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2007年，中國最大整裝海相氣田——普光氣田進(jìn)入產(chǎn)能建設(shè)的關(guān)鍵階段。與此同時(shí)，一個(gè)世界級(jí)難題也擺在了國人的面前。
普光氣田可動(dòng)用區(qū)域雖然是儲(chǔ)量豐度高、物性較好的儲(chǔ)層，但地層堅(jiān)硬致密，具有“三高一深”特點(diǎn)，酸壓施工難度大，技術(shù)要求高。當(dāng)時(shí)，油田擁有的1000型、1400型和2000型常規(guī)壓裂機(jī)組，無法滿足川東北市場大酸量、大排量、高泵壓的施工需要。面對(duì)市場需求和國內(nèi)空白，江漢油田第四機(jī)械廠（以下簡稱江漢四機(jī)）再次迎接挑戰(zhàn)，開始了更大型壓裂裝備的國產(chǎn)化、研制之路。
面對(duì)空白，敢“第一個(gè)吃螃蟹”
我國壓裂裝備發(fā)展是從零起步。2006年，拖掛式2500hp壓裂機(jī)組作為大型壓裂施工作業(yè)的主力機(jī)型，在國外已經(jīng)得到廣泛地推廣和應(yīng)用，當(dāng)時(shí)我國還沒有此類產(chǎn)品。而車裝式2500hp壓裂機(jī)組在全世界都還是一個(gè)空白。
針對(duì)施工區(qū)塊的特點(diǎn)，江漢四機(jī)成立了2500hp壓裂機(jī)組國產(chǎn)化研發(fā)課題組，確定要開發(fā)適應(yīng)我國特殊道路狀況，滿足油田施工工藝要求，具有國際領(lǐng)先水平的車裝2500hp壓裂機(jī)組——壓裂車的裝機(jī)功率達(dá)到3000hp、壓裂泵輸出功率達(dá)到2500hp；配套混砂車、壓裂儀器車和壓裂管匯等；機(jī)組最高工作壓力達(dá)到140MPa，并實(shí)現(xiàn)整套機(jī)組的自動(dòng)控制。
作為國家“十一五”重點(diǎn)工程，2500型壓裂機(jī)組的研制主要包括2500壓裂車、混砂車、管匯車和儀器車的研究開發(fā)。中石化集團(tuán)對(duì)此極為重視，提出要通過研制2500型壓裂機(jī)組，突破大型成套壓裂裝備的研發(fā)，構(gòu)建壓裂作業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大功率數(shù)控成套壓裂裝備技術(shù)，提高國產(chǎn)設(shè)備競爭力，滿足油田需要。
2007年，成功中標(biāo)“川氣東送”工程2套2500型壓裂機(jī)組后，江漢四機(jī)身兼重任。據(jù)江漢四機(jī)吳漢川總工程師介紹，當(dāng)時(shí)，研制開發(fā)過程中主要面臨四大挑戰(zhàn)：“一是壓裂泵輸出功率要達(dá)到2500hp，并且重量和體積要滿足車載安裝要求。二是承載底盤的可靠性保證與壓裂泵車整機(jī)重量控制和安全性保障。三是140MPa高壓流體環(huán)形管匯的研制。四是輸砂混配的連續(xù)性、均勻性和自動(dòng)控制技術(shù)。”
面對(duì)壓裂泵功率升級(jí)難題，技術(shù)研發(fā)小組經(jīng)過大量研究，包括在泵頭體材料及性能研究等一系列研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用三維仿真技術(shù)、數(shù)字一體化制造技術(shù)，創(chuàng)新研制出適合車載安裝的2800hp、輸出功率2500hp的五缸柱塞泵。功率增大，車配要求相應(yīng)提高。通過對(duì)底盤承載能力、通過性以及集成技術(shù)研究，世界首創(chuàng)的車載式2500型壓裂泵車在江漢四機(jī)誕生。該車整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，作業(yè)性能、行駛性能好，兩套安全系統(tǒng)保障了使用更方便、可靠性和安全性更高。同時(shí)，江漢四機(jī)還研制出140MPa旋塞閥、活動(dòng)彎頭等高壓流體元件，滿足了成套壓裂機(jī)組的配套要求，管匯的傳輸效率和使用壽命也得到提高。另外，結(jié)合國內(nèi)外混砂工藝現(xiàn)狀及其發(fā)展，這家企業(yè)大量研究后形成了液、氣、電系統(tǒng)的自動(dòng)控制方案，其在提高輸砂混配的連續(xù)性、均勻性和自動(dòng)控制方面，均表現(xiàn)出色。
功夫不負(fù)有心人，大型壓裂裝備的國內(nèi)空白從此被突破，而“江漢四機(jī)人”做到了。”
攻關(guān)不止，昂首挑戰(zhàn)新目標(biāo)
2500型壓裂泵車多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，已成為深層致密氣藏勘探開發(fā)的必備利器。吳漢川介紹說，目前2500型壓裂機(jī)組已完成施工作業(yè)2000井層以上，最高工作壓力達(dá)到125兆帕，單機(jī)輸出水功率2500馬力，機(jī)組連續(xù)無故障工作時(shí)間超過4小時(shí)。
“該型壓裂機(jī)組在我國西部四川盆地、青藏高原、新疆等重、難點(diǎn)井的壓裂作業(yè)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。不僅解決了超高壓深井壓裂施工作業(yè)設(shè)備瓶頸，而且打破了國外壟斷，降低進(jìn)口同類產(chǎn)品設(shè)備成本40%。”
大型壓裂裝備的國產(chǎn)化初戰(zhàn)告捷，但作為研發(fā)型企業(yè)，江漢四機(jī)沒有就此停步。
為很快適應(yīng)我國頁巖氣開發(fā)以及超大型壓裂施工作業(yè)要求，自2010年起，這家企業(yè)又進(jìn)入3000型壓裂泵組的各項(xiàng)攻關(guān)。包括提供一整套包括壓裂泵裝置、混砂裝置和儀表控制裝置等壓裂主力裝置，及其大型壓裂施工作業(yè)主要輔助配套裝置，目標(biāo)再次定為達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。
此次技術(shù)攻關(guān)，在裝備方面不僅包括研制超大功率主力壓裂裝備，還包括像液氮泵裝置和連續(xù)輸砂裝置等輔助配套裝置，提供一整套大型壓裂施工作業(yè)裝備解決方案，解決壓裂施工作業(yè)設(shè)備瓶頸；在技術(shù)方面對(duì)壓裂泵技術(shù)、輸砂混配技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和液氮泵技術(shù)等壓裂核心技術(shù)的基礎(chǔ)理論進(jìn)一步深入研究；其它方面還包括試驗(yàn)檢測技術(shù)和裝置以及培訓(xùn)中心的建立等。
作為國家“十二五”重大專項(xiàng)的子課題，“3000型成套壓裂裝備研制及應(yīng)用示范工程”項(xiàng)目——目前壓裂泵等基礎(chǔ)理論研究已經(jīng)完成了中期評(píng)審，大部分將于2012年年底結(jié)題驗(yàn)收；項(xiàng)目所包含產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案已經(jīng)通過了專家組的評(píng)審，其中壓裂泵裝置、混砂裝置等即將投入樣機(jī)試制。該課題的完成將整體提升國產(chǎn)壓裂裝備技術(shù)水平。
走在最前，求索中國自主創(chuàng)造
江漢四機(jī)的壓裂裝備從零起步。從國內(nèi)首套800型、1000型，到1800型、2000型壓裂機(jī)組，中國歷經(jīng)10年攻關(guān)，走完了國外先行者50年的壓裂之路。
作為首套車載式2500型壓裂機(jī)組的主設(shè)計(jì)師，以及“3000型壓裂裝備及應(yīng)用”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，吳漢川被媒體譽(yù)為“走在壓裂之路最前面的人”。他感觸至深地說：“30多年從業(yè)經(jīng)歷使我認(rèn)識(shí)到，中國的壓裂裝備要走在世界前列，必須擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，掌握核心關(guān)鍵技術(shù)。”他認(rèn)為，“努力縮小與國外差距達(dá)到相對(duì)的平衡，而平衡不是最終目標(biāo)，只有不斷的創(chuàng)新才能改變落后局面。”
吳漢川指出，隨著頁巖氣勘探開發(fā)的興起和壓裂施工工藝的發(fā)展，壓裂裝備正朝著多元化發(fā)展，連續(xù)油管設(shè)備和液氮泵裝置將得到更加廣泛的應(yīng)用，對(duì)壓裂裝備的計(jì)量檢測和控制精度都提出了更高的要求；此外，壓裂裝備也將朝著更具經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的方向發(fā)展，包括適應(yīng)多井眼拉鏈?zhǔn)綁毫咽┕?、占地面積更小的設(shè)備，以及用于與壓裂配套的安全環(huán)保裝置等。
壓裂作業(yè)在發(fā)展，創(chuàng)新研發(fā)無止境。隨著我國非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)進(jìn)程加快，今后，壓裂作業(yè)規(guī)模及作業(yè)量必將呈現(xiàn)增長態(tài)勢，吳漢川表示，江漢四機(jī)將繼續(xù)注重理論、基礎(chǔ)研究，突出與現(xiàn)場工藝緊密結(jié)合，不斷地研制市場需要的高端壓裂新品，為國內(nèi)外用戶提供精良裝備和超值服務(wù)。
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