3000型壓裂車助力涪陵頁巖氣田快速建產(chǎn)50億方
成功解決我國難動用油氣資源商業(yè)開發(fā)難題
由中石化石油機(jī)械股份有限公司承擔(dān)，與中國石油大學(xué)等8所大學(xué)及科研單位，自主創(chuàng)新研制的“超高壓大功率油氣壓裂機(jī)組研制及集群化應(yīng)用”項目，1月8日榮獲國家科技進(jìn)步二等獎。大型成套壓裂裝備的問世及應(yīng)用，構(gòu)建了完備的壓裂裝備研發(fā)體系，引領(lǐng)了行業(yè)發(fā)展，提升了我國壓裂裝備研發(fā)水平，標(biāo)志我國壓裂裝備研制水平躋身世界領(lǐng)先行列。
我國新發(fā)現(xiàn)的油氣儲量中，深層、超深層及頁巖氣等非常規(guī)油氣資源約占2/3，高效開發(fā)這些資源是國家能源安全的重要戰(zhàn)略舉措，也是油氣開發(fā)領(lǐng)域的主戰(zhàn)場。而常規(guī)壓裂機(jī)組已經(jīng)不能滿足我國極為復(fù)雜的地質(zhì)和地表條件下資源的安全高效開發(fā)。利用大型壓裂機(jī)組對油氣儲層進(jìn)行改造是解放“孔滲低、埋深大、壓力高”油氣藏的決定性手段。因此，自主創(chuàng)新研制超高壓大功率油氣壓裂機(jī)組具有重要的戰(zhàn)略意義。它包括多臺壓裂車、混砂車、高壓管匯系統(tǒng)、配液車、供砂裝置和集群控制系統(tǒng)等，3000型壓裂車是其中的佼佼者。
形成頁巖氣勘探開發(fā)裝備一體化解決方案。中國石化機(jī)械公司以“井工廠”鉆機(jī)、3000型全套壓裂設(shè)備、復(fù)合橋塞、連續(xù)油管、“等壁厚螺桿鉆具+平穩(wěn)切削PDC鉆頭組合”等創(chuàng)新產(chǎn)品及技術(shù)形成的頁巖氣勘探開發(fā)裝備一體化解決方案，為我國首個頁巖氣田——涪陵頁巖氣田商業(yè)化開發(fā)，短期建成50億方產(chǎn)能發(fā)揮了重要的裝備支撐作用。已生產(chǎn)出32臺3000型壓裂車及配套裝備共67臺設(shè)備，累計完成140多口井（2350層段）壓裂施工作業(yè)，助力涪陵頁巖氣田成為全球除北美之外最大的頁巖氣田，顯著提高了我國油氣藏開發(fā)的整體技術(shù)水平，為我國能源安全提供了重要裝備保障。
成功解決我國難動用油氣資源的商業(yè)化開發(fā)難題。在重慶、四川、貴州、新疆、東北、陜北、內(nèi)蒙等地大型壓裂裝備的成功應(yīng)用，解決了我國難動用油氣資源的求產(chǎn)、商業(yè)化開發(fā)難題，使長慶油田、普光氣田、元壩氣田開發(fā)成為現(xiàn)實。
成為我國大型壓裂施工裝備的主力軍。在大慶、勝利、延長等16個油氣田廣泛應(yīng)用于壓裂作業(yè)，在油氣開發(fā)中發(fā)揮了重要作用，設(shè)備運行好，應(yīng)用效果突出得到了用戶高度的評價，使我國油氣儲層改造超高壓、大功率施工得以實現(xiàn)。截至2015年10月，研制的大型壓裂裝備達(dá)460臺套，國內(nèi)市場占有率70%，成為我國大型壓裂裝備的主力軍。
實現(xiàn)關(guān)鍵部件出口北美、獨聯(lián)體等國家地區(qū)。該項目形成3項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定15項企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，申請國家發(fā)明****20項、授權(quán)9項，獲得軟件著作權(quán)15項，發(fā)表論文87篇。建立了6000hp壓裂泵試驗、700MPa高壓測試等試驗裝置15套，形成年產(chǎn)壓裂泵700臺、高壓管匯10萬件、系列壓裂裝備400臺套的生產(chǎn)能力。研制的壓裂泵、高壓管匯、控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部件出口到北美、獨聯(lián)體等地區(qū)。
項目團(tuán)隊依托國家科技重大專項、“863”科研項目支持，通過10多年持續(xù)技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)四大創(chuàng)新。
一是創(chuàng)新形成了超高壓大功率壓裂車輕量化及優(yōu)化集成技術(shù)。創(chuàng)建了壓裂泵理論分析和“百萬沖次”實驗測試方法，研發(fā)了壓裂泵高強(qiáng)韌材料性能調(diào)控和輕量化技術(shù)，研制出系列大功率壓裂泵，泵頭體壽命相比同類先進(jìn)產(chǎn)品提高50%以上；創(chuàng)新了大功率壓裂車在有限空間與質(zhì)量約束條件下的優(yōu)化集成方法，先后研制出世界首臺2500型、3000型壓裂車，提升了我國壓裂裝備的核心能力。
二是創(chuàng)新形成了大規(guī)模壓裂液全流程精確、高效混配技術(shù)。發(fā)明壓裂液自動混配控制方法，創(chuàng)新形成了壓裂液高能混配、砂量寬幅調(diào)整、多介質(zhì)高效混拌技術(shù)，研制出精確輸砂裝置、配液及混砂車，實現(xiàn)了“井工廠”全流程壓裂液混配模式。
三是創(chuàng)建了超高壓管匯設(shè)計、制造、在線檢測及使用安全保障技術(shù)體系。提出了基于沖蝕機(jī)理和應(yīng)力解析計算的高壓管匯設(shè)計方法，形成了超高壓腐蝕條件下的非金屬密封材料評價優(yōu)選技術(shù)，研制出140MPa超高壓管匯。創(chuàng)新研發(fā)高壓管匯件早期損傷磁記憶檢測技術(shù)，首創(chuàng)了大規(guī)模壓裂高壓管匯在線不拆卸檢測系統(tǒng)，為管匯的超高壓安全使用提供了技術(shù)保障。
四是創(chuàng)新了基于大型壓裂工程成套裝備集群化控制與應(yīng)用技術(shù)。發(fā)明了壓裂機(jī)組網(wǎng)絡(luò)控制方法，構(gòu)建了多重冗余高可靠性測控網(wǎng)絡(luò)；首創(chuàng)提出“定排限壓”單元功率智能分配模式和基于動力儲備、運維周期、管匯降阻及系統(tǒng)減振等約束條件下的大型壓裂機(jī)組集群化應(yīng)用準(zhǔn)則，實現(xiàn)了多裝備高效協(xié)調(diào)作業(yè)。