电驱混砂设备工业应用探讨

摘要：在以页岩气开发为代表的大排量非常规压裂施工中，成套压裂装备的大型化、电动化、智能化发展趋势愈加明显，大型电驱混砂设备作为大型电驱成套压裂装备中的关键设备，在具备超大排量的能力基础上，其作业的稳定性、安全性同样重要，针对中石化四机公司生产的HSQ40电驱混砂橇的工业试验进行介绍和分析，并对电驱混砂设备的发展趋势进行一定的分析判断。

关键词：电驱混砂设备;工业试验;页岩气开采;发展趋势

随着目前石油勘探开发技术的发展，以页岩气为首的非常规油气开采将逐渐成为我国油气开采中的重点工程，针对页岩气开发的一系列工程难点，尤其在目前国家对环保严格要求的大形势下，大型电驱成套压裂设备在页岩气的开采中逐渐取代柴驱设备成为页岩气开采的主力设备已成定局。而大型电驱混砂设备作为大型成套压裂装配的核心设备，其设备的稳定性、安全性、可靠性需要得到足够的保证，而我国自主研发的HSQ40电驱混砂橇的首次工业试验，则是大型电驱压裂装备发展的一个里程碑，通过混砂橇首次工业试验的应用结果来分析，可对目前以及今后电驱压裂施工的发展方向有一定的判断。

1大型电驱混砂设备及试验背景介绍

1.1大型电驱混砂设备

HSQ40电驱混砂橇是采用两套供液泵+两套混排罐的模式，两套系统从电机到液压系统，以及辅助的液添、干添系统等都是各自独立的。其电驱模式为液压站+电机结合的模式，供液泵由变频电机直驱，混排罐、输砂器等仍由液压马达驱动。该混砂橇核心部件为混排一体罐，它替代传统的混合罐＋排出砂泵的结构形式，混排合一，既简化设备配置又增强了砂液混合能力；混砂橇智能化的制造标准体现在所有部件均为远程控制，实现了混砂设备无需本地操作的工作形式，这一点与压裂泵注设备的智能化发展相一致。此电驱混砂橇的最大清水排量达到40m3/min，在实际操作中可以进行“双混双排”或者“单混单排”，“双混双排”即两套供液泵与混排罐同时工作，实现超大排量的压裂液泵注，“单混单排”即为一用一备，可将HSQ40混砂橇看成两台HSQ20混砂橇，如一套在使用时出现故障，可以马上切换为另一套，可以避免因设备故障而产生的压裂生产损失，也实现了混砂设备一备一用的工作标准流程。

1.2工业试验背景介绍

此台HSQ40电驱混砂橇的工业试验地点位于重庆某页岩井，该井水平段长度约为1200m，其主要压裂设计参数表如下所示。该页岩水平井总共分为16段，压裂周期约为5～7天左右，在进行充分的调试后，HSQ40混砂橇即将开始进行初次工业试验。

2工业试验关键过程

2.1试验准备过程

HSQ40电驱混砂橇根据井场的布置安排摆放，混砂橇与砂罐比邻，便于输砂；混砂橇两套吸入泵分别通过8寸和6寸的主管线与液罐连接，两套混排罐接口分别连接8寸主管线和4寸分管线，且4寸分管线最终并入8寸主管线；混砂橇的供电电源为10KV的高压电，经过配电房的变压接入；混砂橇的控制通过配置的控制屏来实现，因数据线辊的长度问题，无法在仪表车中操作，操作地点移至配电房的操作室中；混砂橇在清水试验中为7台2500型压裂车和3台6000型电驱压裂橇供液，平均排量5~7m3/min。

2.2施工过程

混砂橇在施工中的操作内容，主要是控制排出压力、排量、砂量，均是通过控制吸入泵转速、混排罐转速、输砂绞龙转速实现混砂工艺的控制。电驱混砂橇的核心部件混排一体罐，同时承担砂液混合和增压的作用，由于罐体体积较小，所以控制混排罐的搅拌转速需要极为精细灵敏，否则极易造成罐体携砂液漫灌或者罐体内空转，一旦漫灌或者罐体内部空转，都将对设备造成一定的损伤，一套精细化、智能化、规范化的控制系统极其重要，控制系统的开发和测试将会是智能化混砂设备发展的重点工作，随着这次的SHQ40电驱混砂橇初次工业试验的圆满成果，可以预测到该设备具备的强大技术优势。施工过程中，电驱混砂橇的噪声相比于柴驱混砂设备要下降约30%，这样作业的时间就可以相应的增加，同时也改善了现场工作人员的工作环境。电驱混砂设备的主要噪音来自于电机和液压散热器，后期可在技术层面上进一步的降噪，改善油田作业环境，增加施工作业时间。电驱设备的施工成本相比于柴驱设备低40%，但考虑到前期网电铺设的成本，小规模的油气田可能在前期的投入成本上会有劣势，但对于规模较大的页岩气井来说，一个平台的压裂段数越多，电驱设备的均摊成本越低。所以电驱设备在经济上的优势体现在大规模页岩气井的施工上。该工业试验的整个施工作业持续时间为6天，施工总液量为34000余方，总砂量1300余方，HSQ40电驱混砂橇在施工过程中总体运行平稳。通过工业试验证明，电驱混砂橇可较好的应用于页岩气压裂施工中。

2.3试验总结

在HSQ40电驱混砂撬工业试验的过程及结果可以明确方向是：电驱设备相比于柴驱设备在页岩气井的开发中具有明显的优势，更加环保，更加经济。但由于前期网电的投入成本较大，目前对于不具备一定规模的油气田来说，可能成本的问题还是制约电驱设备推广的主要因素。

3结束语

作为大型电驱混砂设备的代表作之一的HSQ40电驱混砂橇，其良好的工业试验结果，让国产电驱成套压裂装配的发展完成最后的拼图，其两套供液泵+两套混排罐的模式，即可满足超大排量的要求，又可在中等排量规模的压裂施工中扮演一备一用的角色，有效减轻设备运行负荷。后续的发展趋势在于如何进一步提升电驱混砂设备的可靠性，进一步的加强施工现场的环保工作，进一步简化现场的操作流程，实现施工现场智能化、无人化的工作状态。绿色、智能、可靠这些将是长期围绕电驱成套压裂装备的主题。

参考文献

[1]吴汉川，刘伯修.非常规天然气勘探开发中压裂装备的研制[J].石油天然气学报，2011，33（06）：372-374.

[2]张保弟，张晓东.自动控制混砂车液压系统设计[J].石油机械，2005（5）：36-39+84-85.

[3]王云海，陈新龙，吴汉川，等.页岩气压裂连续输砂关键设备的研制[J].石油机械，2016，44（03）：102-104.

作者：陈卫东 单位：中国石化江汉石油工程有限公司井下测试公司