2500压裂车普通常识(谷风研究)

* 赵绪平，男，高级工程师。

2006年毕业于沈阳工业大学机械制造及自动化专业，获硕士学位。

现在北方重工集团有限公司，主要从事产品研发工作。

地址：辽宁省沈阳经济技术开发区开发大路16号北方重工集团工程设计院，110141。

E-mail：huoshan_0531@文章编号：1004-2970（2017）03-0012-04赵绪平* 孔丹 常亮（北方重工集团有限公司工程设计研究院）赵绪平等. 2500型超高压页岩气压裂车开发研究. 石油规划设计，2017，28（3）：12～14，43基金项目：辽宁省重大科技专项“大型超高压压裂成套装备”（编号201303003）摘要 我国页岩气多分布在山区，不仅埋藏深、岩石抗张强度大，而且井场道路复杂、施工场地有限，所需开采压力、排量、时间均高于美国页岩气开采的技术要求，对压裂车的单机功率、压力、排量、通过性、自动化水平及可靠性有着更高的要求。

针对国内页岩气压裂工艺的特点，分析了超高压页岩气压裂车开发需解决的技术难点，从2500型超高压页岩气压裂车的技术参数、结构特点、先进性及试验情况进行了研究，为解决我国页岩气开采对压裂车大功率、超高压、大排量和智能化的要求提供了技术支持。

性能测试结果表明，2500型超高压页岩气压裂车设计合理，各项性能完全满足我国页岩气压裂开采要求。

关键词 页岩气；压裂车；超高压；开发研究中图分类号：TE934.2 文献标识码：A DOI ：10.3969/j.issn.1004-2970.2017.03.004在美国页岩气革命的引领下，全球掀起了页岩气开采的高潮。

大规模页岩气压裂施工从单层向多层、多段方向发展，压裂工况由“间歇式”向“连续式”转变，“工厂化”压裂作业模式大幅度提高了单井产量，降低了开采成本，改变着世界能源的格局［1-4］。

我国页岩气比美国埋藏深、岩石抗张强度大、井场道路复杂、施工场地有限，所需开采压力、排量、时间均高于美国页岩气开采的技术要求，现有设备不满足页岩气“工厂化”压裂施工要求［5-8］，因此，开发适用于我国页岩气开采的超高压、大排量和长时间的压裂车具有十分重要的意义。

2500HP压裂车副车架结构分析及优化设计摘要：2500HP压裂车副车架是连接车辆底盘和车装设备的重要部件，承受压、扭及弯曲等载荷，需要足够的刚度和强度。

本文基于Pro/e设计平台建立了车架和副车架的三维模型，利用有限元分析软件Ansys对副车架进行了拓扑优化分析，得到了副车架横撑的布置位置。

连接板的数量和支撑位置对副车架的承载能力有较大影响，本文对连接板的参数进行了优化分析，在不增加联接板数量的情况下增加了车架与副车架的承载能力。

关键词：压裂车，副车架，拓扑优化Abstract：Sub-frame of 2500HP fracturing truck is an important component, which connects chassis and the vehicle equipment. Because of bearing tension, torsion and bending loads, the enough rigidity and intensity is necessary for chassis design. The frame and the sub-frame model is constructed based on pro/engineering software, and then the finite element method is employed to analyze the property of the sub-frame. With the topology optimization method, the layout of the sub-frame is determinated and the location of the beam is arranged. The number and the location of the connector between main frame and the sub-frame is optimized based on the Ansys optimization model. According to the research conclusion in this paper, some available reference can be provided for chassis manufacture.Key word: Fracturing truck; Sub-frame; Topology optimization1、引言2500HP压裂车额定负载达50吨以上，且经常需要行使于山地、丘陵、泥泞、滩涂、沼泽、沙漠等恶劣路况，要求压裂车车架具有较高的强度和刚度。

目录一、概述 (1)二、运载汽车 (1)三、台上发动机 (2)四、变速箱 (4)五、万向轴 (9)六、泵内减速器 (9)七、卧式三缸泵 (9)八、润滑系统 (16)九、控制系统 (17)十、操作与注意事项 (18)十一、备件明细表 (22)十二、专用工装明细表 (24)十三、附图 (25)一、概述：LTJ 5310T YL250型压裂车是移运式设备，能胜任各种工况下的高压液体施工为油田压裂，水力喷砂等作业，煤矿高压、水力采煤、船舶高压水力除锈等。

采用北方奔驰汽车底盘带有轮间和轴间闭锁机构越野性好，性能可靠，适合油田路况工作要求，装载重量只有汽车能力的64％～86％载重余量大，并能跨越一米多宽深沟，适合草原无正式公路的油田使用。

台上设备包括具有2250HP的MTU/DDC12V-4000型柴油机，原装艾里逊S9810M型液力变矩器、5ZB105/1630卧式三缸柱塞泵、高低压管线和活动弯头等其他附属设备，能进行单机或联合施工作业。

台上柴油机的起动、加速、减速、正常停车和紧急停车、变速箱的换挡、压裂施工参数的检测等均能在远离压裂车30米外的地面操作，操作安全可靠。

本设备装有自动超压保护装置，当压裂泵工作压力超过设定压力时，超压保护系统自动断开动力，但柴油机并不熄火，而在低怠速下运转。

因此在超压排除后，可以很快重新启动泵工作。

LTJ5310TYL250型压裂车选用北方奔驰ND13101D47J/8×4汽车底盘。

本设备外形尺寸：（L×H×B）11130×2500×3800 mm总质量：30980 kg 整备质量：30850kg二、运载汽车型号：北方奔驰ND13101D47J /8×4额定功率：276 kw（2200 r/min）轴距：1500+4750+1450 mm驱动形式：8×4总质量：31000 kg发动机型号：WP10.375 最高车速: 85 km/h三、台上发动机选项一●型号：MTU/DDC12V-4000型柴油机●功率：2250HP(1678 kw)●转速：1900 r/min●汽缸数：12V●最大扭矩：8346 N. m●启动方式：液压启动,它可以保证柴油机在任何条件下有效可靠的启动。

第一节压裂设备1．压裂车：压裂车是压裂的主要设备，它的作用是向井内注入高压、大排量的压裂液，将地层压开，把支撑剂挤入裂缝。

压裂车主要由运载、动力、传动、泵体等四大件组成。

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．混砂车：混砂车的作用是按一定的比例和程序混砂，并把混砂液供给压裂车。

它的结构主要由传动、供液和输砂系统三部分组成。

3．平衡车：平衡车的作用是保持封隔器上下的压差在一定的范围内，保护封隔器和套管。

另外，当施工中出现砂堵、砂卡等事故时，平衡车还可以立即进行反洗或反压井，排除故障。

4．仪表车：仪表车的作用是在压裂施工远距离遥控压裂车和混砂车，采集和显示施工参数，进行实时数据采集、施工监测及裂缝模拟并对施工的全过程进行分析。

5．管汇车：管汇车的作用是运输管汇，如；高压三通、四通、单流阀、控制阀等。

第二节压裂施工基本程序1．循环：将压裂液由液罐车打到压裂车再返回液罐车。

循环路线是液罐车-混砂车-压裂泵-高压管汇-液罐车，旨在检查压裂泵上水情况以及管线连接情况。

循环时要逐车逐档进行，以出口排液正常为合格。

2．试压：关死井口总闸，对地面高压管线、井口、连接丝扣、油壬等憋压30-40Mpa，保持2-3min 不刺不漏为合格。

3．试挤：试压合格后，打开总闸门，用1-2台压裂车将试剂液挤入油层，直到压力稳定为止。

目的是检查井下管柱及井下工具是否正常，掌握油水的吸水能力。

4．压裂：在试挤压力和排量稳定后，同时启动全部车辆向井内注入压裂液，使井底压力迅速升高，当井底压力超过地层破裂压力时，地层就会形成裂缝。

5．支撑剂：开始混砂比要小，当判断砂子已进入裂缝，相应提高混砂比。

6．替挤：预计加砂量完全加完后，就立即泵入顶替液，把地面管线及井筒中的携砂液全部顶替到裂缝中去，防止余砂乘积井底形成砂卡。

7．反洗或活动管柱：顶替后立即反洗井或活动管柱防止余砂残存在井筒封隔器卡距之内，造成砂卡。

2500、3000型压裂车操作规程1 编制目的为加强安全生产工作，规范员工各项操作行为，提高员工安全操作技能，确保设备正常运转，预防各类事故的发生，结合已有规程，制定完善2500型、3000型压裂车操作规程。

2适用范围本规程适用于石油、天然气压裂施工中SYL2500Q-140、SYL3000-140型压裂车的操作与使用，其它类似2500型、3000型压裂车亦可参照本规程执行。

3 施工准备3.1 压裂车进（井）场摆放3.1.1 设备进（井）场摆放，要结合施工现场情况，提前勘察现场。

压裂车摆放区域地面应平整，承重能力应满足设备停放。

3.1.2 压裂车进入施工现场排气管应装有阻火器。

3.1.3 压裂车摆放区应预先铺设防尘布，压裂区搭设围堰。

3.1.4车辆停放到位后，将车辆断气刹车合上，并使用不少于块驻车器掩在轮胎前后防止意外滑行。

4．3.1.5 压裂车摆放应预留检泵空间及逃生通道，车辆间距不少于0.8米，也方便于液力端检泵空间。

3.1.6 压裂车摆放到位后，将压裂车上液管线和高压管线分别与高压管汇和混砂车连接好，按照先高压后低压的顺序进行安装，低压管线不可压于高压管线下。

3.1.7 压裂车液力端、排出法兰及所连高压管线应使用不小于5吨的吊装带缠绕。

3.1.8 将仪表装置的远传电缆与压裂车自动控制箱的信号输出接口对接好，各种控制线不可压于高低压管线下方，以防止被磨损破坏，测试确认连结信号正常。

3.1.9 安装压裂车接地线棒，接地电阻不大于4Ω。

3.1.10 压裂车头处摆放不少于1个8Kg干粉灭火器。

3.2 施工前设备要求3.2.1 压裂液力端外表及内腔不应有裂纹；阀、阀座不应有沟、槽、点蚀、坑蚀及变形缺陷。

3.2.2 压裂车的压力传感器应满足施工限压要求，检测标定合格。

3.2.3 压裂车液力端排出法兰及高压管线应满足施工限压要求，检测标定合格。

3.2.4 压裂车超压保护装置应满足施工限压要求，检测标定合格。

SYL2500型压裂车操作、保养规程运转前准备1、检查柴油机、传动箱、液压油箱、柱塞泵动力端润滑油、液力端润滑油油面、油质应符合规定要求，并对传动部位注入润滑脂。

2、检查柴油机冷却液、燃油箱油量应符合规定要求，放掉燃油油水分离器的底水。

3、检查柴油机、排气管上部和进气口处无异物。

4、检查各部件联接应牢固、可靠。

5、检查蓄电池电解液高度应高出极板10mm～15mm，电瓶桩头、线路连接可靠。

6、检查液压启动泵、马达、柱塞泵液力端润滑油泵工作正常。

7、检查泵车控制电缆连接可靠，打开电源后，控制柜仪表显示正常。

气温低于-0℃，应先将底盘发动机启动，打开加热炉、挂合取力装置，待台上柴油机水温升至20℃、液压油温度升至10℃后方可启动，启动前将发动机到加热炉的闸阀关闭。

柴油机的启动1、将紧急停车开关置于紧急状态位置，打开泵车电器控制柜或远程控制箱上的电源开关，和计算机系统电源开关。

2、将传动箱选档开关置于空档位置，把起动电钥匙扭到运行位置。

3、若柴油机、液力传动箱、柱塞泵故障灯指示故障，应查明原因后再进行启动操作。

4、将底盘发动机的取力挂合，转速升至1500-1600r/min,并观察启动油压在500psi,扭动电钥匙开关到启动位置，启动柴油机，启动时启动油压不低于1000psi。

如多次启动不成功，应检查原因，排除故障后再启动。

5、柴油机启动后，观察发动机机、传动箱、柱塞泵、风扇主油压和风扇补油压等仪表读数，将盘根滑润气压调至200kpa,将传动箱选档开关调至刹车（BRAKE）位置,盘根滑润气压应瞬间降到0。

6、柴油机怠速运转5min后，将传动箱选档开关调至空挡位置，提高柴油机转速至900 r/min～1000 r/min。

待气压达到0.6MPa、水温高于40℃时，观察各仪表读数（除发动机、传动箱、大泵，还要注意风扇主油压和补油压），检查有无滴漏点、异响、柱塞盘根密封情况（一分钟20滴），运转正常，可提高转速带负荷运转。

关于SYL2500型压裂车车架疲劳寿命的分析探讨【摘要】我国1994年起就是石油出口国，担负着国际上石油使用的重要来源之一，因此石油生产出口对石油企业来说既是一种机遇又是一种挑战，由于我国的地形的差异和地质的复杂，我国的石油开发技术和生产技术有很多的挑战和机遇，也存在着许多技术上难以攻克的难关，尤其体现在石油的开发上，在低渗透压或者高注水期的油井在开发到某一个程度时是很难开发出石油的，因此在经过了一段时间的研究与实验，提出了油井压裂技术，有效的为石油的开发提供了有利的条件，但是这种技术由于使用的时间不长，还没有达到健全和完善的地步，因此还存在着许多的弊端和不足，比如在进行压裂技术操作过程中会用到许多的机械设备，大型机械设备聚集工作是一种很危险的情况对，而且机械设备的使用频率很大，直接影响着机械设备的使用寿命。

本文以SYL2500型压裂车车架为研究对象，分析了压裂车所受到载荷的几种典型现象，以及车架疲劳的原因。

对压裂车机械设备的使用敲响了警钟。

【关键词】SYL2500型压裂车压裂车车架载荷受力疲劳寿命影响因素延缓措施1 SYL2500型压裂车简介石油的压裂技术是油气生产中不可或缺的一种增产技术，几乎80%的油井需要压裂技术才能收到较好的开发效果。

在压裂施工中需要许多的机械设备也有许多的大型机械设备最主要的设备是压裂车，这种车体积庞大，如本文介绍的SYL2500型压裂车（最大输出水功率为2 500 hp）重量可达50t以上。

在压裂施工中使用最频繁使用强度最高，而且压裂车的工作环境恶劣，经常在很颠簸的地面上行驶，直接导致车架在振动和冲击载荷下发生疲劳开裂和损伤等情况。

除此之外在压裂车正常工作时本身也会产生较大激振，在工作的循环载荷的压力下再一次对车架造成疲劳损伤。

因此必须找到使得压裂车车架疲劳降低的原因，才能避免疲劳过度延长使用寿命。

2 SYL2500型压裂车车架的使用情况。

要介绍SYL2500型压裂车车架的使用情况就要先介绍SYL2500型压裂车的一些基本情况才能进一步介绍SYL2500型压裂车车架的使用情况，综合上述，以及我国石油的开发使用压裂技术的情况，总结出一下几点建议。

压裂基础知识（1）压裂讲座第一节压裂设备1．压裂车：压裂车是压裂的主要设备，它的作用是向井内注入高压、大排量的压裂液，将地层压开，把支撑剂挤入裂缝。

压裂车主要由运载、动力、传动、泵体等四大件组成。

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．混砂车：混砂车的作用是按一定的比例和程序混砂，并把混砂液供给压裂车。

它的结构主要由传动、供液和输砂系统三部分组成。

3．平衡车：平衡车的作用是保持封隔器上下的压差在一定的范围内，保护封隔器和套管。

另外，当施工中出现砂堵、砂卡等事故时，平衡车还可以立即进行反洗或反压井，排除故障。

4．仪表车：仪表车的作用是在压裂施工远距离遥控压裂车和混砂车，采集和显示施工参数，进行实时数据采集、施工监测及裂缝模拟并对施工的全过程进行分析。

5．管汇车：管汇车的作用是运输管汇，如；高压三通、四通、单流阀、控制阀等。

第二节压裂施工基本程序1．循环：将压裂液由液罐车打到压裂车再返回液罐车。

循环路线是液罐车-混砂车-压裂泵-高压管汇-液罐车，旨在检查压裂泵上水情况以及管线连接情况。

循环时要逐车逐档进行，以出口排液正常为合格。

2．试压：关死井口总闸，对地面高压管线、井口、连接丝扣、油壬等憋压30-40Mpa，保持2-3min不刺不漏为合格。

3．试挤：试压合格后，打开总闸门，用1-2台压裂车将试剂液挤入油层，直到压力稳定为止。

目的是检查井下管柱及井下工具是否正常，掌握油水的吸水能力。

4．压裂：在试挤压力和排量稳定后，同时启动全部车辆向井内注入压裂液，使井底压力迅速升高，当井底压力超过地层破裂压力时，地层就会形成裂缝。

5．支撑剂：开始混砂比要小，当判断砂子已进入裂缝，相应提高混砂比。

6．替挤：预计加砂量完全加完后，就立即泵入顶替液，把地面管线及井筒中的携砂液全部顶替到裂缝中去，防止余砂乘积井底形成砂卡。

7．反洗或活动管柱顶替后立即反洗井或活动管柱防止余砂残存在井筒封隔器卡距之内，造成砂卡。