超高压大功率油气压裂机组应用技术：为页岩气商业开发创造动力

　　我国新发现的油气储量中，深层、超深层及页岩气等非常规油气资源约占2/3，而常规压裂机组已经不能满足我国极为复杂的地质和地表条件下资源的安全高效开发。超高压大功率油气压裂机组则成功解决了我国难动用油气资源的商业化开发难题。在重庆、四川、贵州、新疆、东北、陕北、内蒙古等地成功应用，使长庆油田、普光气田、元坝气田开发成为现实，也使我国成为国际上第三个实现页岩气商业开发的国家。

　　该项目由中石化石油机械股份有限公司承担，与中国石油大学等8所大学及科研单位自主创新研制。它的问世及应用，构建了完备的压裂装备研发体系，引领了行业发展，提升了我国压裂装备研发水平，标志我国压裂装备研制水平跻身世界领先行列。大型压裂装备是页岩气开发的核心技术装备，该套装备的国产化，打破国外垄断，为页岩气低成本和规模化开发提供了动力。

　　中国石化机械公司以“井工厂”钻机、3000型全套压裂设备、复合桥塞、连续油管、“等壁厚螺杆钻具+平稳切削PDC钻头组合”等创新产品及技术形成了页岩气勘探开发装备一体化解决方案。这套方案为我国首个页岩气田——涪陵页岩气田商业化开发，短期建成50亿立方米年产能发挥了重要的装备支撑作用。

　　“涪陵页岩气田从钻井、测试到采输，一系列关键装备均已陆续实现国产化，尤其是‘井工厂’特色钻井、压裂关键装备和配套工具等核心技术打破了国外的垄断。”中国石化油田勘探开发事业部副主任冯建辉说。

　　据中国石化相关负责人介绍，截至2015年10月，他们研制的大型压裂装备达460台(套)，国内市场占有率70%，成为我国大型压裂装备的主力军。在大庆、胜利、延长等16个油气田广泛应用于压裂作业，在油气开发中发挥了重要作用，并因设备运行好，应用效果突出得到了用户的高度评价，使我国油气储层改造超高压、大功率施工得以实现。

　　该技术的研发实现了四方面的创新。

　　一是创新形成了超高压大功率压裂车轻量化及优化集成技术。创建了压裂泵理论分析和“百万冲次”实验测试方法，研发了压裂泵高强韧材料性能调控和轻量化技术，研制出系列大功率压裂泵，泵头体寿命相比同类先进产品提高50%以上;创新了大功率压裂车在有限空间与质量约束条件下的优化集成方法，先后研制出世界首台2500型、3000型压裂车，提升了我国压裂装备的核心能力。

　　二是创新形成了大规模压裂液全流程精确、高效混配技术。发明压裂液自动混配控制方法，创新形成了压裂液高能混配、砂量宽幅调整、多介质高效混拌技术，研制出精确输砂装置、配液及混砂车，实现了“井工厂”全流程压裂液混配模式。

　　三是创建了超高压管汇设计、制造、在线检测及使用安全保障技术体系。提出了基于冲蚀机理和应力解析计算的高压管汇设计方法，形成了超高压腐蚀条件下的非金属密封材料评价优选技术，研制出140兆帕超高压管汇。创新研发高压管汇件早期损伤磁记忆检测技术，首创了大规模压裂高压管汇在线不拆卸检测系统，为管汇的超高压安全使用提供了技术保障。

　　四是创新了基于大型压裂工程成套装备集群化控制与应用技术。发明了压裂机组网络控制方法，构建了多重冗余高可靠性测控网络;首创提出“定排限压”单元功率智能分配模式和基于动力储备、运维周期、管汇降阻及系统减振等约束条件下的大型压裂机组集群化应用准则，实现了多装备高效协调作业。

　　业内专家表示，要成功地将页岩气“放”出来，水平分段压裂是核心技术和关键工序。要通过一种装置，将压力传递到地下3000多米的深处，“挤”开坚硬的页岩，将隐藏在页岩空隙中的页岩气释放出来，而核心装置就是压裂车。

　　据介绍，整套机组包括多台压裂车、混砂车、高压管汇系统、配液车、供砂装置和集群控制系统等。其中，3000型压裂车是整套设备中的佼佼者，最大输出功率3000马力，最高工作压力140兆帕，也是国际上最大型号的车载压裂装备。

　　目前，中国石化机械公司已生产出32台3000型压裂车及67台配套装备，累计完成150多口井(2000多层段)压裂施工作业，助力涪陵页岩气田成为全球除北美之外最大的页岩气田。