近日,石化机械针对超深层压裂规模大、高压下压裂泵寿命短、单机功率小、设备配套数量多等难题,研制出最新一代连续满载数智化全电动压裂装备,在焦页32平台完成3口井122段压裂作业,累计使用244小时,单机输出排量2~2.9立方米/分钟,设备平均负载率41%~60%,同工况下相较上一代产品性能提升40%,机组装备数量减少33%。
石化机械研制的数智化全电动压裂装备曾在国家页岩油先导示范区重点工程樊页1试验井组应用,打破了胜利东部油区单井段数最多施工纪录,实现全自动模式下供液、供砂系统自运行。随后,胜利牛页1试验井组同时应用两套数字化指挥中心打造“联合舰队”,首创页岩油双机组同步电动压裂新模式,通过智能变频、装备集群化控制技术实现“零排放”作业,7×24小时持续输出绿色能量,不仅助力打造“绿色开采示范区”,而且填补了“同步电动压裂”装备技术空白。
前沿攻坚 从蓝图到实物的跨越
压裂装备是实现增产的核心设备之一,是从“低效难采”向“高效经济”跨越的核心驱动力。20世纪80年代末以来,石化机械四机公司先后开发出国内首套700型、1000型、1800型、2000型压裂机组。2008年,由石化机械自主研发制造的世界首套车载式2500型压裂机组亮相普光气田大型酸压现场。2013年,功率更大、马力更强、自动化控制程度更高的3000型压裂车问世,并在涪陵国家级页岩气示范区建设中大展身手,成为主力装备。2014年8月,在焦页42号平台当时国内最大规模的“井工厂”交叉压裂施工中,3000型压裂装备创下7项压裂施工新纪录。
但新的困扰随之而来。“20多台压裂车同时作业,像联合舰队,壮观,但噪声也大。”石化机械着力突破大功率电动驱动系统关键技术瓶颈,研制5000型超大功率电动压裂装备,适配压裂作业复杂工况。
2017年12月,石化机械研发的首台电动压裂泵装置在涪陵193平台完成先导试验,随后,历经单台工业试验、油电混合压裂到全电动成套压裂。
2020年5月,超大功率全电动压裂成套设备在涪陵页岩气田焦页27东平台成功开展工业试验,首次从主压装备到辅助设备实现100%电动化、橇装化。
该成套设备的核心——超大功率电动压裂装置采用多相变频电驱动压裂泵系统,是基于中国高铁变速控制技术的自主创新,部件国产化率超过95%。与传统压裂装备相比,该成套设备取得了机组功率智能匹配、装备集群控制和远程数据管理等7项创新成果,功率更大、智能更高,二氧化碳、氮氧化物等实现零排放,且降噪20%以上。
数智领航 智慧大脑赋能开采
随着页岩油气勘探开发深度纪录被不断刷新,为了更有效地压开地层,形成更复杂的裂缝网络,从而增加油气的渗流通道、提高油气产量,智能成为研制压裂装备的关键词。
给压裂装备装上“最强大脑”,利用大数据算法与人工智能模型,精准调控压裂泵注程序成为趋势。操作人员在远离井场的中控室,面对可视化大屏,就能依托电脑分析决策,实现远程、精准、自动化作业,大幅提升压裂效率,将过去粗放式压裂带入精细化时代。
石化机械基于自主开发的SOFElink智能控制平台,充分利用物联网、大数据、智慧云平台等先进技术,实施信息技术改造和作业全流程优化,将企业生产经营全业务链数据化整合,推进信息技术和油气装备深度融合,促进生产效率提升和装备应用的数字化智能化转型升级。
石化机械联合江汉石油工程,在涪陵页岩气田开展混砂、供配液、液罐液位等辅助装置的自动化技术攻关,初步实现主、辅装备的远程集中控制,推动了压裂全井场施工现场操作的无人化。
2024年,石化机械在胜利油田将5G技术应用于大功率油气压裂机组施工中,现场部署16套压裂装备,包括12台主压电驱压裂橇、2台泵送电驱压裂橇、1个双扩数字化控制中心和1套低压全流程系统,设备及视频全部接入压裂机组5G系统,实现可视化远程监控、高清视频并发传输、实时监测与集群控制,引领压裂增产作业迈入全机组5G无线时代。
绿色智能 低碳变革驱动未来
为实现绿色施工,新型压裂设备正向低噪声、低污染、节能环保、智能化方向发展,不仅具备远程监控、自动调节等功能,而且能够根据实际工况实时优化,提高作业效率和安全性。
石化机械为了促进压裂装备迭代升级、提升压裂时效,着力攻关工艺流程和自动控制技术,开展智能化平台设计,实现从供液、混砂到泵注的全流程电动化,配套电网负荷预测技术确保供电可靠性。实现“全流程供液供砂”远程一键式控制、“压裂泵、高压管汇和井口阀门”高压流程的一键控制,支持作业指令一键下发。压裂参数毫秒级动态优化,施工误差控制在±0.5%,较人工操作精度提升20倍,并具备设备健康自诊断、故障预判等能力。
石化机械不仅将绿色智能压裂装备应用在陆地,还为中国首艘海洋压裂船打造了核心装备。该公司携手国内知名海工产品制造商、研究所、高等院校,充分考虑与陆地压裂装备的差异性,将压裂作业系统功能和船舶功能分解、重组和融合,历时8个月,最终形成16种关键装置及集成式多层结构布局方案,为我国首艘海洋压裂船提供了5000型电驱压裂橇、HS20型电驱混砂橇、电驱混配橇、高压软管滚筒、高压管汇系统等超过100台(套)关键配套设备,填补了我国海上油田压裂技术和工程领域的空白。
从柴驱到电驱、从人工操作到一键式操作、从单机到集群、从陆地到海洋,石化机械以“智造大国重器 服务能源安全”为职责使命,以高端化、绿色化、智能化压裂装备引领能源开发的技术变革。