用于石油矿场作业的新型混砂车的研制及应用

甘肃科技

Gansu Science and Technology

第35卷第5期

2019年3月

Vol.35 No.5Mar. 2019

用于石油矿场作业的新型混砂车的研制及应用

何义文

（兰州矿场机械有限公司，甘肃兰州730070）

摘要：石油压裂技术在石油开采过程中起着重要的作用，混砂车就是压裂施工的主要设备之一，混砂车性能的优劣

直接影响压裂施工作业的成功与否，从而影响原油增产措施效率的高低,最终导致原油的产量。混砂车的供液系统、传

动系统和输砂系统是混砂车的核心组成部件，其稳定性、可靠性和安全性影响着压裂施工作业的整体工作效率，因而 研制出更高效、更可靠、更实用的新型混砂车是提升油气产量的一个重要途径。

关键词：混砂车；供液系统；传动系统；输砂系统；石油矿场作业中图分类号:TE938

1概述

混砂车是一种应用于石油矿场压裂施工现场 作业的关键主要设备，通常需要在井场现场根据工

程实际需求，配制加砂压裂施工使用的混砂液或酸

液，再由混砂车中的砂泵将加砂液或加砂酸液输送 给压裂车。目前在石油钻采压裂作业过程中，由于 页岩气逐渐开采，煤层气的常规开采，油气井深度

的增加，油井施工场地面积较小，并且大多井位于 山区特殊地段，施工作业持续时间长，对压裂施工 提出了较高的要求，在压裂施工作业中要求压力高

排量大，施工作业时间长，这样设备的使用损坏周 期和施工危险性就增大，直接导致施工总体难度增 大。为了改变这种情况，就需要对混砂车及相关配

套设备（压裂车、混配车、平衡泵车、仪表车、压裂管

汇车、压裂运砂车、洗井供液车等）进行升级改造， 而混砂车的供液系统、输砂系统和传动系统是混砂 车的核心组成部件，其稳定性、可靠性和安全性影

响着混砂车的工作效率，担负着安全高效生产的重 任。石油矿场机械作业的现场，绝大多数都处在自

然条件恶劣的深山老林、荒漠戈壁，地形复杂，地势

崎岖不平，交通不便，混砂车一旦启动就需要长时 间持续工作，一旦停运，后续工作都将停止，因而研

制新型的高效可靠、长时间安全正常工作的混砂车 就非常重要。

2混砂车原理与作用

2.1油气压裂技术

压裂是指利用水力作用，往油气井中注入压裂 液并形成高压，使油气层形成裂缝的一种方法，主要 作用是为了增加油气的渗流能力，提高油气产量。油

气压裂技术在石油开采过程中起着重要的作用.油

井水力压裂的基本原理，是用高压液体将油层岩石 压开裂缝，为了防止施工后裂缝闭合，在压裂液中加

入一定比例的支撑剂。一般支撑剂多用0.8~1.2mm 的石英砂。当压裂施工完毕后，石英砂便留在油层裂 缝中，以提高油层的渗透率，达到增产的目的。混砂

车在施工中的主要任务就是向压裂车泵送按要求配

制好的携砂液体，以便把支撑剂均匀的送入油层裂 缝中。

2.2混砂车功能

混砂车是油田压裂施工的主要设备之一，其主 要功能是将液体和多种支撑剂、压裂砂按照一定的

比例要求进行混合，然后将混合好的液体以一定的 压力输送到压裂车的压裂泵，压裂泵再对混合液加

压后挤入井底岩层。目前各油田普遍采用的配制水 基压裂液在固定的配液站，缺少移动性和现场施工

的灵活性等问题，虽然也出现了用于水基压裂液混

配的配液车，但在大型石油矿场使用时显得功能单

一，不能实现混砂等多项功能，作业效率较低，工人 劳动强度大，施工效率低。因此.研制多功能的混配 车是非常有现实意义和市场前景的。

*基金项目：甘肃省中小企业创新基金项目（编号：17CX1JA111）O

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2.3混砂车结构

混砂车一般选型成熟的载重卡车底盘为载车，在其上安装副车架、柴油发动机、离合器、分动箱、供液泵、砂泵、液添泵、混合罐、螺旋输砂器、操纵室及控制系统和管汇系统等部件。

由于混砂车的施工作业的自然条件，尤其是道路条件较差，对底盘车的性能可靠性要求高，要综合考虑各个因素，特别是越野性能要良好。副车架是由型钢组焊而成的一个金属结构，在它上面铺有花纹板，用U形螺栓将其固定在汽车大梁上，由它支承各组成部件和作为工作台用，台上装置有扶梯、管架等。柴油发动机选用性能好、额定功率达到涉及标准以上的机型。分动箱根据整体配置自行设计制造，有三个输出口，分别带动一个双联泵及一个三联泵，为供液泵、两个输砂器、混合罐搅拌和液体添加剂泵提供动力，另外一个输出口驱动砂泵。砂泵和供液泵可采用仿米氏泵。混合罐型式为椭圆形带机械搅拌。螺旋输砂器由筒身和装有螺旋的叶片轴组成，当叶片轴旋转时，砂子沿螺旋槽斜面移动，达到输送的目的。

3混砂车核心系统

混砂车的核心系统主要由供液系统、传动系统和输砂系统三部分组成。

3.1供液系统

供液系统主要由供液泵、混合罐、砂泵、控制阀及连接管线组成，作用是把压裂液和砂子均匀混合后输送给压裂车，并给压裂车提供一定的压力，从而可有效的减少压裂泵的震动，还可防止发生吸空的现象。

砂泵作为混砂车供液系统的主要部件，其作用是将混合罐中混合好的加砂液或加砂酸液输送给压裂车。在新型混砂车研制中，砂泵技术的升级改制是核心，一是解决了在输送过程中，砂泵叶轮前端面与泵壳吸入口端面及叶轮后端面与右衬板之间有间隙，间隙当中有大量砂粒通过，叶轮高速旋转时，使砂粒与砂泵吸入口端面及右衬板端面摩擦，使泵壳吸入口端面及右衬板变薄，导致砂泵叶轮前端面与泵壳吸入口端面及叶轮后端面与右衬板之间间隙增大，砂泵排量及压力逐渐降低，直至无法满足施工要求的问题；二是解决了在加砂酸化压裂时，砂粒的摩擦和酸的腐蚀会加快泵壳吸入口端面及右衬板变薄的速度的问题；三是解决了各大油田为了提高采油量纷纷采用几十方砂量的大砂比、大排量压裂技术，并且将原来加砂压裂施工用的石英砂换成硬度更大的陶粒砂，以降低施工摩阻，提高造缝能力，提高油井的产量，延长油井的寿命。原来采用石英砂加砂压裂施工时，即便是在十几方砂量的大砂比压裂施工，混砂车的砂泵的使用寿命可达近200h,而采用陶粒砂大砂比压裂施工时，砂量可达几十方，导致砂泵的使用寿命不到50h,更换砂泵费时、费力，增加成本，严重影响混砂车的施工效率的问题。

3.2传动系统

动力传动系统由台上柴油机和底车发动机组成。台上柴油机用弹性联接器与联泵装置联接，联泵装置有四个动力输出接口。联泵装置是整个动力传动的中枢，它由一个输入轴和四个输出轴及齿轮、箱体、连接套所组成。联泵装置的四个输出口，为混砂车的液压油泵提供动力，用于驱动供液泵、两个输砂器及驱动4个液添泵、1个干添泵、搅拌、以及输砂器的起升、分合、液位油缸控制。底车发动机的动力由全功率取力器取岀，用传动轴与一台3联油泵联接，用于驱动砂泵和台上发动机的启动及台上发动机的水箱风扇马达和吹扫空压机的液马达。

3.3输砂系统

输砂系统的作用是根据对混合液要求的不同混砂比，将砂子从地面或某一高度，输送到混合罐内，在该设备中输砂功能由螺旋输砂器来完成。

4使用效果

兰州矿场机械有限公司研制的新型混砂车安装的砂泵是公司自己制造并已获国家专利的砂泵（专利证书号第3438744）,近期在陕北及延长油矿投入使用。在压裂施工作业现场，经过10口井的压裂施工作业，合格率达到100%,砂泵排量和最大输砂量以及综合显示仪上显示的砂比都符合设计参数，能够完全满足用户的使用要求。

5结论

1）混砂车提高了压裂酸化设备的配套水平，实现了在线连续加砂、连续配液、连续施工，提高了压裂技术水平。（下转第57页）