基于電力開展頁巖氣壓裂規(guī)模應(yīng)用分析

劉艷榮

（四機賽瓦石油鉆采設(shè)備有限公司，湖北 荊州 434024）

隨著科技水平的不斷提升，對頁巖氣的開發(fā)程度也在不斷增大。為了能夠更好的對頁巖氣進行開發(fā)，對壓裂裝備的節(jié)能減排以及維護成本等方面都具有了更加嚴(yán)格的要求。因此，利用電力對頁巖氣壓裂規(guī)模進行開發(fā)與分析會成為一種新的發(fā)展方向。

1 基于電力開展壓力工程的需求分析

1.1 開發(fā)背景及需求

我國在西南地區(qū)對頁巖氣進行開發(fā)的主要原因是因為西南地區(qū)具有較發(fā)達(dá)的電力資源，能夠提供充足的電力基礎(chǔ)供電力規(guī)模應(yīng)用進行使用。在建設(shè)大功率電網(wǎng)時，一定要具有統(tǒng)一的管理和規(guī)劃，使其能夠?qū)λ衅脚_進行覆蓋，并能夠使多個鉆井與壓裂平臺共同進行施工。當(dāng)單井的產(chǎn)量較低時，要對規(guī)劃好的頁巖氣產(chǎn)能進行建設(shè)與完成時，如果在施工過程中采取常規(guī)的壓裂與鉆井方式，就沒有辦法使氣田的效益得到充分開發(fā)。因此，為了可以給氣田的經(jīng)濟開發(fā)提供相應(yīng)的保障，就需要在開展壓裂工程時應(yīng)用電動化技術(shù)，且使頁巖氣的開發(fā)成本得到降低。

1.2 電動壓裂技術(shù)進展

（1）國外裝備應(yīng)用及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。

電動壓裂裝備是電力開展頁巖氣壓裂的關(guān)鍵技術(shù)。近幾年，國外公司對電動壓裂裝備進行開展與研發(fā)的行為比較普及化，推出了較多類型的電動拖車，例如單機單泵電動拖車、雙機雙泵電動拖車等，并逐漸的在工業(yè)應(yīng)用中投入使用。不僅如此，國外在對電動壓裂裝備進行研制時，所采取的壓裂泵都是通過市場考驗成功的并且技術(shù)比較成熟。國外在對電動壓裂裝備進行推廣應(yīng)用時，是把配液、混砂等裝備與電動壓裂拖車配置相結(jié)合共同進行工作的。但由于國外不具備充足的電力容量，就無法大規(guī)模的對電動壓裂裝備進行應(yīng)用。

（2）國內(nèi)裝備應(yīng)用與技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀。我國根據(jù)開發(fā)頁巖氣時的作業(yè)工況，成功的研制出了首臺電動壓裂泵橇并在工業(yè)中進行應(yīng)用，在較多地區(qū)都進行了相應(yīng)的試驗型作業(yè)，但由于壓裂泵的沖刺高度較高，就會導(dǎo)致容易受損部件的壽命較短和吸水管吸水困難等問題出現(xiàn)，這就需要對其進行進一步完善。研制出的新一代電動壓裂泵橇對之前所存在的問題進行了妥善解決，對其進行了廣泛應(yīng)用，并使作業(yè)效果獲得了初步的認(rèn)可與驗證。我國電動壓裂裝備的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，包括雙泵、單泵等一系列裝備，并用電動混配、電動混砂等與電動壓裂裝備進行配套使用，從而使整個施工過程能夠順利進行。

2 電動壓裂裝備配置研究

2.1 壓裂工程對裝備的相關(guān)要求

西南頁巖氣區(qū)域所具有的地質(zhì)條件是比較復(fù)雜的，其具有的典型作業(yè)工況是通過超高壓連續(xù)長時間進行得到的。在工程前期，利用拉鏈?zhǔn)诫妷耗Ｊ綄μ骄M行預(yù)測，并得出準(zhǔn)確的排量和施工壓力。對此區(qū)塊進行預(yù)測，可以發(fā)現(xiàn)它的開發(fā)難度相對來說是較大的。因此，為了能夠使施工作業(yè)的安全得到保障以及使施工風(fēng)險得到降低，就需要使壓裂裝備的儲備能力和數(shù)量進行適當(dāng)?shù)脑黾?。與此同時，還要按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，對水馬力、壓力等級以及功率儲備等進行嚴(yán)格要求。

對壓裂工程來說，需要具備一套完整的壓裂裝備，既要有主壓裝備，也要擁有輔助裝備與之進行配套使用。當(dāng)用成套的電動裝備進行應(yīng)用時，不僅可以使作業(yè)安全得到一定的保證，還可以使獲得經(jīng)濟利益得到增加。不僅如此，電動裝備具有壓力裝備自動控制、安全閥緊急關(guān)斷以及壓力保護等特點。

2.2 電動壓裂的主要裝備

（1）電動壓裂泵橇。電動壓裂在施工時具有的核心裝備是電動壓裂泵橇，所采取的結(jié)構(gòu)模式是單機單泵，其作用主要是對高壓進行泵送并使其輸出水功率達(dá)到最大限度。

（2）VFD 變頻控制房。VFD 變頻控制房的作用主要是對輔助裝備電機或壓力泵的變頻進行控制及調(diào)速，使其能夠輸出不同的排量。其是利用多脈波整流技術(shù)進行工作，不僅能夠使裝備的諧波得到相應(yīng)的保障，還能夠?qū)尤腚娋W(wǎng)時需要達(dá)到要求進行滿足。

（3）電動混砂裝備?；焐白鳂I(yè)是利用電動混砂裝備來完成的，把柴油機用電機進行替代后進行下一步工作，其所采取的作業(yè)模式為雙混雙排。在進行操作時要對其配置兩套獨立的混排系統(tǒng)，這樣如果當(dāng)一套系統(tǒng)在操作中出現(xiàn)故障時可以用另一套混排系統(tǒng)進行替代，從而可以保證其工作能夠正常運行。

（4）電動混配裝備。電動連續(xù)混配壓裂橇可有效的保證連續(xù)混配壓裂施工作業(yè)的裝備，有效的解決了目前壓裂行業(yè)配液工序繁瑣、占地面積大以及不能實現(xiàn)即混即用等問題。

（5）油電混控儀表橇。油電混控儀表橇是一種可適用于油田壓裂工況的信息處理中心，按功能可分為電動壓裂控制系統(tǒng)、柴驅(qū)壓裂控制系統(tǒng)、電動混砂控制系統(tǒng)、電動混配控制系統(tǒng)、分級報警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)、機組無線控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)等，各系統(tǒng)之間可實現(xiàn)信息的相互傳輸和共享，是一個相互聯(lián)系、相互作用的統(tǒng)一整體，通過信息的集中處理能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并提出問題的解決方案。

3 電力開展頁巖氣壓裂規(guī)模應(yīng)用分析

3.1 技術(shù)經(jīng)濟性分析

3.1.1 技術(shù)參數(shù)對比

電動壓裂裝備具有兩種結(jié)構(gòu)模式，一種是雙泵模式，另一種是單泵模式。由于雙泵結(jié)構(gòu)模式是由兩臺壓裂泵組成的，所以在相同的功率下雙泵模式的壓裂泵產(chǎn)生的沖刺高度是較低的。應(yīng)用單泵結(jié)構(gòu)模式，可以使閥、泵頭體等易損配件的壽命得到有效延長，從而使對泵進行檢查的頻率得到降低。雖然說這兩種結(jié)構(gòu)模式的電動壓力泵在進行沖刺時得到的沖刺程度相差不多，總體來看單泵結(jié)構(gòu)的效果更好，因為其具有尺寸小與集成化程度高等特點。但從壓裂工程的角度來看，目前所采取的電動壓裂泵結(jié)構(gòu)大多數(shù)都是雙泵結(jié)構(gòu)，主要是因為其設(shè)備在失效時對系統(tǒng)的影響程度是較低的。

3.1.2 經(jīng)濟性對比

（1）施工井場的面積。隨著科技水平的不斷發(fā)展，單機功率也在不斷的進行提升，使壓力工程中所需要的作業(yè)裝配數(shù)量不斷減少。在壓裂工程不對輔助裝備進行考慮時進行施工，就需要配置一臺常規(guī)的壓裂機組來與電動壓裂機組形成對比，并根據(jù)施工的面積來確定壓裂車的數(shù)量，盡可能的減少占地面積。

（2）裝備的購置成本。在對電動橇裝壓裂機組進行購置時所需要的購置費要比常規(guī)的壓裂車組的費用成本低一半左右，這主要是因為電動橇裝壓裂機組中的壓裂泵功率得到了有效的提升，從而使需要購買裝備配置的數(shù)量不斷減少。因此，在對此類裝備進行購買時，不僅可以使購置成本降低，還可以使壓力工程的施工效率得到有效提升。

（3）施工的使用成本。與常規(guī)的壓裂機組進行比較，全電動壓裂機組與混動壓裂機組的使用成本都是比較低的，但相對而言全電動壓裂機組的使用成本是最低的。當(dāng)對頁巖氣進行開發(fā)時，選取全電動壓力機組可以使預(yù)期的施工使用成本節(jié)省一大部分。

（4）節(jié)能減排。隨著社會的不斷發(fā)展，對空氣質(zhì)量的要求也變得愈加嚴(yán)格了。利用電力對頁巖氣進行開發(fā)是十分綠色與環(huán)保的。以往在使用常規(guī)的壓裂機組進行工作時，所產(chǎn)生的一氧化氮和二氧化氮的排放量是較大的，但應(yīng)用電動壓裂機組后就可以使這些有害氣體達(dá)成零排放。不僅如此，還可以使施工現(xiàn)場的噪聲得到一定程度的減弱。

4 結(jié)語

綜上所述，利用電力對頁巖氣壓裂規(guī)模進行開展，具有較強的可行性。不僅可以使施工和投資風(fēng)險得到降低，還可以實現(xiàn)綠色開發(fā)。因此，不斷的對其進行分析與推廣，使其在施工時變得更加標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，這為今后開展頁巖氣壓裂規(guī)模來說提供了一定的技術(shù)保障。