SYL600-10壓裂泵車的研制

毛純

（中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司，湖北 荊州434020）

1 研究背景

壓裂酸化是指通過(guò)足夠可壓開(kāi)儲(chǔ)層的壓力下，對(duì)地層泵入酸液，依靠酸蝕作用對(duì)地層原有裂縫解堵或形成新裂縫，是恢復(fù)油井產(chǎn)量的一項(xiàng)重要措施。隨著壓裂酸化技術(shù)的日益發(fā)展和對(duì)油氣田工況的不斷認(rèn)識(shí)，適用于油田淺井、中深井的新型壓裂酸化裝備出現(xiàn)了突破性的進(jìn)展[1-2]。

2 技術(shù)方案

SYL600-10壓裂泵車主要由動(dòng)力系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、液氣路系統(tǒng)、離心泵、電控系統(tǒng)、清洗裝置、計(jì)量罐、高壓管匯系統(tǒng)、低壓管匯系統(tǒng)等組成。整車配備超壓保護(hù)裝置，當(dāng)泵壓超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，可停止輸出動(dòng)力，進(jìn)而保證設(shè)備運(yùn)行和人身安全。整車設(shè)備具有自我保護(hù)、自我診斷以及數(shù)顯功能[3-4]。全車的具體模塊設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 SYL600-10壓裂泵車總布置圖

2.1 柱塞泵模塊設(shè)計(jì)

STP600S柱塞泵是一種柱塞規(guī)格為3"（1"≈2.45 cm）的往復(fù)式容積單作用泵，可廣泛地用于各類油田作業(yè)，如酸化、壓裂等。該柱塞泵包括動(dòng)力端、液力端總成和減速箱等零部件，減速箱的安裝位置可根據(jù)柱塞泵的安裝位置變化，在泵的左右側(cè)均可安裝，并且減速箱的輸入軸具備16種不同的安裝位置，適用于不同的傳動(dòng)系統(tǒng)要求，并配置有100 MPa的壓力表。該柱塞泵的性能參數(shù)如表1所示。

表1 柱塞泵各種工況下性能參數(shù)

STP600S的動(dòng)力端、減速箱、液力端的基本設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如表2、表3、表4所示。

表2 動(dòng)力端總成

表3 減速箱總成

表4 液力端總成

用戶可選用不同的盤根總成、凡爾總成、排出法蘭、吸入管匯，泵送各種特殊的液體，在各種不同環(huán)境下工作。泵的質(zhì)量不會(huì)因柱塞規(guī)格和其他配件的不同而出現(xiàn)較大的差異，但質(zhì)量差異在±5%的范圍內(nèi)。

在油氣井作業(yè)過(guò)程中，柱塞泵低速運(yùn)行才能輸出最高壓力和最大負(fù)荷。這一特性必須要采用一臺(tái)驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑泵的動(dòng)力裝置。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速工作時(shí)，無(wú)論柱塞泵是否處于低速狀態(tài)，潤(rùn)滑泵均可輸出最多的潤(rùn)滑油。因此柱塞泵必須配置動(dòng)力端潤(rùn)滑系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)與整車的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱等匹配。

2.2 電控系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

SYL600-10壓裂泵車電控系統(tǒng)包括儀表操作臺(tái)控制、電源控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、傳動(dòng)箱控制、超壓保護(hù)、泵作業(yè)參數(shù)顯示及報(bào)警和照明等系統(tǒng)。

儀表操作臺(tái)控制。壓裂作業(yè)的操縱機(jī)構(gòu)位于操作平臺(tái)的儀表箱內(nèi)，它為全車各系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制，由上儀表板、下儀表板、電路端板和氣路端板組成。

電源控制。電源系統(tǒng)由2個(gè)12 V底盤蓄電池及交流發(fā)電機(jī)組成，這2個(gè)12 V蓄電池串聯(lián)組成24 V供電電源為柴油機(jī)啟動(dòng)提供電能。由柴油機(jī)配備的交流發(fā)電機(jī)用來(lái)給蓄電池充電以及為全車各系統(tǒng)供電。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制。發(fā)動(dòng)機(jī)為車臺(tái)提供動(dòng)力，其控制主要在儀表板上實(shí)現(xiàn)，包括柴油機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及報(bào)警顯示系統(tǒng)。

傳動(dòng)箱控制。艾里遜4700FS傳動(dòng)箱把發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能傳遞給柱塞泵，其控制主要在儀表板上實(shí)現(xiàn)，有傳動(dòng)箱閉鎖指示、故障指示、換擋開(kāi)關(guān)等功能。

超壓保護(hù)。在高壓排出管匯上設(shè)置有壓力傳感器，該傳感器能將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)自動(dòng)混漿單元處理后，在壓力表上顯示排出壓力。在壓力表上可任意設(shè)置超壓報(bào)警值，一旦排出壓力超過(guò)預(yù)先設(shè)置的超壓報(bào)警值，壓力表立即觸發(fā)超壓報(bào)警信號(hào)（直流24 V），車臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)自動(dòng)控制功能進(jìn)入怠速狀態(tài)。

2.3 散熱系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

散熱系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)整車設(shè)備各部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、發(fā)動(dòng)機(jī)中冷器、傳動(dòng)箱和動(dòng)力端潤(rùn)滑等的散熱功能。散熱風(fēng)扇通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸取力的方式，在減小長(zhǎng)度的同時(shí)也降低了設(shè)備的占地面積。散熱風(fēng)扇采用機(jī)械連接，無(wú)需額外控制，因此具有故障點(diǎn)少、設(shè)備可靠性高的特點(diǎn)。

2.4 氣路系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

通過(guò)開(kāi)啟儀表控制臺(tái)左側(cè)的一個(gè)控制總閥，車臺(tái)上所有氣路的氣源壓力均不低于0.7 MPa。循環(huán)泵的清洗、柱塞泵的供水以及低壓管匯均采用氣動(dòng)蝶閥。在壓裂作業(yè)時(shí)，通過(guò)打開(kāi)控制潤(rùn)滑系統(tǒng)的減壓閥可以實(shí)現(xiàn)盤根的良好潤(rùn)滑。等待作業(yè)時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉減壓閥，避免造成潤(rùn)滑油浪費(fèi)。

氣壓系統(tǒng)需要經(jīng)常保養(yǎng)，儲(chǔ)氣筒必須定期從排放口處放水，如果不這樣做將會(huì)導(dǎo)致濕氣進(jìn)入系統(tǒng)而流至各個(gè)氣動(dòng)元件，使元件銹蝕。控制臺(tái)上的除濕裝置和潤(rùn)滑裝置應(yīng)經(jīng)常排水和加油，潤(rùn)滑油變質(zhì)應(yīng)更換，以保證氣路元件正常工作。

2.5 潤(rùn)滑系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

整車提供獨(dú)立的潤(rùn)滑系統(tǒng)。柱塞泵減速箱和動(dòng)力端總成內(nèi)各軸承、齒輪采用連續(xù)壓力油式強(qiáng)制潤(rùn)滑，而液力端各盤根采用氣壓油潤(rùn)滑。潤(rùn)滑油泵把潤(rùn)滑油從油箱中吸出，經(jīng)過(guò)濾清器后，流入兩條線路：一是流入動(dòng)力端總成供油管線，經(jīng)回油孔回流至油箱，主要作用是潤(rùn)滑各滾動(dòng)軸承、十字頭和連桿的滑動(dòng)軸承；二是經(jīng)動(dòng)力端總成供油管線流至減速箱，然后回流至油箱，主要作用是潤(rùn)滑減速箱齒輪和軸承。

濾清器設(shè)有緊急旁通管路，發(fā)生堵塞時(shí)，潤(rùn)滑油可從旁通管路的安全閥流過(guò)，由此保證各部件的潤(rùn)滑。泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)隨時(shí)通過(guò)壓力表觀察泵的潤(rùn)滑壓力，在冷啟動(dòng)和滿速運(yùn)行時(shí)的最高油壓約為1.2 MPa，當(dāng)潤(rùn)滑油已經(jīng)加熱到工作溫度，并且柱塞泵在全速運(yùn)行時(shí)，最小允許油壓為0.8 MPa。潤(rùn)滑油的流量應(yīng)保證在45～70 L/min。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)SYL600-10型壓裂泵車是針對(duì)壓裂過(guò)程中施工排量的高要求、降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高操作安全性而研制的自動(dòng)化壓裂裝備，其具備以下特點(diǎn)：①模塊化設(shè)計(jì)，各操作部位緊密聯(lián)系，自動(dòng)化程度高；②單機(jī)可完成高壓力、大排量連續(xù)作業(yè)，節(jié)約施工裝備和人員成本；③柱塞泵后置，高壓區(qū)和作業(yè)區(qū)相互獨(dú)立，提高作業(yè)安全性；④整機(jī)布局優(yōu)化，后期維保難度低。

平臺(tái)布置有儀表控制臺(tái)和加裝護(hù)欄。各類儀表、控制裝置布置在儀表控制臺(tái)上，吸入、排出管路的控制閥布置在其周圍。整車設(shè)備的操作可由單人在平臺(tái)上完成，具有方便、可靠以及自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。