压裂机组技术ppt课件

2000型成套压裂设备技术讲座一、机组简介二、压裂泵车三、混砂车四、压裂仪器车提纲五、压裂施工作业压裂酸化施工是通过高压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行之有效的方法。压裂酸化设备主要由压裂车、混砂车、仪表车、管汇车及辅助设备组成。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车；压裂车将混合后的液体进行加压，通过高压管汇汇集后注入井底；仪表车对作业全过程进行监控并进行分析和记录。一、机组简介输砂车混砂车液罐液罐仪器车高压管汇压裂车压裂车压裂车井口工作流程一、机组简介一、机组简介我国从八十年代开始引进国外成套压裂酸化设备。主要产品包括：BJServices公司1000型压裂机组，STEWART&STEVENSON公司1600型压裂机组，WESTERN公司1400～1800型压裂机组等。这些设备的引进使我国的压裂酸化装备有了质的飞跃，并达到同期国际同步水平。随着油田的开发和发展，一方面煤层气和天然气井的压裂酸化作业，对压裂酸化施工的排量和压力提出更大更高的要求；另一方面对压裂井的压裂施工工艺和压裂精度提出了更高的要求，压裂设备的配置和性能也紧跟压裂工艺的进步在不断的发展中。二、压裂泵车压裂泵车主要趋向于向大功率、多功能、自动化和系列化方向发展。压裂车的动力大小直接反映整套机组的工作能力，其设备的先进性主要体现在动力配置、压裂泵性能和控制系统上。压裂泵的发展主要体现在提高泵的输出功率上，代表产品有“HALLIBURTON”五缸泵和“SPM”三缸泵。五缸泵的特点是在同等功率下的重量最轻，在同等排量下可以选用比三缸泵小的柱塞直径，五缸泵一种柱塞便可以覆盖三缸泵的两三种柱塞工作范围，也就是说采用一种柱塞就完全可以胜任大排量和高压力的施工要求。由于其排量大、重量轻、振动小等优点而受到用户的青睐。三缸柱塞泵是目前国内外使用最多最广的压裂泵，它具有功率范围广、结构简单、维修保养方便等特点，国内外已经形成了完善的系列，可以满足各种等级的压裂泵车配套需要，三缸柱塞泵仍然是目前各型压裂车的首选。压裂泵的最大输入功率可以从300HP-2250HP。二、压裂泵车压裂车为适应不同地域、不同使用条件要求，压裂车演变为拖车结构，作业时可以通过一台拖车头将泵组拖到压裂施工井场。橇装式压裂泵组是一种固定式结构，一般应用在海洋平台和进行丛式井压裂作业。施工安全性是压裂泵车最重要的特性之一，在本车上必须具有两套安全装置，同时与机组的安全系统进行连接以确保万无一失。多功能化是压裂车的另一个发展方向。酸化压裂由于具有酸浓度大、腐蚀性强、施工排量大的特点，所以对压裂泵车的泵头和连接管汇提出了更高的要求。同时适应防砂、N2泡沫和CO2等压裂作业，也对压裂车提出了新的要求。国外有一种多功能压裂车，车上增加了两个多功能罐，在作业前可以完成多种添加剂的配液，以适应压裂工艺的要求。二、压裂泵车我国压裂装备的制造从上世纪80年代开始起步，以南通厂和江汉四机厂为代表，通过引进美国压裂机组制造技术，在引进消化基础上开发出系列压裂机组，装机功率从300HP-2250HP，最高压力从70MPa-105MPa，为吉林、江汉、江苏、胜利、河南、大庆油田研制出2000型压裂机组。在中小型压裂车方面，国产设备目前已经能够满足国内需求，但在多功能以及品种方面与国外产品还存在一定的差距。随着油田需求的多样化，研制车装、拖装、橇装等多种形式的压裂车,使国产压裂车设备向多元化的终深方向发展,使国产压裂设备系列化、规格化、标准化,这是发展我国压裂设备的保证。3ZB-750柱塞泵（1000型）柱塞数量或者活塞数量（3、5）柱塞：”ZB”活塞：“HB”泵最大输入功率：KW以HP表示1HP=0.745KW1KW=1.34HP柱塞泵编号原则3ZB-1490柱塞泵（2000型）3ZB-750柱塞泵（1000型）3ZB-1320柱塞泵（1800型）3ZB-750柱塞泵最高压力（MPa）705545最大排量（L/min）142118002220柱塞直径（″）44-1/25冲程长度（mm）203传动比5.043、5.6193ZB-1320，3ZB-1490柱塞泵最高压力（MPa）10599.780.6最大排量（L/min）163120642548柱塞直径（″）44-1/25冲程长度（mm）203传动比6.353压裂车编号原则YLC-压裂车YLQ-压裂橇最高工作压力：105MPa.以压裂车最小柱塞标定。1。压裂泵的最大输入功率：KW2。2000型压裂车以输出功率标定YLC105-1490型压裂车（2000型）系列成套压裂设备压裂仪器车YL70-670压裂车（800）YL70-750压裂车（1000）YL105-1320压裂车（1800）YL105-1490压裂车（2000）HS60混砂车HS210混砂车HS300混砂车HS360混砂车GH-70管汇车GH-105管汇车SJX5040TYQ仪器车压裂泵车混砂设备压裂管汇车YL105-1860压裂车（2500）驱动底盘“BENZ”Actros41448X4(6)“KENWORTH”C500B8X4发动机“CAT”3512B,“DDC12V4000型柴油机传动箱型号“ALLISON”S9810M液力传动箱压裂泵3ZB-14905ZB-1860泵二、压裂泵车二、压裂泵车风扇由台上发动机驱动挡位传动箱传动比冲次1/min排量L/min压力MPa水功率4“柱塞41/2＂柱塞5“柱塞4“柱塞41/2＂柱塞5＂柱塞4＂柱塞41/2“柱塞5“柱塞13.757939049461010599.480.668281881922.6911154869485710599.480.69591141115132.20135667844104210599.480.611671398140041.77169835105713051018064.814101410141051.581899341182145990.571.55814101410141061.2723511611470181572.857.546.614101410141071.0029914781870230957.245.236.6141014101410二、压裂泵车风扇由底盘发动机驱动挡位传动箱传动比冲次1/min排量L/min压力MPa水功率4“柱塞41/2＂柱塞5“柱塞4“柱塞41/2＂柱塞5“柱塞4＂柱塞41/2＂柱塞5＂柱塞13.757939049461010599.480.668281881922.6911154869485710599.480.69591141115132.20135667844104210599.480.611671398139941.771698351057130510584.668.514611490149051.581899341182145995.775.661.314901490149061.272351161147018157760.849.214901490149071.0029914781870230960.547.838.7149014901490基本单位换算1”(英寸)＝25.4mm1ft(英尺)＝0.3048m10C(摄氏度)＝5/9x(F-32)F-华氏度1gal（美加仑）＝3.785L1bbl(美桶)＝42gal＝159L1psi＝0.007MPa1N.m=0.738lb.ft1hp(马力)=0.745kw1kw=1.341hp最高压力的确定：压裂车的最高工作压力根据柱塞的不同而不同，其大小由连杆负荷决定。三缸泵柱塞直径：D1=127(5＂)柱塞面积：F1＝·1272/4＝12667(mm2)最高压力：P1＝N1/F1＝1020600x12667＝80.5(MPa)理论连杆最大负荷：1020600N二、压裂泵车排量说明：1.设计排量为理论值，实际排量根据工作介质和施工参数的不同存在一定的差异。2.理论排量通过发动机的转速经过传动箱、大泵减速后得到冲次传动箱的传动比(S9810M的4、5档）：I4=2.2；I5=1.77;柴油机转速：n=1900r/min；三缸泵的齿轮传动比：i=6.353泵的冲次：n4=n/I4/i=136(r/min);n5=n/I5/i=169(r/min)二、压裂泵车排量说明：柱塞直径为127mm（5″）时的泵的各挡排量：Q4＝·K·n4·F1·2·S＝1x3x136x12667x10-3x0.203=1049（L/min）Q5=1184L/min（—容积效率取1，K—缸数）实际排量通过混砂车的流量计实际测量。在清水工况下，实际排量比理论排量小5－10％左右。二、压裂泵车水功率计算及说明：柴油机额定功率：N额定=1680Kw（2250HP）柴油机风扇所消耗的功率N风按额定功率的5%计算：84kW空压机和发电机等所消耗的功率：N空=5kW发电机和润滑冷却油泵等所消耗的功率：N润滑=8kW柴油机的实际输出功率：N输出=N额定-N风-N空-N润滑=1583kW“ALLISION”传动箱在闭锁时的传动效率：η传=95%--98%传动轴的机械效率：η传动轴=95%--98%柴油机实际提供给三缸泵的功率：N三缸泵输入=N输出xη传xη传动轴=1583x96%x98%=1489kW三缸柱塞泵的机械效率：η三缸泵=95%三缸柱塞泵输出功率：N三缸泵=N三缸泵输入xη三缸泵=1415kW(k----单位换算系数)二、压裂泵车典型案例分析大港油田1000型压裂车一．整机的性能要求：单机水功率：大于650kw（897HHP）最大工作压力：100MPa（配装Φ100柱塞时）最大排量：1.5m3/min（配装Φ115柱塞时）最大排量下的压力：不小于30MPa大泵输入功率：1000HP，740kw动力低配压力很高，排量不能太大，结合已有泵的情况选择柱塞。根据计算确定能否满足要求江汉四机厂目前能够适应1000型压裂泵车的柱塞泵有两种型号：3ZB105-750和3ZB105-1320（OPI1800）。两种柱塞泵的最大输入功率分别是750KW和1320KW。我们知道：决定柱塞泵最高工作压力的因素是泵的最大连杆载荷。柱塞泵在相同工作压力下，柱塞直径越大连杆载荷越大，而连杆最大载荷对于成型的结构是一个定值。所以，泵的柱塞直径增大，压力就要减小。典型案例分析要求的最大排量（1.5m3/min）和最高压力（100MPa）覆盖范围较大。而3ZB105-750柱塞泵如果满足100MPa的工作条件，只能选择3.5“的柱塞，最大排量只有1m3/min；如果满足最大排量1.5m3/min的要求只能选择4.5”的柱塞，最高工作压力只有68MPa。某些厂家在配置上采用更换钢套的形式来满足要求，即采用两种尺寸的柱塞进行更换。但在实际的作业中更换钢套非常困难。选择3ZB105-1320柱塞泵，由于连杆载荷大，能够满足标书所提出的最高压力和最大排量的要求。采用4.5”的柱塞，最大排量1.7m3/min，最高压力100MPa。最大排量和最高压力的确定：典型案例分析装机功率问题：发动机的标定功率是指在额定转速下（最高工作转速）的净输出功率，一般不包括水箱和其它附属装置的消耗，所以在实际计算中应该考虑上述装置所消耗的功率值，同时考虑传动系统和柱塞泵的传动效率等。另一方面，压裂设备在施工过程中实际的工作转速是在一定范围内进行调节（保证传动箱在闭锁工况下运转，传动箱的闭锁转速通常大于1400rpm）。通常情况下发动机在转速降低时，其输出功率会有所下降，根据不同的发动机功率曲线可以查到不同转速下发动机的功率输出百分比。由于四机厂的设计方案中采用柱塞泵与传动箱直接连接（没有链条箱和其它的减速箱），所以传动效率较高。标书中所选择的发动机功率为1100HP/1800rpm。其它消耗在下表中已经列出。装机功率问题：发动机消耗功率传动箱传动比:大泵/发动机/传动箱参数:英制公制英制公制风扇443314.24大泵输入功率18001341.00