷却传动箱润滑油。

第三部分是为压裂泵的动力端润滑油提供冷却。

采用多通道（发动机）散热器的方式，通过发动机风扇为压裂泵的动力端润滑油提供冷却。

第四部分是为车台发动机的燃油系统提供冷却。

采用多通道（发动机）散热器的方式，通过发动机风扇为发动机燃油系统提供冷却。

（12）刹车装置：变速箱与传动轴的连接处装有刹车装置，当发动机在运转或变速箱处于空档时，防止其输出轴带动泵运转。

或者当超压保护后，刹车装置自动启动。

该刹车的气源由底盘储气筒提供。

（13）安全保护装置：为保证压裂车在施工过程中的安全，该车设置有两套安全系统。

采用压力传感器，将施工中的压力变化转化为电流的变化。

施工前首先设定工作安全压力，当压力达到设定压力值时，超压保护装置输出信号给发动机调速器，发动机在得到控制信号后会立即回到怠速状况。

采用机械式安全阀。

产品在出厂时根据设备的承压最高值进行调定。

其功能是在施工或者试压过程中，压力达到调定之后，安全阀会自动开启泄压（泄压到卡车底部），当泄压完成后，安全阀会自动关闭。

该安全阀的设定是为了保护压裂泵和整个高压管汇系统的安全。

安全阀设定值的调定在出厂前进行调定。

（14）控制和仪表系统：所有仪表、开关和控制按钮标识清晰。

所有接线、接头标记清晰。

压裂车可配置两种操作系统：单车控制系统或网络控制系统。

（15）台上仪表箱：YLC105-1490型压裂车所选用的发动机综合显示仪可以。