第2章 压裂车

第 2 章 压裂车机组 2 1 压裂机组概述 压裂 酸化施工作业是改造油气藏的重要手段之一 压裂施工是通过注入 高压流体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有效方法 对于低渗透油气井需要借助于压裂和酸化作业 才能达到稳产的目的 这些工艺都要通过压裂设备来完成 所以压裂设备的发 展直接影响着压裂 酸化工艺的发展 一套压裂设备包括多台压裂泵车 1 2 台混砂车 一台压裂仪表车 地面管汇和其他辅助设备 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泵 车 压裂泵车将混合液进行增压 通过高压管汇汇集后注入井底 压裂仪表车 对作业全过程进行监控并进行施工分析和记录 2 2 常用压裂泵车 压裂车泵主要由运载底盘 车台柴油机 传动机构 泵体传动等四大件组 成 压裂泵是压裂车的工作主机 现场施工对压裂车的技术性能要求很高 压 裂车必须具有压力高 排量大 耐腐蚀 抗磨损性强等特点 2 2 1 YL70 670 型压裂车 700 型 1 整车概况 YL70 670 型压裂车的工作只要是通过车台发动机 CAT C 18 传动箱 艾利逊 S6610M 卧式三缸单作用柱塞泵来实现的 整个过 程的控制都可以在操作室内完成 压裂车装有自动保护装置 在进行压裂施工 作业时 操作人员可将仪表台上的工作压力进行设定 当实际工作压力超过这 一设定压力时 超压保护装置可立刻使车台发动机回到怠速状态 YL70 670 型 压裂车还具有泵工作排量的实时显示功能 因此操作非常方便 该设备工作压力高 排量大 可用于浅井 中深井 深井的小型压裂 酸 化作业 也可用于压井 洗井 冲砂等施工作业 其最大工作压力为 65MPa 最大理论排量为 1 58m min 2 标准配置 YL70 670 型压裂车主要由车载底盘 车台发动机 CAT C 18 传动箱 艾利逊 S6610M 3ZB70 670 型卧式三缸柱塞泵 计量罐 2m3 气路系统 润滑系统 电路系统 管汇系统 操作室等组成 3 主要技术性能参数 表 2 1 表 2 1 YL70 670 压裂车性能参数 压裂车型号YL70 670 压裂车 最大工作压力 MPa 65 最大工作流量 L min 1 1580 柱塞泵的最大输入功率 kW 670 整机外形尺寸 mm 长 宽 高约 3875mm 2500mm 3800mm 轴距 mm 5050 1450 4 主要配置及其参数 1 载车底盘 YL70 670 型压裂车底盘配备北方奔驰 ND125F50J6 6 国 发动机型号为 WP10 375 功率为 276kW 最大扭矩为 1460N m 车辆的 最大速度为 84km h 2 车台发动机 采用 CAT C18 型车台发动机 该柴油机的功率为 522kW 700hp 电启动方式 3 车台传动箱 配有艾里逊 ALLISON S6610M 型机械液力传动箱 该机械液力传动箱的参数如下 最大输入功率 503 kW 675hp 最高输入转速 2500r min 最大输入扭矩 3075N m 传动箱传动比 i1 4 00 i2 2 68 i3 2 01 i4 1 35 i5 1 0 i6 0 67 该车的六档一般不用 4 柱塞泵总成 该车采用 3ZB70 670 型卧式三缸柱塞泵 柱塞直径为 101 6mm 柱塞泵由动力端和液力端两部分组成 该泵的性能参数见表 2 2 表 2 2 3ZB70 670 型柱塞泵的性能参数 档位传动比冲次流量 L min 压力 MPa 14 008039565 22 6811958743 32 0115978532 41 35237117021 51 00320158015 动力端由小齿轮轴 主轴 泵壳 连杆 十字头等部件组成 其动力传动 方向是 小齿轮通过一对齿轮传到主轴上 主轴通过连杆 十字头将动力传递 到液力端 动力端的最大输入功率为 670kW 输入扭矩为 11926 N m 齿轮齿 形为渐开线 齿轮的传动比为 5 619 曲轴的偏心距为 101 6mm 齿轮 曲轴和 支撑轴承采用齿轮泵强制润滑 润滑油压为 0 1 0 5MPa 液力端主要由泵头体 柱塞 盘根 吸入排出凡尔及凡尔座 排出管口 吸入管口等组成 泵头体采用整体式合金锻件 泵液力端结构紧凑 易损件更 换方便 5 仪表 该车的仪表主要是对施工过程的超高压预警进行设置 零点校 准 赠以修正 超高压预警设置 该控制仪可任意设置超压报警值 一旦压力超过预先设 置的超压报警线 该控制仪立即输出超高压报警信号 控制车辆进入怠速状态 零点校准 该控制仪可校准信号零点 以免在测量中出现误差 增益修正 该控制仪通过修改参数 可修改输入信号的放大倍数 此外 该控制仪可模拟压裂施工过程 输出超压复位信号 在寒冷的气候 条件下 可采取加温措施 一旦温度达到可工作的温度 自动停止加温 该控 制仪具有防水防震功能 6 吸入管汇 吸入管主要配备 4 主管线 有四个吸入口 其中一个吸入 口与计量罐底部的管口相连 另外三个分别在车尾和柱塞泵前侧 其管口的开 启是由 4 启动蝶阀来控制的 7 排出管汇 排出管分为两个通路 一个通路是从泵排出口通过旋塞阀 排入计量罐中 另一个通路是从排出口直接排到地面管汇 上排部分由 2 高压 管汇 2 旋塞阀 2 球阀等高压元件组成 下排部分由 2 高压管汇 2 旋塞阀 等高压元件组成 排出管汇的实验压力为 65MPa 8 润滑系统 润滑系统由动力端润滑系统和液力端润滑系统两个部分组 成 动力端润滑系统由动力端润油泵 动力端润滑油箱 液压管线油压表 油 滤器 溢流阀 回油管等组成 动力端润滑系统的润滑油从液力机械传动箱取 力的液压油泵提供 润滑系统的回油靠油自流来实现 液力端润滑系统由液力 端润滑油箱 压力表 气动隔膜泵 油水分离器 润滑油管线 分配阀 油槽 滤清器等组成 9 气路系统 本车的气路系统由车台发动机提供气源 其功能主要是为 气动隔膜泵提供动力 为蝶阀的开闭提供动力 10 空调系统 操作室内安装有空调 空调压缩机由发动机驱动 11 操作台 操作台由操作室和操作仪表组成 操作台是整车的控制中 心 12 电路系统 电路系统为整车的控制部分 电路系统的各电器元件主 要集中在操作室内的仪表台上 5 整车特点 YL70 670 压裂车在作业时 底盘发动机可停止工作 作业 动力室靠车台动力装置提供的 在作业状态时 动力传递是由发动机经液力机 械传动箱 传动轴到压裂用柱塞泵的动力端 动力端通过主轴上的连杆带动液 力端的柱塞作往复运动 动力端润滑油通过液力机械传动箱取力的润滑油泵提 供 液力端润滑系统的润滑油通过空气压缩机提供的气源 带动液力端润滑油 箱上的气动隔膜泵工作 压裂车的操作和控制都在操作室内进行 整车的操作和控制非常方便 设 备安装有自动超压保护装置 当柱塞泵的实际排出压力值超过预先设定的压力 值时 该装置能够使发动机回到怠速状态 以确保设备和人身安全 操作室前 后配有照明灯 适合夜间作业 2 2 2 BL1600 型压裂车 1650 型 1 整车概况 BL1600 型压裂车是由美国 SS 公司制造的 该设备工作压 力高 排量大 可用于浅井 中深井 深井的小型压裂 酸化作业 也可用于 压井 洗井 冲砂等施工作业 其最大工作压力为 103 4MPa 最大排量 1 515m3 min 最大理论的工作只要是通过车台发动机 传动箱 ALLISON CLT9880 型 卧 式三缸单作用柱塞泵来实现的 整个过程的控制都可以在操作室内完成 压裂 车装有自动保护装置 在进行压裂施工作业时 操作人员可将仪表台上的工作 压力进行设定 当实际工作压力超过这一设定压力时 超压保护装置可立刻使 车台发动机回到怠速状态 该泵车的具体作业参数见表 2 3 表 2 3 BL1600 型压裂车作业参数表 传动器档位1234567 锁定状态 总传动比 23 8217 0913 9811 2510 108 076 353 发动机额定 转速 r min 2050205020502050205020502050 泵冲数 min 186 1120 0146 6182 2203 0245 0322 7 排量系数0 950 950 950 950 950 950 95 泵排量 m3 min0 4040 5630 6880 8550 9531 1931 515 最大工作 压力 MPa 103 4103 4103 483 574 859 847 1 输出 水功率 KW 69997411891193119311931193 2 主要配置 1 载车底盘 使用美国国际收割机公司制造的 IHC COF5870 6 4 型底 盘车 发动机型号为 DDA6V 92TA 属于二冲程 涡轮增压 二次冷却式柴油 机 功率为 246kW 2100 rpm 最大扭矩 1304N m 1200 rpm 2 台上发动机 使用美国底特律柴油机阿里逊公司制造的 DDA 16V 149TI 型柴油机 柴油机类型为二冲程 涡轮增压 中间冷却式柴油机 16 缸 V 型排列 额定功率为 1342kW 1800HP 2050rpm 最大扭矩为 7022N m 600 rpm 3 传动箱 使用 ALLISON CLT9880 型变速器 类型为单级 多相 三 元件 行星齿轮式液力变矩器 最大输入转速为 2100r min 最大输入净扭矩为 6649N m 最大输入净功率为 1268kW 锁定转速为 1500r min 可以进行手动 远控或电动换挡 4 压裂泵 配备美国 OPI 公司制造的 OPI1800AWS 型三缸单作用柱塞 泵 额定功率为 1342kW 1800HP 柱塞直径为 101 6mm 冲程为 203 2mm 动力端减速比为 6 353 最大工作泵冲数为 330min 1 液力端最大工作压力为 123 5MPa 3 结构特点 1 该车前后均无拖车钩 现场作业中需要拖车时不便 此外 液压油箱 排出管线位置太低 越野行驶中易碰坏 油箱位置太高 加油不方便 随车面 板裸露 易受气候影响 2 该车在工作压力 103 4MPa 下能输出排量 0 688m3 min 其水功率高达 119kW 适用于大型高压压裂 酸化作业 此外该车压裂泵柱塞推力可达 1001kN 相应液力端最高工作压力可达 123 5MPa 因而具有一定超负荷能力 特殊情况下 如果能把排出管汇工作压力相应提高 该车可在 123 5MPa 压力 下短期工作 3 压裂泵须保证吸入压力不低于 345kPa 否则会产生气蚀 降低泵头使 用寿命 尤其在高压作业和泵注高粘度液体时 更为严重 4 现场作业前 应对使用的全部管汇按工作压力进行试压 以确保作业 顺利与安全 2 2 3 YL105 1490 型压裂车 2000 型 1 整车概况 YL105 1490 型压裂车 2000 型 是一种在底盘车上装有 一台卧式三缸高压柱塞泵或五缸高压柱塞泵的移动设备 如 SJX5360TYL105 压 裂车上安装的是三缸柱塞泵 SJX5341TYL105 压裂车上安装的是五缸柱塞泵 图 2 1 2000 型压裂泵车 1 底盘车 2 液压系统 3 车台发动机冷却水箱 4 网络控制箱 5 车台发动机 6 液力传动箱 7 刹车装置 8 传动轴 9 压裂泵 10 吸入管汇 11 排出管汇 该该压裂车主要由底盘车和车台两部分组成 底盘车主要是完成整车移动 和为车台发动机启动液压系统提供动力 台上部分是压裂泵车的工作部分 主 要由发动机 液力传动箱 传动装置 柱塞泵 吸入管汇 排出管汇 安全系 统 燃油系统 动力端系统 液力端润滑系统 动力端润滑系统 散热系统 电路系统 气路系统 液压系统 仪表控制系统 远控箱 加热炉总成等组成 该车的主要工作原理是通过底盘车取力带动一个液压油泵 油泵驱动车台 发动机的启动马达 启动车台发动机 车台发动机所产生的动力 通过液力传 动箱和传动轴传送到大泵动力端 驱动压裂泵进行工作 压裂泵将压裂液吸入 吸入管汇 经泵增压后由高压排出管排出 注入井下实施压裂作业 设备操作控制是在仪表车或网络远控箱或车旁控制箱上进行的 操作控制 系统对发动机的控制主要是发动启动 油门 停机或紧急停机 同时有发动机 高水温低油压报警指示灯 发动机转速显示等 对液力传动箱的控制主要是换 挡 解锁及复位操作 同时显示传动箱的闭锁状态 以及对液力传动箱高油压 低油温报警指示等 通过超高压保护表来限制大泵最高工作压力 同时在控制 面板上能显示大泵的工作压力和流量 有大泵超压报警功能 大泵润滑油温高 油压低设有报警指示灯 该设备还配有超高压保护装置和机械超压保护安全阀 自动超压保护装置 采用电控形式 施工时 可根据现场作业的压力需要 设定任一压力保护值 在进行压裂施工作业时 操作人员在控制面板上调定最高安全施工压力 当实 际排出压力超过这个值时 超压保护装置起作用使柴油机快速回到怠速状态 当超压解除后 可以立即重新启动柱塞泵进行工作 机械超压保护安全阀是根 据压力泵车的最高工作压力预先设定的压力保护值 当工作压力超过设定值时 安全阀泄压 从而起到安全保护作用 该设备主要用于油气田深井 中深井 浅井的各种压裂作业 还可以用于 水利喷砂 煤矿高压水利采煤 船舶高压水利除锈等作业 它可以单机进行压 裂作业 也可以联机作业 2 主要要性能参数 YL105 1490 压裂车性能参数根据车台上装有的柱塞 泵的缸数不同而不同 表 2 4 表 2 4 YL105 1490 压裂车性能参数 压裂车型号YL105 1490 压裂车 最大工作压力 MPa 105 最大工作流量 L min 1 2547 三缸泵 或 7169 五缸泵 柱塞泵的最大输入功率 kW 1491 三缸泵 2866 五缸泵 整机外形尺寸 mm 长 宽 高约 10800mm 2500mm 4000mm 轴距 mm 1700 4800 1300 总重量 kg 35730 3 主要配置及其参数 1 载车底盘 YL105 1490 型压裂车底盘主要选用德国 梅赛德斯 Mercedes Benz ACTROS4144 4143 8 6 8 4 底盘 该车采用前后双 桥 稳定性较好 由于是公路用底盘 作为压裂车底盘 底盘大梁必须进行加 固 才能满足油田的道路要求 底盘大梁加固现采用 Benz 加装副大梁的方式 发动机型号为 OM501 LA V6 涡轮增压中冷 功率为 430HP 315kW 最大 扭矩为 2000N m 1800r 2 车台发动机 采用 CAT 3251B 型车台发动机 该柴油机的功率为 1678kW 2250BHP 1900r 最大扭矩为 8434N m 1900r 液压启动方式 3 车台传动箱 配有艾里逊 ALLISON S9810M 型机械液力传动箱 该机械液力传动箱的参数如下 最大输入功率 1678 kW 2250HP 最高输入转速 2100r min 最大输入扭矩 8271N m 传动箱传动比 i1 3 75 i2 2 69 i3 2 20 i4 1 77 i5 1 58 i6 1 27 i7 1 00 i8 0 72 4 柱塞泵总成 YL105 1490 型压裂车所使用的压裂泵有两种 一种是 3ZB105 1490 型卧式单作用三缸柱塞泵 另一种是 5ZB105 2500 轻型卧式单作 用五缸柱塞 3ZB105 1490 型三缸泵由一个动力端总成和一个液力端总成组成 有多种 不同的泵头体以适应几种不同规格的柱塞以获得不同压力和流量 该泵的额定 最大功率为 1491kW 2250HP 冲程为 203 2mm 8 柱塞直径有 33 4 4 41 2 5 四种规格 其性能参数见表 2 5 表中流量的单位为 L min 压力单位为 MPa 表 2 5 3ZB105 1490 型柱塞泵的性能参数 泵冲次 泵转速 r min 100r min150r min200r min250r min330r min 柱塞直 径 流量压力流量压力流量压力流量压力流量压力 33 4 434140654137869103108882147461 4 49312573912198690123273162655 41 2 62497 493696124872156058206344 5 77580115877155058193747254735 5ZB 2500 轻型五缸柱塞泵其额定最大功率为 1866kW 2500HP 冲程为 203 2mm 8 柱塞直径可在 31 2 63 4 之间选择 以满足施工时不同压力和 流量的要求 所有不同直径柱塞的液力端所配的动力端是相同的 该泵的具体 性能参数见表 2 6 表中流量的单位为 L min 压力单位为 MPa 表 2 6 ZB105 2500 型柱塞泵的性能参数 泵冲次 泵转速 r min 111r min150r min200r min250r min330r min 柱塞 直径 mm 流量压力流量压力流量压力流量压力流量压力 88 9700140950107 6126480 8158264 6208649 95 3802121 9108694 1144670 7180956 5238542 8 101 6912107 2123482 8164362 2205549 7271037 7 114 3115484 7156365 4208249 1260439 2343729 7 127142768 6193052 9257439 7321731 8424724 1 139 7172656 7233543 8311132 8389126 3513219 9 146 1188551 9255140 1339930 1425124 0560918 2 152 4205547 6277836 8370227 6462922 1610916 7 165 1241140 6325931 4434523 5543118 8716914 3 制动功率 kW 17901866186618661866 小齿轮轴 转速 r min 705953127115882100 液力端主要由泵头体 吸入和排出阀总成 柱塞 盘根 凡尔及凡尔座等 组成 在吸入口处装有吸入空气稳压器 柱塞表面喷镀耐磨合金粉 具有良好 的耐磨性及抗腐蚀性 柱塞密封由 V 形盘根 盘根压环和盘根座圈等排列构成 5 柱塞泵的润滑系统 压裂泵的润滑系统包括动力端润滑系统和液力端 润滑系统 动力端采用连续式压力润滑 由 S9810M 传动箱取力器 PTO 驱动润滑 泵进行润滑 动力端润滑系统包括溢流阀 滤清器 油压表 管路和润滑油冷 却器及储油箱等组成 储油箱带液位指示器 操作人员可以方便地观察油面和 油位 动力端的润滑油是通过发动机散热水箱提供冷却 配有节温器 液力端柱塞 填料密封圈采用气压式连续压力润滑 设备挂挡后可以自动 启动盘根润滑系统 当传动箱挂倒挡后会自动切断气源 气动隔膜泵停止工作 该系统包括所有为柱塞提供润滑的机油池和所必需的附件 在液力端的下面装 有回收润滑油的滴液盘 通过一个带阀门的三通 可以使回收的润滑油流向润 滑油罐或流向外接放油口 流回润滑油罐的管路上配有 Y 型过滤器 液力端润 滑油箱内部通过隔板分为净油侧和污油侧两部分 隔板顶部开口 通过过滤网 将净油侧和污油侧连通 气动润滑泵从净油侧吸油 回收的污油流回污油侧的 底部 经沉淀过滤后从隔板的顶部流向净油侧 净油侧和污油侧的顶部都放油 丝堵 侧面均有液位指示器 润滑油箱顶盖用螺栓和箱体固定在一起 便于拆 装 6 液压系统 2000 型压裂车根据结构形式的不同有两种不同的液压系 统 一种是立式水箱 另一种是卧式水箱 立式水箱 车台发动采用立式水箱安装 通过飞轮皮带直接驱动风扇叶片 的方式 液压系统负责车台发动机的启动 它来自于汽车底盘取力器驱动的液 压泵 车台发动机可以配置单或双液压启动马达 通过转换阀实现分别或同时 启动 本车配置双启动马达 并同时工作 由于液压系统只是在发动机启动的 短时间内工作 所以不需要配备液压冷却系统 卧式水箱 车台发动机采用卧式水箱安装 冷却水箱的风扇叶片通过液压 马达驱动 液压系统由两部分组成 一是负责车台发动机的启动 它来自于汽 车底盘取力器驱动的液压泵 车台发动机可以配置单或双液压启动马达 通过 转换阀实现分别或同时启动 二是通过底盘取力器 作业时启动底盘发动机 或者传动箱取力器 正常作业时底盘发动机不工作 安装的液压泵 驱动多通 道水箱风扇马达 并在压裂车主控箱上设置强制冷却开关 风扇的开启可以通 过设置在发动机和传动箱上的温控开关实现自动开启 由于液压系统在施工过 程中始终处于工作状态 所以液压系统液压油需要经过发动机水箱的通道通过 风扇进行冷却 液压系统包含有与之相关的设备 如油箱 滤清器 溢流阀 单向阀等 以确保系统的完整和功能话 7 吸入管汇 为适应压裂泵大流量输出和井场管线的连接 吸入管线通 常采用两个上水接口 每个接口包括 4 蝶阀和外扣或者内扣由壬接头 分别装 于车后 离地高度适当 吸入歧管向下倾斜 可确保管线内部留残余液 在泵 头体每个吸入口的下方装有顶杆 便于作业完成后排空泵腔内的液体 吸入管 汇上装有一个缓冲器以保证压裂泵工作时吸入阀体的稳定性 为适应 CO2 作业 整个吸入管汇需要保证承压 2 45MPa 以上 当进行 CO2 作业时 应将缓冲器拆 除 并安装随机配置的堵板 8 排出管汇 2000 型压裂车根据配置柱塞直径的大小可选用 2 或者 3 的排除管汇 当最大流量大于 1 5m3 min 时 通常采用 3 的排除管汇 为便于 排出管汇与压裂泵的连接 通常在泵的液力端出口与高压直管之间通过 50 型或者 10 型活动弯头连接 高压排出管横向固定在车尾部 施工中应打开 支架固定销 将排出管线放在地面并进行支撑 排出接口可以选择外口由壬或 者内扣由壬 在压裂泵的另一端出口装有压力传感器 与超高压保护装置进行 连接 为提高设备的安全性 在排出管汇上增加一套 105MPa 安全阀 9 加热炉装置 为保证泵车能够在冬天或高寒地区正常作业 2000 型 压裂车配有加热装置 在车台柴油机的前端装有柴油加热器 为车台柴油机的 冷却液进行加热 柴油加热器通过主控台上的开关开启 加热炉自带水泵循环 发动机冷却液 同时对发动机油底壳进行加热 待温度达到要求后 需人工关 闭电源 三分钟后加热炉会自动停止工作 加热器的进水和出水管线分别与发 动机水道连接 进出口均设有阀门 在启动加热装置之前 必须开启两个阀门 与水道连通 加热过程完成后 应将两个阀门关闭 10 气路系统 气路系统由汽车底盘和车台发动机提供气源 在压裂车 的主控箱上安装有气压表 可以观察气压的大小 气压系统的功能是控制压裂 车刹车系统及为泵的液力端润滑供气 刹车装置采用电控气的方式 通过传动 箱的换档开关进行控制 当换档开关置于刹车档时 刹车气缸推动刹车毂工作 当换档开关置于非刹车档时 解除刹车 液力端的润滑系统具有自动控制功能 当启动车台发动机后 系统自动开 启液力端润滑系统气源 推动润滑气泵为压裂泵盘根提供润滑 当传动箱换档 开关置于刹车挡位置时 由于压裂泵处于非工作状况 系统会自动切断液力端 润滑系统气源 停止对盘根的润滑 11 冷却系统 2000 型压裂车根据结构形式的不同可以采用多种形式的 冷却系统 当采用卧式水箱布置时 整个冷却系统由五部分组成 第一部分是为车台发动机冷却 采用载车底盘驱动液压泵并带动发动机水 箱风扇冷却卧式散热器 此方法可以尽量保证压裂泵得到最大的输入功率 但 施工过程中底盘发动机必须连续工作 采用从传动箱取力驱动液压泵并带动发 动机水箱风扇冷却卧式散热器 此方法会消耗车台发动机的功率 施工过程中 底盘发动机除驱动车台发动机的液压启动系统的瞬间工作外 可以停止工作 第二部分是为压裂泵的动力端润滑油提供冷却 采用热交换或者多通道 发动机 散热器的方式 通过发动机的冷却水或者发动机风扇冷却传动箱润 滑油 第三部分是为压裂泵的动力端润滑油提供冷却 采用多通道 发动机 散 热器的方式 通过发动机风扇为压裂泵的动力端润滑油提供冷却 第四部分是为车台发动机的燃油系统提供冷却 采用多通道 发动机 散 热器的方式 通过发动机风扇为发动机燃油系统提供冷却 第五部分是为液压系统提供冷却 采用多通道 发动机 散热器的方式 通过发动机风扇为液压系统提供冷却 冷却风扇由液马达驱动 转速可自动控制 高速和低速 随温度的升高自 动加快 也可采用手动控制方式 使风扇始终高速运转 当采用立式水箱布置时 压裂车的冷却系统由四部分组成 第一部分是为车台发动机冷却 通过发动机直接驱动水箱风扇冷却立式散 热器 第二部分是为液力传动箱的润滑油提供冷却 采用热交换或者多通道 发 动机 散热器的方式 通过发动机的冷却水或者发动机风扇冷却传动箱润滑油 第三部分是为压裂泵的动力端润滑油提供冷却 采用多通道 发动机 散 热器的方式 通过发动机风扇为压裂泵的动力端润滑油提供冷却 第四部分是为车台发动机的燃油系统提供冷却 采用多通道 发动机 散 热器的方式 通过发动机风扇为发动机燃油系统提供冷却 12 刹车装置 变速箱与传动轴的连接处装有刹车装置 当发动机在运 转或变速箱处于空档时 防止其输出轴带动泵运转 或者当超压保护后 刹车 装置自动启动 该刹车的气源由底盘储气筒提供 13 安全保护装置 为保证压裂车在施工过程中的安全 该车设置有两 套安全系统 采用压力传感器 将施工中的压力变化转化为电流的变化 施工前首先设 定工作安全压力 当压力达到设定压力值时 超压保护装置输出信号给发动机 调速器 发动机在得到控制信号后会立即回到怠速状况 采用机械式安全阀 产品在出厂时根据设备的承压最高值进行调定 其功 能是在施工或者试压过程中 压力达到调定之后 安全阀会自动开启泄压 泄 压到卡车底部 当泄压完成后 安全阀会自动关闭 该安全阀的设定是为了保 护压裂泵和整个高压管汇系统的安全 安全阀设定值的调定在出厂前进行调定 14 控制和仪表系统 所有仪表 开关和控制按钮标识清晰 所有接线 接头标记清晰 压裂车可配置两种操作系统 单车控制系统或网络控制系统 15 台上仪表箱 YLC105 1490 型压裂车所选用的发动机综合显示仪可 以同时显示发动机水温 油压 转速 进气压力 故障代码等多项参数 显示 仪可以通过外部接口与计算机进行连接 修改发动机参数和检测发动机故障 该仪表箱主要显示盘根润滑气压表 用于显示盘根润滑气泵供气压力的大 小 气压调节阀 用于调节盘根润滑气泵供气压力的大小 启动油压表 用于 显示启动油泵的油压的大小 风扇油压表及补油压表 注 仅适用于卧式水箱 车台传动箱油压表 用于观察传动箱工作油压的大小 车台传动箱油温表 显 示传动箱工作中的油温高低 气压表 指示储气罐内的气压大小 大泵油压表 指示压裂泵动力端润滑油压的大小 大泵油温表 指示压裂泵动力端润滑油温 的高低 电压表 主控箱电源熔断器 照明灯熔断器 照明灯开关 该开关可 以控制夜间施工中照明灯的开启 主控箱电源开关 远控箱电源开关 加热器 开关 用于启动加热器 加热器电源指示灯 指示灯亮表示加热器正在工作 发动机启动 停机开关 紧急停机开关 16 远控箱 远制箱可以实现压裂车的现场操作控制 远控箱的功能与 仪表车内的泵控单元相同 可以实现压裂车的启动 调速 换档 解锁 停机 等控制功能 发动机 传动箱 压裂泵等系统的故障报警功能 发动机转速 压裂泵输出理论排量 实际施工压力 压力预置 超压保护等 2 2 4 YL140 1860 型压裂车 2500 型 1 整车概况 YL140 1860 型压裂车是一种在底盘车上装有一台卧式五缸 高压柱塞泵的移动设备 柱塞泵由车台柴油机通过液力变速器驱动 可在远离 压裂车几十米外的远控箱或仪表车上操作 安全可靠 自动化程度高 该设备 装有自动超压保护装置 压裂施工作业时 操作人员可在远控箱或仪表车上设 定最高安全施工压力 当实际施工排出压力超过设定的最高安全施工压力时 超压保护装置自动使车台柴油机处于怠速状态 当超压保护复位后 可以很快 地重新启动柱塞泵工作 YL140 1860 型压裂车主要用于油气田深井 中深井及 浅井的各种压裂作业 还可以用于水力喷砂 煤矿高压水力采煤 船舶高压水 力除锈等作业 它可以单机进行压裂作业 也可作为增产作业系统的一部分实 现联机作业 最大工作压力为 137MPa 最大理论排量为 2 471m min YL140 1860 型压裂车填补了国内外自走式超大功率压裂车的空白 单机输出功率比国 内外现有的 2000 型压裂车及拖挂式 2500 型压裂车都有很大的提高 达到了 2500HP YL140 1860 型压裂泵车的工作原理是通过底盘车发动机动力驱动车台发动 机的启动马达 使车台发动机工作 车台发动机所产生的动力 通过液力传动 箱和传动轴传到压裂泵动力端 驱动压裂泵进行工作 混砂车供给的压裂液由 吸入管汇进入压裂泵 经过压裂泵增压后由高压排出管排出 注入井下实施压 裂作业 图 2 2 2500 型压裂泵车 1 底盘车 2 底盘变速箱和发动机取力器 3 车台发动机 4 网络控制箱 5 车台发动机冷却水箱 6 液力传动箱 7 传动轴 8 安全系统 9 压裂泵 10 吸入管汇 11 排出管汇 12 液压系统 13 润滑系统 2 主要要性能参数 YL140 1860 压裂车性能参数根据车台上装有的柱塞 泵的缸数不同而不同 表 2 7 表 2 7 YL140 1860 压裂车性能参数 压裂车型号YL140 1860 压裂车 最大工作压力 MPa 140 最大工作流量 L min 1 2 471 对应压力为 45 3MPa 柱塞泵的最大输入功率 kW 2086 2800HP 整机外形尺寸 mm 长 宽 高约 12500mm 2800mm 4200mm 轴距 mm 1630 5550 1450 1650 总重量 kg 45000 3 主要配置及其参数 1 载车底盘 YL140 1860 型压裂车底盘主要选用德国 梅赛德斯 Mercedes Benz ACTROS4150 8 6 底盘 该车采用前后双桥 稳定性较好 由于是公路用底盘 作为压裂车底盘 底盘大梁必须进行加固 才能满足油田 的道路要求 底盘大梁加固现采用 Benz 加装副大梁的方式 发动机型号为 OM501 LA V6 涡轮增压中冷 功率为 503HP 370kW 最大扭矩为 2400N m 1080r 2 车台发动机 采用 CUMMINS QSK 60 型车台发动机 该柴油机 的功率为 2237kW 3000BHP 1900rpm 最大扭矩为 11268N m 1600r 液压 启动方式 3 车台传动箱 配有艾里逊 TWIN DISC TA90 8501 型机械液力传 动箱 该机械液力传动箱的参数如下 最大输入功率 2235kW 3000HP 最高输入转速 2100r min 最大输入扭矩 12880N m 传动箱传动比 i1 4 47 i2 3 57 i3 2 85 i4 2 41 i5 1 92 i6 1 54 i7 1 25 i8 1 00 i9 0 80 不用 4 柱塞泵总成 压裂泵是整个压裂车的心脏 YL140 1860 型压裂车所 使用的 5ZB 2800 泵是一种往复 容积式 单作用 卧式五缸柱塞泵 该泵的最 大输入额定制动功率为 2080kW 2800hp 最高压力可达 138MPa 最大流流 量可达 3 86m3 5ZB 2800 卧式五缸柱塞泵由一个动力端总成和一个液力端总成 组成 可以更换不同的泵头体以适应装在几种不同规格的柱塞以获得不同压力 和排量 柱塞直径可在 33 4 5 选则 常用柱塞直径为 3 75 和 4 可选用不同 的盘根总成 凡尔总成 排出法兰 吸入管汇来进行各种配套布置 泵送各种 特殊的液体 在各种不同环境下工作 该泵的性能参数见表 2 8 表 2 8 5ZB 2800 型柱塞泵的性能参数 排量L min压力MPa 相同泵头体相同泵头体相同泵头体相同泵头体 档位冲次 33 4 柱塞 4 柱塞 41 2 柱塞 5 柱塞 33 4 柱塞 4 柱塞 41 2 柱塞 5 柱塞 1674865537008641381239678 28460869287610821381239678 3105762867109713551381239678 41249011025129816021241098670 5156113112871629201199876856 6195141016052031250779705545 7240173819772502308964574536 8300217224713128386151453629 5 传动轴 变速箱和压裂泵用一个标准传动轴连接 传动轴上装有可拆 卸的护罩 6 液压系统 负责为车台柴油机启动和风扇液压系统提供动力 柴油机启动系统 它来自汽车底盘取力器驱动的液压泵 采用双液压启动 马达 驱动台上柴油机的启动 风扇液压系统 通过台上发动机取力 驱动多通道散热器风扇马达 并在 主控箱上设置强制冷却开关 风扇可以实现自动调速 液压系统包含所有与之相关的设备 如油箱 滤清器 溢流阀 单向阀等 以确保系统的完整和功能化 7 泵的润滑 动力端采用连续式压力润滑 由变扭器上的取力器驱动的 润滑泵进行润滑 动力端润滑系统包括泄压阀 滤子 仪表 油泵 液压系统 管路和润滑油冷却器及储油箱等 液力端柱塞 盘根采用气压式连续压力润滑 设备挂挡后可以自动启动盘 根润滑 液力端柱塞上部装有可翻转的盖板 可以观察压裂泵柱塞工作状况 在液力端之下 装有回收润滑流体的集油盘 通过一个带阀门的三通 可 以使回收的润滑油再重新流会到液力端润滑油箱或流向外接放油口 液力端润 滑油箱分为净油侧和污油侧两部分 通过过滤网连通 气动润滑泵从净油侧吸 油 回收的污油流回污油侧的底部 经沉淀过滤后从隔板顶部流向净油侧 以 保证润滑油的循环使用 7 排出管汇 五缸压裂泵出口装有 3 排出管汇 1 个 50 型活动弯头和 3 15000 psi 短管 排出管汇斜向固定在车尾 作业时打开固定卡后 可以 将管汇出口移到地面与其它管线进行连接 排出口的接口处装有内扣由壬接头 FIG1502 8 吸入管汇 为适应压裂泵大排量输出和井场管线的连接 吸入管线通 常采用两个上水接口 每个接口包括 4 蝶阀和外扣由壬接头 扣型 FIG206 分别装于车后 离地高度适当 吸入歧管向下倾斜 整个吸入管汇需保证承压 2 45MPa 以上 吸入管汇采用不锈钢材料 4 蝶阀选用 FMC 产品 9 刹车装置 变速箱内部装有刹车装置 启动刹车装置可以防止输出轴 由于惯性带动压裂泵运转 当超压保护后 刹车装置自动启动 10 加热装置 为保证泵车能够在冬天或高寒地区正常作业 2500 型压 裂车配有加热装置 在车台柴油机的前端装有柴油加热器 为车台柴油机的冷 却液进行加热 柴油加热器通过主控台上的开关开启 加热炉自带水泵循环发 动机冷却液 同时对发动机油底壳进行加热 待温度达到要求后 需关闭电源 三分钟后加热炉会自动停止工作 加热器的进水和出水管线分别与发动机水道 连接 进出口均设有阀门 在启动加热装置之前 必须开启两个阀门与水道连 通 加热过程完成后 应将两个阀门关闭 11 气压系统 气压系统由底盘发动机提供气源 在压裂车的主控箱上 安装有气压表 可以观察气压的大小 气压系统的功能是为压裂泵的液力端润 滑提供气压 液力端的润滑系统具有自动控制功能 当启动车台发动机后 系 统自动开启液力端润滑系统气源 推动润滑气泵为压裂泵盘根提供润滑 当变 速箱换档置于刹车挡位置时 由于压裂泵处于非工作状况 系统会自动切断液 力端润滑系统气源 停止对盘根的润滑 12 冷却系统 压裂车的冷却系统采用底盘发动机驱动液压系统冷却卧 式散热器冷却风扇的转速设有自动和手动两个档位 整个冷却系统由五部分组 成 第一部分是为车台发动机冷却 采用多通道散热器的方式 通过发动机风 扇为发动机水路提供冷却 采用从底盘发动机取力 驱动液压泵并带动发动机 水箱风扇冷却发动机 第二部分是为传动箱的润滑油提供冷却 采用多通道散热器的方式 通过 发动机水冷却传动箱润滑油 第三部分是为压裂泵的动力端润滑油提供冷却 采用多通道散热器的方式 通过发动机风扇为动力端润滑油提供冷却 第四部分是为柴油发动机的柴油提供冷却 采用多通道散热器的方式 通 过发动机风扇为发动机柴油提供冷却 第五部分是为风扇液压系统提供冷却 采用多通道散热器的方式 通过发 动机风扇为液压系统提供冷却 13 安全保护装置 为保证压裂车在施工过程中的安全 2500 型压裂车 设置有安全系统 该装置安装在泵头体的另外一个排出口 采用 105MPa 压力 传感器和马丁戴克表 将施工中的压力变化转化为电流或电压的变化 施工前 首先设定工作安全压力 当压力达到设定压力值时 控制系统输出信号给发动 机 发动机在得到控制信号后会立即回到待速状况 直感式马丁戴克表可以根 据设定压力输出信号给控制系统使发动机回怠速 14 台上仪表箱 台上仪表箱用于安装液 气路仪表 其中包括 大泵油压表 通过直感方式指示压裂泵动力端润滑油压的大小 传动箱油压表 通过直感方式指示传动箱润滑油压的大小 传动箱油温表 通过直感方式指示传动箱润滑油温的大小 发动机油压表 通过直感方式指示发动机润滑油压的大小 发动机水温表 通过直感方式指示发动机润滑油温的大小 盘根润滑气压表及气压调节阀 用于调节盘根润滑气泵供气压力的大小 启动油压表 采用直感方式观察启动油泵的油压高低 风扇主油压表 指示风扇主油泵油压值 风扇补油压表 指示风扇补油泵油压值 15 台上控制箱 台上控制箱内装有各种电气元件 电气显示仪表与控 制接头 为便于检查维修 所有接线 接头均有清晰的标记 面板主要元件包 括 发动机综合显示仪 可以同时显示发动机水温 油压 转速 进气压力 故障代码等多项参数 传动箱综合显示仪 可以同时显示传动箱油温 油压 档位 故障代码等 多项参数 还有气压表 电压表 主控箱电源熔断器 照明灯熔断器 加热炉熔断器 照明灯开关 主控箱总电源开关 控制系统电源开关 加热器开关 加热器电 源指示灯 发动机紧急停机按钮 发动机启停钥匙开关 ABB 散热风扇手自动 切换开关 16 单车网络控制箱 网络控制屏 每台压裂车配置 1 套单车网络控 制箱 控制箱可以实现压裂车的现场操作控制 控制箱的功能与仪表车内的泵 控单元相同 可以实现单台和多台压裂车的启动 调速 换档 解锁 停机等 控制功能 发动机 传动箱 压裂泵等系统的故障报警功能 发动机转速 压 裂泵输出理论排量 实际施工压力 压力预制 超压保护等显示和安全装置等 控制距离为 10 米 控制屏为 15 AB 工业屏 2 2 5 混砂车 混砂车是油田压裂机组中的关键设备之一 混砂车的主要功能是将液体和 多种支撑剂按一定的比例要求混合 然后将混合好的液体以一定的压力输送给 压裂车 压裂泵再将混合液加压后挤入地层 混砂车的工作流程 吸入泵 离 心泵 向混砂罐提供清水 输砂器向混砂罐提供干砂 液添泵向混砂罐提供胶 联剂 支承剂 以及干粉添加等 经混砂罐内搅拌器充分搅拌后 由砂泵 离 心泵 从罐内吸出排给压裂车的柱塞泵吸入端 此过程为连续动态过程 上述 所有执行均为液压驱动 并可无级变速 最终实现各种介质按比例 按排量的 混合液排出 目前国内的 2000 型压裂机组中所配备的混砂车有输出排量 75bbl 12m3 和 100bbl 16m3 两种规格 分别为 HS210 型和 HS360 型 图 2 3 也有适 合中小型压裂 酸化作业的配套混砂车 HSC60 型 它的输出排量为 40bbl 6m3 各种型号的混砂车在配置和性能参数不同 但在其工作原理和结构基本类似 下面以 HS360 为例 介绍常用混砂车的结构原理 图 2 3 HS360 混砂车 1 斯太尔底盘 2 底盘取力总成 3 前挡泥板总成 4 动力系统 5 构架 6 操作平台 7 电气控制系统 8 液压系统 9 发射性密度计 10 低压管汇 11 液添系统 12 干添系统 13 混合罐 14 螺旋输砂器 15 吸入泵总成 16 排出泵总成 1 整车概述 HS360型混砂车能实现比例混砂 并能按压裂工艺的要求 有效地向压裂车供应不同要求的压裂液 适用于大 中型压裂 酸化施工 该 车配有两台规格为10 8 14 和12 10 23 的 MISSION 砂泵分别作为吸入 供液泵和排出砂泵 正常作业时 混砂车将压裂液经供液泵送至混合罐内 并与干添加剂系统 液体添加剂系统和输砂系统所提供的压裂所需的辅助剂及支撑剂混合后 经排 出砂泵排出至压裂车 混砂车的最大流量可达16m3 min 清水性能 本车采用 全液压驱动 动力分别由底盘发动机和车台柴油机提供 两部分动力经过各自 的分动箱带动油泵 油泵再分别驱动各油马达以实现各部工作 底盘发动机和车台发动机的控制机构 指示仪表 各油泵压力表以及显示 混砂车工况的计量仪表均安装在操作室内的仪表台上 能够实现发动机的启动 调速 停机以及显示发动机与油泵的运转情况 在仪表台上还可同时控制混砂 车各部位 了解其工况 并实现集中控制 仪表台上安装有网络控制系统 2 主要要性能参数 HS360 混砂车的基本性能参数见表 2 9 表 2 9 HS360 混砂车性能参数 混砂车型号HS360 混砂车 砂泵最大流量 m3 min 15 9 100bbl 砂泵最大压力 MPa 0 7 螺旋输砂器输砂量 m3 min 6 混合液罐容积 m3 1 5 吸入管路阀门4 蝶阀 8 只 排出管路阀门4 蝶阀 8 只 整机外形尺寸 mm 长 宽 高约 12000mm 2500mm 4200mm 轴距 mm 1700 4800 1350 总重量 kg 29000 3 主要配置及其参数 1 载车底盘 HS360 型混砂底盘主要选用德国 梅赛德斯 Mercedes Benz ACTROS4144 8 6 底盘 该车采用前后双桥 稳定性较好 由于是公路 用底盘 作为压裂车底盘 底盘大梁必须进行加固 才能满足油田的道路要求 底盘大梁加固现采用 Benz 加装副大梁的方式 发动机型号为 OM501 LA V6 涡轮增压中冷 功率为 430HP 315kW 最大扭矩为 2000N m 1800r 2 车台发动机 车台一般选用 CAT C13 型柴油机或采用 DDC 6063HV39 型柴油机 CAT C13 柴油机功率为 382kW 520HP 2100rpm DDC 6063HV39 型柴油机功率为 405kW 550HP 2100rpm 3 传动系统 底盘发动机传出动力 经传动轴传至分动箱 由分动箱带 动液压泵 分别通过液压马达驱动吸入供液泵和排出砂泵 另一路动力由车台 发动机传出 由分动箱带动液压泵 驱动各机构中的液压马达 以实现输砂 搅拌 胶联 干添 输砂器的起升及液压油的冷却风扇各部工作 整个传动系 统采用液压控制驱动方式 4 分动箱 分动箱是整个动力传动的中枢 该车分别由底盘和台上发动 机驱动分动箱并带动油泵 驱动各执行机构 5 吸入