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關于大型壓裂施工裝備的優化配套

文檔作者：鮑傳祿文檔來源：煙臺杰瑞石油裝備有限公司		更新日期： 2026年05月17日	點擊數：
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88
油氣勘察
相比于常規的砂巖改造，頁巖氣井
的壓裂改造與其有很大的差異，在對頁
巖氣井進行改造，其主要的核心就是在
其內部形成逢網系統，在這種情況下，
也就提高對了壓裂施工裝備設計規模的
要求，其只有達到10m³/min以上的施工
排放量、最低連續2000m³以上的不間斷
供液液量以及100m³以上的連續加砂能
力才能夠滿足施工的要求，但是在實際
的施工過程中，如果采用單套的壓裂機
組，則無法達到施工要求，進而降低了
施工效果，所以，應對大型壓裂施工裝
備進行優化配套，從而使其能夠達到大
規模壓力施工工藝技術的相關要求。
一、工程概述
選某油田現有的2套2000型壓力機
組中以及其他油田現有的4套2500型壓裂
車，將二者進行優化配套與組合，并完
成地面高低壓流程和多級供液體系的優
化配套，做好施工數據采集系統方面的
技術對接，從而實現多車組的聯合作業
施工，使多套壓裂機組能夠得到集中操
作與控制。
二、壓裂組設備的優化組合配套
為了能夠滿足油田施工對大液量、
大排量的壓裂施工要求，則需要將多套
壓裂機組進行合理的配置與優化，將其
組合成為一套能夠集中操作與控制的大
型壓力施工設備，使其施工能力能夠滿
足優點壓裂施工的要求，全面提高壓裂
機組的施工能力。
實例分析：按照1井壓裂施工進行設
計，將其設計為總施工排量在10-12m³/
min，總入井的液量為2200m³，總計施
工壓力為60MPa，施工時間超過4h，總
有效施工功率為12005kW的壓裂設備裝
置。
設備裝置配套的原則：首先必須要
確保其能夠滿足施工的要求，其次，應
準備3臺備用的泵車，確保能夠為長時
間施工提供交替使用，避免發生意外故
障，最后，應在合理的程度內降低施工
成本。
結合上述所表述的施工規模、60%
設備負載率以及95%的壓裂設備有效輸
出功率完成裝備的匹配，在這種情況
下，水功率共計為21062.48kW，壓裂泵
車配套為：4臺2500型壓裂機組和10臺
2000型壓裂機組的組合配置，其總功率
達到22064.97Kw，能夠全面的滿足施工
的要求。
結合施工要求， 前期的1 7 2 0 m ³
入井液的排量達到1 0 m ³ / m i n，如果
施工壓力為60MPa，則需要功率達到
17551.95kw，確保有3臺壓裂車能夠始終
處于備用的狀態，最后再將480m³入井
液排量達到12m³/min時，確保設備能夠
全部啟動，使其能夠滿足施工的要求。
另外，使用2臺混砂車，分別為雙
SMC-75以及皇冠STL-00100，兩種混
砂車的最大排量分別為11.9m³/min與
15.9m³/min，根據使用要求，將皇冠
STL-00100混砂車作為主使用設備，而
將雙SMC-75混砂車作為備用。同時，
將2套高壓管匯進行備用，確保每一套的
排放量能夠保持在7-8m³/min，使其能
夠同時使用。另準備8臺運砂罐車，確保
其單臺容量能夠保持在10m³，使其總容
量能夠達到80m³。
三、高壓管匯系統配套優化
通常情況下，普通的高壓管匯同時
連接6-8臺壓裂泵車，如果需要采用10臺
以上的壓裂泵車進行同時工作，則需要
使用2套或者2套以上的高壓管匯系統進
行同時工作，將四通或者是三通聯合從
井口注入到井內。在對高壓管匯系統進
行配套組合與優化后，使其能夠更加充
分的滿足多臺設備的泵注鏈接，這樣一
來就能夠有效的降低井口和高壓管的抖
動，從而保證施工能夠順利開展，提高
施工的安全性。
結合1井的實際狀況，在井口位置將
2套高壓管匯進行對稱分布，每一套管匯
分別與2臺2500型泵車和5臺2000型泵車
進行連接，而后根據實際情況，編制完
善的泵車組操作體系，這樣一來就能夠
有效的確保施工過程中供液的充足性，
避免供液不足所導致泵走空情況的發
生，確保高、低壓管線不會發生抖動，
保持平穩。同時，應確保2套管匯的排量
能夠在均衡的狀態下同時泵入到井內，
而且也要確保各個車組的泵車間歇能夠
循環使用，從而能夠滿足長時間的施工
要求。
四、優化數據采集與控制系統
通常情況下，一般的油田往往不具
備2套型號相同的壓裂車組，尤其是儀表
車與混砂車的生產廠家不同，其對施工
數據的采集、傳輸以及處理方面都擁有
獨立化的控制系統。為了能夠實現統一
化與集中化的控制和指揮，則必須要對
施工數據進行融合與對接，并對每一個
數據的采集點進行合理的優化，這樣一
來就能夠使施工數據可以集成在同一個
系統內，實現數據的遠程傳輸。
因為1套2500型壓裂車組合2套2000
型的壓裂車組其都具備獨立的泵控系
統，而為了能夠使3套車組可以實現集中
化與統一化的控制，應根據當前狀況，
分別采用利用互聯網控制的皇冠STC-
00024儀表車與模擬控制的SEV5130TYB
型儀表車，并將后者作為主控制車，2套
網絡控制電腦應同時集中在該車的控制
室內，這樣一來就能夠真正的實現集中
化控制。同時，應將STL-00100混砂車
和皇冠STC-00024儀表車二者相連，從
而實現對施工數據的實時監測與實時采
集，并利用互聯網遠程傳輸功能，將所
采集與監測到的數據傳遞到指揮控制車
中，使工作人員能夠及時檢測到施工曲
線與施工參數，確保施工指揮、應急處
置以及控制等操作能夠順利完成。
五、儲液方式與多級供液設施的
配套
按照大型壓裂機組的施工地理條
件、儲液裝備以及施工規模，比如液體
的種類、施工液量以及施工的排量等相
關條件，確定多級供液設施和儲液方式
的具體優化配置。
首先，應按照1井設計的2500m³施
工備液，將阻水和線性膠排量10-12m³/
min以及現場條件，在場地建設1座體積
為2500m³的防滲儲液池，使其能夠滿足
于將阻水的儲存與配制。其次，應在現
場內放置10-12個50m³的儲液罐，將其
作為和混砂車連接的主要供液罐，另將2
臺柴油機進行安裝，使其能夠在提液的
同時，向主液罐內進行供液，確保每單
臺的排量能夠高于13m³/min，且揚程為
14m，單獨一臺也能夠滿足施工現場補
液的需求。同時，應該按照每一個罐液
位的具體下降情況，從閘門開始對打回
流和補液進行控制與調整，使其不僅能
夠滿足施工要求，也能夠對儲液罐進行
補液，并且不會造成淤罐情況的發生。
使用備1開1的2臺聯合方式進行工
作，同時應采用304.8mm的多閥組管
匯，使地面的儲液罐能夠在過閥組的控
制下，全部聯入到管匯中，從而確保施
工供液的連續性，形成從防滲池到儲液
罐，最后到混砂車的二級工業管匯配套
的工作形式，具體見圖1。
關于大型壓裂施工裝備的優化配套
鮑傳祿　　煙臺杰瑞石油裝備有限公司
【摘　要】在油田施工中，經常存在很多大液量、大排量的壓力施工，而為了能夠滿足此類施工的要求，則需要對油田內現有的壓力裝備進行配套組合與
升級優化，并將地面高壓流程和多級供液體系的優化配置與相關的施工數據采集進行技術方面的對接，從而真正的實現多車組的聯合作業施工，確保多套
壓裂機組能夠得到集中的操作與控制。基于此，本文主要對大型壓裂施工裝備的優化配套進行分析，希望能夠為相關的工作人員提供幫助。
【關鍵詞】大型壓裂；壓裂裝配；優化；配套
(下轉第90頁）
90
電力工程技術
由圖5可知，隨土工材料彈性模量的
增加，對瀝青層底最大拉應力影響并不
顯著，但對剪應力的下降卻具有顯著影
響。這表明，高模量土工材料對反射裂
縫的抑制作用不在于減小瀝青面層的拉
應力，而在于吸收、擴散加鋪層內的應
力，增大應力分布范圍，減小應力集中
現象，從而延緩裂縫的發展。
從圖6可以看出：隨著土工材料彈性
模量的增大，裂縫中心處的彎沉值不斷
減小；而隨著距離的增大，這種差異性
也逐步減弱。可見，通過在半剛性基層
裂縫上鋪設土工材料，可以有效增強路
面結構的整體剛度，從而在一定程度上
提高其承載能力。
3.土工材料厚度
為分析土工材料厚度對路面結構的
影響，在計算中將材料厚度分布設定為
0.2、0.5、1、2、3和5mm。相應的計算
結果如圖7、8所示。
從以上計算結果可以看出，無論是
瀝青路面層底拉應力、剪應力還是路表
彎沉，受土工材料厚度的影響均很小，
在工程應用中可依據實際條件加以選
擇。
4.下臥層剛度差異
在既有瀝青路面中，當裂縫兩側
的半剛性基層出現不同程度的結構性損
壞時；或者在既有公路拓寬改造中，在
基層拼接兩側由于材料、結構整體性
不同，往往造成裂縫兩側結構剛度的差
異。為避免由于剛度差異而形成反射裂
縫，在裂縫或接縫位置也需要設置相應
的土工材料。
在有限元模型中，通過設定裂縫兩
側不同的剛度比，以此分析這種剛度差
異對路面結構響應的影響，以及土工材
料在抑制反射裂縫中所發揮的作用。
在計算中，將半剛性基層的基準剛
度確定為600MPa，裂縫兩側的剛度比分
別取為1、2、3、4、5和6。相應的計算
結果如圖9所示。
由圖9可知，隨基層剛度比的增加，
瀝青層底最大拉應力在8.3～9.9kPa范圍
內變化。接縫處瀝青層最大剪應力隨基
層剛度比的增加而減少，但變化幅度不
大，當剛度比由1增大到6時，最大剪應
力從0.156MPa下降為0.145MPa。
可見，基層剛度比的變化對瀝青面
層受力狀況影響較小，這主要得益于裂
縫頂面的土工材料。由于裂縫兩側基層
存在剛度差異，在荷載作用下將出現不
協調變形，從而在瀝青面層產生附加應
力。而設置于裂縫上的土工材料，由于
與基層具有良好的粘結性，可在一定程
度上消除差異變形，降低瀝青面層內的
應力，從而起到延緩反射裂縫開展的作
用。在上述計算分析中，瀝青層內應力
保持良好的穩定性，很大程度上就得益
于土工材料的粘結與抗拉性能。這也進
一步驗證了土工材料良好的防反效果。
三、結論
在瀝青加鋪層與既有半剛性基層之
間設置土工合成材料等防裂夾層對防治
反射裂縫具有較好的效果，土工合成材
料既起到了緩解裂縫端部應力集中的作
用，也可減少瀝青加鋪層底部的彎拉應
力及剪切應力，對控制反射裂縫的發展
具有較好的效果。筆者通過建立三維路
面結構有限元模型，系統分析了土工材
料鋪設寬度、厚度、彈性模量等主要技
術參數對瀝青面層受力狀況的影響，獲
得如下結論：
1.隨著土工材料鋪設寬度的增大，
瀝青面層內的剪應力、路表彎沉均呈下
降趨勢，因而鋪設寬度對土工材料的防
反效果具有顯著影響; 通過分析確定，較
為經濟、合理的鋪設寬度應為2m。
2.土工材料彈性模量和厚度對瀝青
面層的受力狀況影響不大；但是提高材
料的彈性模量，有利于增強其抗拉性
能，提高路面結構的整體性。
3.當裂縫兩側的基層出現剛度差異
時，通過設置土工材料，可在一定程度
上減小基層的差異變形，降低瀝青面層
內的附加應力，從而起到延緩反射裂縫
發展的功能。
1 - 1 號提升泵 2 3 0 4 . 8 m m 管線
101.6mm管線 4101.66蝶閥
5-供液管匯 6-2號提升泵
六、結語
通過對1 井實施大型壓裂施工作
業，能夠真正的實現多套壓裂車組配套
工藝技術與優化組合的施工效果，并為
后期的大型壓裂施工裝備技術配套提供
了寶貴的經驗，而如何利用油田內現有
的壓裂設備進行優化與配套，是充分發
揮出設備作用與價值的主要技術難題，
而且每一個油田內所使用的壓裂機組的
型號、廠家以及出廠時間等都存在明顯
的差異，這樣也就使單套車組的泵控方
式、施工能力和數據采集系統也有所差
異，很難互相兼容，從而增加了大型壓
裂施工裝備優化配套的難度。現如今，
無論是國內還是國外，都開始重點關注
有關于非常規油氣藏勘探開發的相關研
究，這樣也就提高對壓裂改造規模與技
術的相關要求，所以，應結合實際情
況，對壓裂車組、數據采集系統和監控
系統、 高壓管匯等進行優化配套，使其
能夠滿足施工要求。
參考文獻：
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作者簡介：鮑傳祿，1990年4月，山東煙臺，研
究方向：石油機械。
（上接第88頁）

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