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1、机电工程学院机电工程学院 各种各种特种车辆的介绍特种车辆的介绍 1.1 1.1 压裂车压裂车 ( (压裂机泵组压裂机泵组) ) 压裂车压裂车( (或压裂机泵组或压裂机泵组) )一般分为一般分为车装式和撬装车装式和撬装式两大类。车式两大类。车 装式压裂机泵组通常就叫做压裂车。撬装式压裂机泵组专供交通装式压裂机泵组通常就叫做压裂车。撬装式压裂机泵组专供交通 不便地区和海上作业用，所用设备和压裂车完全一样。不便地区和海上作业用，所用设备和压裂车完全一样。 压裂车的主要作用压裂车的主要作用 1 1）向井内注入高压大排量的压裂液，将油、水层造成人工裂）向井内注入高压大排量的压裂液，将油、水层造成人工裂
2、缝，并向裂缝里注入带支撑剂缝，并向裂缝里注入带支撑剂( (如砂如砂) )的混合液，支撑住已形成的的混合液，支撑住已形成的 裂缝，提高井底附近地层的渗透率。裂缝，提高井底附近地层的渗透率。 2 2）酸化压裂时，用酸化压裂泵来冲洗油井，带出脏物，然后）酸化压裂时，用酸化压裂泵来冲洗油井，带出脏物，然后 注酸，并用顶替液把酸全部挤到油层中。注酸，并用顶替液把酸全部挤到油层中。 压裂车的主要结构压裂车的主要结构 柴油发动机柴油发动机+ +压裂泵压裂泵 机电工程学院机电工程学院 1.2 1.2 混砂车混砂车 混砂车的主要作用混砂车的主要作用 将不同性质的压裂液和支撑剂，按不同比例均匀混合。将不同性质的压
3、裂液和支撑剂，按不同比例均匀混合。 机电工程学院机电工程学院 混砂车的基本结构混砂车的基本结构 组成组成：混砂车主要由：混砂车主要由供液系统、输砂系统及传动系统供液系统、输砂系统及传动系统三部分三部分 组成。组成。 动力动力：一般就用装载汽车的发动机，必要时可另装发动机。：一般就用装载汽车的发动机，必要时可另装发动机。 混合方式混合方式：(1)(1)水力式混合法水力式混合法 (2) (2)机械搅拌式混合法机械搅拌式混合法 机电工程学院机电工程学院 1.31.3 运砂车运砂车 运砂车是为压裂车作业配套的的专用运砂车。运砂车是为压裂车作业配套的的专用运砂车。 机电工程学院机电工程学院 运砂车的主要
4、作用运砂车的主要作用 为混砂车提供压裂砂。与混砂车、供液车共同作用提供压裂为混砂车提供压裂砂。与混砂车、供液车共同作用提供压裂 介质。介质。 运砂车的基本结构运砂车的基本结构 装砂斗、进料口、卸料口及举升机构装砂斗、进料口、卸料口及举升机构。 机电工程学院机电工程学院 1.4 1.4 配液酸车配液酸车 配液酸车是为压裂、酸化作业配套的的专用车。配液酸车是为压裂、酸化作业配套的的专用车。 机电工程学院机电工程学院 配液酸车的主要作用配液酸车的主要作用 在现场配置压裂基液和配制酸液，并具有储运粉料和添加剂在现场配置压裂基液和配制酸液，并具有储运粉料和添加剂 的功能。的功能。 配液酸车的基本结构配液
5、酸车的基本结构 发动机发动机 、酸泵（不锈钢、酸泵（不锈钢 ）、压缩机、粉料罐、添加剂箱、）、压缩机、粉料罐、添加剂箱、 添加剂泵、混合系统、分离计量等。添加剂泵、混合系统、分离计量等。 机电工程学院机电工程学院 1.51.5供液车供液车 供液车是为压裂、酸化作业配套的的专用车。供液车是为压裂、酸化作业配套的的专用车。 机电工程学院机电工程学院 供液车的主要作用供液车的主要作用 ：运送压裂液和酸液运送压裂液和酸液 供液车的基本结构供液车的基本结构 罐体总成、罐座总成、供液系统、排液泵及管路系统等。罐体总成、罐座总成、供液系统、排液泵及管路系统等。 机电工程学院机电工程学院 1.6 1.6 管汇
6、车管汇车 管汇车是为压裂、酸化作业配套的的专用车。管汇车是为压裂、酸化作业配套的的专用车。 机电工程学院机电工程学院 管汇车的主要作用管汇车的主要作用 压裂管汇车是在油田各压裂、防砂作业中用于运载和吊装大压裂管汇车是在油田各压裂、防砂作业中用于运载和吊装大 量管汇。量管汇。 管汇车的基本结构管汇车的基本结构 主要由汽车底盘、液压吊臂、橇架、高低压管汇系统以及液主要由汽车底盘、液压吊臂、橇架、高低压管汇系统以及液 压系统组成，可根据用户需要设计和配备管汇系统。压系统组成，可根据用户需要设计和配备管汇系统。 机电工程学院机电工程学院 1.7 1.7 仪表车仪表车 仪表车是成套压裂机组实现联机作业的
7、核心监控设备。仪表车是成套压裂机组实现联机作业的核心监控设备。 机电工程学院机电工程学院 仪表车的主要作用仪表车的主要作用 实时采集、显示、记录压裂作业全过程，集中控制数台泵实时采集、显示、记录压裂作业全过程，集中控制数台泵 车，可对压裂作业数据进行分析、处理。车，可对压裂作业数据进行分析、处理。 仪表车的基本结构仪表车的基本结构 （1 1）操作控制仪器、计算机监控分析系统）操作控制仪器、计算机监控分析系统 （2 2） 数据采集、传输控制接口数据采集、传输控制接口 （3 3） 网络控制系统网络控制系统 机电工程学院机电工程学院 2.1 2.1 美国哈里伯顿公司美国哈里伯顿公司HQ-2000HQ
8、-2000压裂车压裂车 HQ-2000HQ-2000压裂车性能特点压裂车性能特点: : (1)(1)以肯沃斯平头卡车承载底盘，对道路和环境要求低，适应以肯沃斯平头卡车承载底盘，对道路和环境要求低，适应 凸凹不平的道路和井场。凸凹不平的道路和井场。 (2) (2)采用高性能的卡特彼勒柴油发动机，功率较可达采用高性能的卡特彼勒柴油发动机，功率较可达1492kW1492kW的的 设计标准。设计标准。 (3) (3)配备了输入功率配备了输入功率1678kW1678kW的传动箱，最大转速高达的传动箱，最大转速高达 2100r/min2100r/min，传动箱换挡和减速器锁定的自动遥控系统控制。，传动箱换
9、挡和减速器锁定的自动遥控系统控制。 机电工程学院机电工程学院 (4)HQ (4)HQ一一20002000压裂车装载了大功率的压裂泵，质量与功率的比压裂车装载了大功率的压裂泵，质量与功率的比 可以达到可以达到3.2kg/kW3.2kg/kW。 (5) (5)配备仪表自动监测系统配备仪表自动监测系统, ,可以精确的监视压裂车施工作业可以精确的监视压裂车施工作业 时的全部参数变化。时的全部参数变化。 (6) (6)该压裂车整机效率可以达到该压裂车整机效率可以达到98%98%。 (7) (7)操作系统的自动化程度很高，实现了远程控制和实时监测。操作系统的自动化程度很高，实现了远程控制和实时监测。 (8
10、) (8)制造压裂车钢材质量好，使用疲劳寿命长。制造压裂车钢材质量好，使用疲劳寿命长。 机电工程学院机电工程学院 HQ-2000HQ-2000压裂车主要技术参数压裂车主要技术参数 机电工程学院机电工程学院 1 1）承载底盘）承载底盘 以肯沃斯以肯沃斯C500K6C500K64 4平头卡车为承载底盘。平头卡车为承载底盘。 肯沃斯肯沃斯C500KC500K卡车采用卡特彼勒卡车采用卡特彼勒3406C3406C柴油发动机，额定功率柴油发动机，额定功率 为为343kW343kW，额定转速为，额定转速为2100r/min2100r/min，配置，配置1313挡手控变速器。挡手控变速器。 机电工程学院机电工
11、程学院 2 2）压裂泵）压裂泵 压裂泵是压裂车的核心部件，它的性能和技术先进性直接影压裂泵是压裂车的核心部件，它的性能和技术先进性直接影 响到压裂车的性能指标并影响压裂施工质量。响到压裂车的性能指标并影响压裂施工质量。 (1) OPI 1800AWS(1) OPI 1800AWS型压裂泵型压裂泵 美国美国OPIOPI公司是往复泵的专业制造厂。公司是往复泵的专业制造厂。 OPI 1800AWS OPI 1800AWS型压裂泵是型压裂泵是AWS8AWS8大系列中最具代表性的压裂泵。大系列中最具代表性的压裂泵。 OPI 2000 OPI 2000一一AWSAWS型压裂泵最高压力型压裂泵最高压力143
12、.2MPa143.2MPa，最大排量，最大排量 5.73m5.73m3 3/min/min ( (压裂车装机功率压裂车装机功率1470KW)1470KW)。 机电工程学院机电工程学院 OPI 1800AWSOPI 1800AWS型压裂泵主要结构特点型压裂泵主要结构特点: : （1 1）该泵的箱体采用低碳钢焊接，经消除应力处理加工而成）该泵的箱体采用低碳钢焊接，经消除应力处理加工而成 （2 2）箱体内装有曲轴、连杆、十字头等传动部件）箱体内装有曲轴、连杆、十字头等传动部件 （3 3）曲轴为合金钢整体锻件，经渗氮处理后磨削而成）曲轴为合金钢整体锻件，经渗氮处理后磨削而成 （4 4）曲轴瓦采用剖分结
13、构，有两层金属组成，外层为钢，内）曲轴瓦采用剖分结构，有两层金属组成，外层为钢，内 层为层为2mm2mm的耐磨合金的耐磨合金 （5 5）连杆为）连杆为3 3段式，选用优质碳素钢制造，杆身截面为管形，段式，选用优质碳素钢制造，杆身截面为管形， 连杆头部为精加工件连杆头部为精加工件 机电工程学院机电工程学院 （6 6）传动轴为一整体齿轮轴。）传动轴为一整体齿轮轴。 （7 7）十字头采用球墨铸铁）十字头采用球墨铸铁 （8 8）曲轴三曲拐用）曲轴三曲拐用4 4个单列圆柱滚子轴承固定在箱体上个单列圆柱滚子轴承固定在箱体上 OPI 1800AWS OPI 1800AWS型压裂泵主要技术参数型压裂泵主要技术
14、参数 机电工程学院机电工程学院 （2 2）HQ-2000HQ-2000型压裂泵型压裂泵 美国哈里伯顿公司设计制造。最大额定工作压力：美国哈里伯顿公司设计制造。最大额定工作压力：103.4MPa103.4MPa 工作环境温度：工作环境温度：-40 -40 5050 该型压裂泵质量功率比为该型压裂泵质量功率比为3.2kg/kW3.2kg/kW，是目前世界上各种，是目前世界上各种20002000 水功率（水功率（1470kW)1470kW)车载式压裂泵中质量功率比最小的，质量也最轻，车载式压裂泵中质量功率比最小的，质量也最轻， 仅仅4808kg4808kg。 机电工程学院机电工程学院 HQ-2000
15、HQ-2000型压裂泵主要结构特点型压裂泵主要结构特点: : 1) 1)泵的齿轮减速器斜齿轮组，表面经渗碳研磨处理，齿轮减泵的齿轮减速器斜齿轮组，表面经渗碳研磨处理，齿轮减 速比为速比为6.313:16.313:1 2) HQ-2000 2) HQ-2000型是压裂泵是五缸泵型是压裂泵是五缸泵 3) 3)液力端配有五种规格尺寸的柱塞液力端配有五种规格尺寸的柱塞, ,可根据需要的压力和排量可根据需要的压力和排量 选用选用 4) 4)柱塞表面经铬化硼火焰喷涂处理，表面硬度达到柱塞表面经铬化硼火焰喷涂处理，表面硬度达到65HRC65HRC，具，具 有很强的抗腐蚀性和耐磨性有很强的抗腐蚀性和耐磨性 机
16、电工程学院机电工程学院 5) 5)该型泵采用哈里伯顿的双导杆压裂泵阀，导向准确，阀该型泵采用哈里伯顿的双导杆压裂泵阀，导向准确，阀 体开闭灵活体开闭灵活 6) 6) 阀体和阀座均经渗碳处理以增强耐磨性和抗冲蚀能力阀体和阀座均经渗碳处理以增强耐磨性和抗冲蚀能力 7) 7)动力端的润滑由传动箱驱动的齿轮泵提供压力润滑油来动力端的润滑由传动箱驱动的齿轮泵提供压力润滑油来 完成完成 机电工程学院机电工程学院 (3) HT(3) HT3000B3000B增压泵增压泵 HT-3000BHT-3000B增压泵是三缸、单作用柱塞泵；增压泵是三缸、单作用柱塞泵； HT-3000B HT-3000B是液力驱动，最
17、大冲程是液力驱动，最大冲程1878mm 1878mm ； HT-3000B HT-3000B自装性强，整机配置在一台拖车上。自装性强，整机配置在一台拖车上。 机电工程学院机电工程学院 HTHT3000B3000B增压泵技术性能特点增压泵技术性能特点 1 1）从原理上讲，）从原理上讲，HTHT3000B3000B增压泵就是利用增压泵就是利用HT - 400HT - 400泵提供泵提供 的大容量、低压力的流体，泵送小流量、高压力的压裂液，从而的大容量、低压力的流体，泵送小流量、高压力的压裂液，从而 给压裂液增加了压力。给压裂液增加了压力。 2 2）HTHT3000B3000B用于连续、高压、泵吸量
18、大、进行长期增压作用于连续、高压、泵吸量大、进行长期增压作 业的场合和其它深井场合。业的场合和其它深井场合。 3 3）把增压泵和）把增压泵和HT- 400HT- 400联用，可以提高了泵的可靠性，降低联用，可以提高了泵的可靠性，降低 了磨损。了磨损。 机电工程学院机电工程学院 4 4）把增压泵和）把增压泵和HT- 400HT- 400联用，可以提高了泵的可靠性，降低联用，可以提高了泵的可靠性，降低 了磨损。了磨损。 5 5）HT - 400HT - 400能抽吸低压清水，而增压泵必须抽吸高压下的腐能抽吸低压清水，而增压泵必须抽吸高压下的腐 蚀液或磨砺性的压裂液。蚀液或磨砺性的压裂液。 6 6）
19、通过与）通过与HTHT3000B3000B增压泵联用显著地提高了增压泵联用显著地提高了HTHT400400泵的疲泵的疲 劳寿命和可靠性。劳寿命和可靠性。 7 7）因为冲程长，即使在抽吸腐蚀液或高压磨砺液时，）因为冲程长，即使在抽吸腐蚀液或高压磨砺液时，HTHT 3000B3000B也具有满意的疲劳寿命和耐磨损性。也具有满意的疲劳寿命和耐磨损性。 机电工程学院机电工程学院 HTHT3000B3000B增压泵主要技术参数增压泵主要技术参数 机电工程学院机电工程学院 3 3）台上发动机）台上发动机 采用卡特彼勒采用卡特彼勒3512DITA3512DITA柴油机作为台上发动机柴油机作为台上发动机。发动
20、机输发动机输 出功率出功率1678kW1678kW。 4 4）台上传动箱）台上传动箱 用阿里逊用阿里逊98859885八速电控液动传动箱。该传动箱额定输入功八速电控液动传动箱。该传动箱额定输入功 率为率为1678kW1678kW，最大输入转速为，最大输入转速为2100r/min2100r/min。 5 5）自动控制系统）自动控制系统 由哈里伯顿公司设计制造的自动遥控系统由哈里伯顿公司设计制造的自动遥控系统(ARC)(ARC)能够连续能够连续 精确地控制和监测精确地控制和监测1010台压裂车的全部操作参数。台压裂车的全部操作参数。 机电工程学院机电工程学院 （1 1）自动压力控制系统能自动调节泵
21、排量，以保持一定的）自动压力控制系统能自动调节泵排量，以保持一定的 泵注压力泵注压力 （2 2）可选择需要的任意压力值，达到压力极限值时，控制）可选择需要的任意压力值，达到压力极限值时，控制 器会自动降低油门，并把传动箱置于空挡，达到超压自动保护的器会自动降低油门，并把传动箱置于空挡，达到超压自动保护的 效果。效果。 （3 3）在紧急情况下，操作者还可以通过连接到区域网络上）在紧急情况下，操作者还可以通过连接到区域网络上 的任何一个控制面板，使整套机组停止工作。的任何一个控制面板，使整套机组停止工作。 机电工程学院机电工程学院 3.1 3.1 美国哈里伯顿公司压裂酸化混砂车美国哈里伯顿公司压裂
22、酸化混砂车 FBRC100ARC FBRC100ARC混砂车的最大额定排量为混砂车的最大额定排量为1519m1519m3 3/min/min，工作环，工作环 境温度为境温度为-40-405050。 该型混砂车配备哈里伯顿公司设计制造的微处理器控制系该型混砂车配备哈里伯顿公司设计制造的微处理器控制系 统，可以准确地对作业用液体添加剂、干粉添加剂及支撑剂等的统，可以准确地对作业用液体添加剂、干粉添加剂及支撑剂等的 加入速度和混合罐液面实施比例监测和自动控制。加入速度和混合罐液面实施比例监测和自动控制。 机电工程学院机电工程学院 1 1）承载底盘）承载底盘 采用肯沃斯采用肯沃斯C500K6C500K
23、64 4平头卡车，其底盘及发动机主要性平头卡车，其底盘及发动机主要性 能与压裂车相同。能与压裂车相同。 2 2）添加剂输送系统）添加剂输送系统 台上发动机选用卡特彼勒台上发动机选用卡特彼勒3208T8V3208T8V四冲程旋转发动机，额四冲程旋转发动机，额 定功率为定功率为224kW224kW，额定转速为，额定转速为2600r/min2600r/min。吸排离心泵均由卡车底。吸排离心泵均由卡车底 盘发动机取力液力驱动。盘发动机取力液力驱动。 机电工程学院机电工程学院 3 3）添加剂注入系统系统）添加剂注入系统系统 该系统包括该系统包括4 4种液体添加剂和种液体添加剂和2 2种干粉添加剂系统种干
24、粉添加剂系统。 液体添加剂系统由液体添加剂系统由4 4个液力驱动的液体添加剂泵组成。这个液力驱动的液体添加剂泵组成。这 些泵把添加剂输送到混合罐或排出管汇中，可从控制台上自动控些泵把添加剂输送到混合罐或排出管汇中，可从控制台上自动控 制或手动控制排量。制或手动控制排量。 干粉添加剂送料器也由液力驱动，把干粉添加剂输送到喷干粉添加剂送料器也由液力驱动，把干粉添加剂输送到喷 射管及混合罐与净液混合，然后再排送到混砂车罐的顶部，排量射管及混合罐与净液混合，然后再排送到混砂车罐的顶部，排量 既可自动控制也可手动控制。既可自动控制也可手动控制。 机电工程学院机电工程学院 4 4）支撑剂输送系统）支撑剂输
25、送系统 该系统由该系统由两个液力驱动、直径为两个液力驱动、直径为305mm(12305mm(12英寸英寸) )的螺旋输的螺旋输 砂器组成。砂器组成。 输砂器用来计量和输送支撑剂到混砂车混合罐，每个输砂输砂器用来计量和输送支撑剂到混砂车混合罐，每个输砂 器的最大输砂量为器的最大输砂量为5455kg/min5455kg/min。 支撑剂的浓度及输砂器的速度由控制台根据作业工艺要求支撑剂的浓度及输砂器的速度由控制台根据作业工艺要求 自动控制或手动控制。自动控制或手动控制。 两个螺旋输砂器在液力驱动下可以单独作绕枢轴的左右摆两个螺旋输砂器在液力驱动下可以单独作绕枢轴的左右摆 动，使其能更好地接近支撑剂
26、的装卸设备。动，使其能更好地接近支撑剂的装卸设备。 机电工程学院机电工程学院 5 5） 自动混合罐液面控制系统自动混合罐液面控制系统 该系统由该系统由混合罐和液面控制部分混合罐和液面控制部分组成。组成。 混合罐是一个工作容积为混合罐是一个工作容积为1.25m1.25m3 3的圆柱形罐的圆柱形罐, ,与液力驱动与液力驱动 的、装在一根轴上的两个涡轮搅拌器结为一体。的、装在一根轴上的两个涡轮搅拌器结为一体。 自动混合罐液面控制系统是自动混合罐液面控制系统是一电气一电气- -液力系统液力系统。原理原理是用是用 浮子测量混合罐中液面，并将其转化为与液面深度相当的低功率浮子测量混合罐中液面，并将其转化为
27、与液面深度相当的低功率 电信号，由计算机处理后实现自动控制。电信号，由计算机处理后实现自动控制。 机电工程学院机电工程学院 6 6）控制系统）控制系统 混砂车配有哈里伯顿公司设计制造的自动遥控系统。混砂车配有哈里伯顿公司设计制造的自动遥控系统。 该控制系统可根据作业工艺要求对设定的各种添加剂、支该控制系统可根据作业工艺要求对设定的各种添加剂、支 撑剂的加入量自动控制加入比例和速率。撑剂的加入量自动控制加入比例和速率。 混砂车所有作业参数均可通过局域网在仪表车上集中实时混砂车所有作业参数均可通过局域网在仪表车上集中实时 显示监控。显示监控。 机电工程学院机电工程学院 4 4.1 .1 美国哈里伯
28、顿公司压裂酸化仪表车美国哈里伯顿公司压裂酸化仪表车 压裂酸化仪表车配备了用户计算机硬件和软件，可以进行压裂酸化仪表车配备了用户计算机硬件和软件，可以进行 作业数据采集、压裂酸化施工设计和施工作业后评价分析等工作业数据采集、压裂酸化施工设计和施工作业后评价分析等工 作。作。 工作环境温度为工作环境温度为-40-405050。 1 1） 承载底盘承载底盘 采 用 肯 沃 斯采 用 肯 沃 斯 T - 3 0 0T - 3 0 0 承 载 底 盘 。 底 盘 发 动 机 为 彼 勒承 载 底 盘 。 底 盘 发 动 机 为 彼 勒 3126ATAAC3126ATAAC，157kW157kW，最高转速
29、，最高转速2200r/min2200r/min。 机电工程学院机电工程学院 2 2） 压裂车遥控系统压裂车遥控系统 仪表车内安装压裂车操作控制面板，可以单独控制仪表车内安装压裂车操作控制面板，可以单独控制1010台压台压 裂车裂车, ,利用随车提供的电缆，仪表车可以在利用随车提供的电缆，仪表车可以在76.2m76.2m开外的地方遥控开外的地方遥控 压裂车。压裂车。 主要控制项目主要控制项目有发动机油门、传动箱换挡、锁定防护开有发动机油门、传动箱换挡、锁定防护开 关、发动机正常停车、发动机紧急停车、压裂泵超压自动保护以关、发动机正常停车、发动机紧急停车、压裂泵超压自动保护以 及传感器状态检查等。
30、及传感器状态检查等。 机电工程学院机电工程学院 3 3）混砂车遥控系统）混砂车遥控系统 仪表车控制中心后部安装混砂车遥控操作面板，它能遥控仪表车控制中心后部安装混砂车遥控操作面板，它能遥控 和监测混砂车的全部功能。使用随车提供的电缆，仪表车可以在和监测混砂车的全部功能。使用随车提供的电缆，仪表车可以在 76.2m76.2m开外的地方遥控混砂车。开外的地方遥控混砂车。 主要控制项目有主要控制项目有: :发动机、传动箱、发动机、传动箱、2 2个干粉添加剂系统、个干粉添加剂系统、 4 4个液体添加剂系统、个液体添加剂系统、2 2个螺旋输砂器、混合搅拌器和混合罐液个螺旋输砂器、混合搅拌器和混合罐液 面
31、，以及作业匀变能力控制。面，以及作业匀变能力控制。 机电工程学院机电工程学院 4 4）数据采集和存储系统）数据采集和存储系统 该系统配备了该系统配备了1 1台台Pentium CPUPentium CPU工业计算机，工业计算机，16MB16MB内存和内存和 112GB112GB硬盘，硬盘，1 1台台1414英寸和两台英寸和两台2020英寸英寸VGRVGR彩色显示器、彩色显示器、1 1台彩色打台彩色打 印机和印机和1 1套数据采集软件。套数据采集软件。 此软件能够采集和存储油压与套压、纯净液、携砂液、此软件能够采集和存储油压与套压、纯净液、携砂液、4 4 种液体添加剂及种液体添加剂及N2N2或或
32、CO2CO2的排量；的排量；2 2种干粉添加剂加入速度；种干粉添加剂加入速度；4 4个额个额 外模拟量外模拟量( (电流电流) )和和4 4个额外频率量信号。个额外频率量信号。 机电工程学院机电工程学院 5 5）压裂酸化设计系统）压裂酸化设计系统 压裂酸化设计系统包括压裂酸化设计系统包括1 1台台Pentium CPUPentium CPU工业计算机，工业计算机，16MB16MB 内存和内存和112GB112GB硬盘，硬盘，1 1台台1414英寸英寸VGRVGR彩色显示器；彩色显示器；1 1套套FRACPROTMFRACPROTM软件软件 和和1 1台彩色喷墨打印机。台彩色喷墨打印机。 FRA
33、CPROTM2D FRACPROTM2D和和3D3D压裂模拟软件是用于水力压裂设计和分压裂模拟软件是用于水力压裂设计和分 析的综合工程平台，不仅能模拟复杂油气藏裂缝的扩展和支撑剂析的综合工程平台，不仅能模拟复杂油气藏裂缝的扩展和支撑剂 的运移，作出有商业价值的压裂施工设计，还能进行实时数据现的运移，作出有商业价值的压裂施工设计，还能进行实时数据现 场分析。场分析。 机电工程学院机电工程学院 6 6）便携式数据采集系统系统）便携式数据采集系统系统 便携式数据采集系统直接从传感器采集和存储数据，一次便携式数据采集系统直接从传感器采集和存储数据，一次 至少可同时采集、显示、存储至少可同时采集、显示、
34、存储6 6个模拟量信号和个模拟量信号和6 6个频率量信号。个频率量信号。 该便携式数据采集系统轻便，功能强大，特别适合中小型压裂酸该便携式数据采集系统轻便，功能强大，特别适合中小型压裂酸 化施工作业。化施工作业。 机电工程学院机电工程学院 5.1 5.1 钻机车现状与发展趋势钻机车现状与发展趋势 1 1）前言）前言 适应于油田的钻机有陆地钻机与海洋钻机之分。对于陆地适应于油田的钻机有陆地钻机与海洋钻机之分。对于陆地 钻机主要分为钻机主要分为橇装式钻机、自走式车装钻机与拖挂式车装钻机橇装式钻机、自走式车装钻机与拖挂式车装钻机。 通常把自走式车装钻机与拖挂式车装钻机统称为钻机车。钻机车通常把自走式
35、车装钻机与拖挂式车装钻机统称为钻机车。钻机车 属油气田专用车，具有与其他运输或作业车辆不同的应用环境、属油气田专用车，具有与其他运输或作业车辆不同的应用环境、 载荷方式、作业功能等。从载荷方式、作业功能等。从2020世纪世纪9090年代初至年代初至20092009年，国内钻机年，国内钻机 车从起步阶段走向产品型谱的系列化，并取得了长足发展。车从起步阶段走向产品型谱的系列化，并取得了长足发展。 机电工程学院机电工程学院 2 2）钻机车种类及结构特点）钻机车种类及结构特点 随着钻井的深入，钻机车品种日渐多样化，目前主要有如随着钻井的深入，钻机车品种日渐多样化，目前主要有如 下五种类型。下五种类型。
36、 （1 1）自走式车装钻机）自走式车装钻机 自走式车装钻机的钻深范围目前主要集中在自走式车装钻机的钻深范围目前主要集中在100010004 000m4 000m 油气井的作业，其作业的主要部件均集成在底盘上，如动力、绞油气井的作业，其作业的主要部件均集成在底盘上，如动力、绞 车、井架、提升小绞车等，钻机动力不仅作为钻井作业的动力，车、井架、提升小绞车等，钻机动力不仅作为钻井作业的动力， 而且还是行车动力。因此，自走式车装钻机具有钻机系统的移运而且还是行车动力。因此，自走式车装钻机具有钻机系统的移运 车次少、安装迅速、作业灵活等特点。车次少、安装迅速、作业灵活等特点。 机电工程学院机电工程学院
37、（2 2）拖挂式车装钻机）拖挂式车装钻机 拖挂式车装钻机的钻深范围目前涵盖于拖挂式车装钻机的钻深范围目前涵盖于100010007000 m7000 m油气油气 井的作业，其中主机橇（包括动力传动及绞车等）与井架一体化井的作业，其中主机橇（包括动力传动及绞车等）与井架一体化 运输的拖挂车装钻机为主要机型，且主要集中在运输的拖挂车装钻机为主要机型，且主要集中在300030004000 m4000 m井井 作业范围，作业范围，4000 m4000 m拖挂钻机如图拖挂钻机如图2 2所示。所示。500050007000 m7000 m深井拖挂钻深井拖挂钻 机适合于开阔的沙漠、草原或戈壁滩等作业环境。机适
38、合于开阔的沙漠、草原或戈壁滩等作业环境。 机电工程学院机电工程学院 一般来说，由于各部件均为大件，井架及绞车动力橇各用一般来说，由于各部件均为大件，井架及绞车动力橇各用 一个拖挂车拖挂。对于所有钻机设备均采用拖挂结构的车装钻机一个拖挂车拖挂。对于所有钻机设备均采用拖挂结构的车装钻机 （以下称全拖挂钻机），其钻台、泥浆罐、水罐、油罐、泥浆泵（以下称全拖挂钻机），其钻台、泥浆罐、水罐、油罐、泥浆泵 组、钻杆滑道、发电房、气源房、组、钻杆滑道、发电房、气源房、MCCMCC房等全部设计为拖挂式结房等全部设计为拖挂式结 构。这种钻机车的特点在于拖挂车可共用拖头、搬迁方便、减少构。这种钻机车的特点在于拖挂
39、车可共用拖头、搬迁方便、减少 对井场吊机的使用，降低钻井作业成本。对井场吊机的使用，降低钻井作业成本。 机电工程学院机电工程学院 机电工程学院机电工程学院 中油特种车辆有限公司拖挂钻机车中油特种车辆有限公司拖挂钻机车 1500m1500m拖挂钻机车拖挂钻机车 拖挂式底盘式钻井装备，动力系统采用进口拖挂式底盘式钻井装备，动力系统采用进口CATCAT发动机与发动机与 AllisionAllision变速箱，专用装置由井架、绞车、转盘驱动装置、液气变速箱，专用装置由井架、绞车、转盘驱动装置、液气 电等系统组成，配以钻台、固控系统等设备后可完成电等系统组成，配以钻台、固控系统等设备后可完成150015
40、00米油井米油井 的钻井作业。的钻井作业。 机电工程学院机电工程学院 机电工程学院机电工程学院 15001500米拖挂钻机车参数米拖挂钻机车参数 机电工程学院机电工程学院 20002000米拖挂钻机车米拖挂钻机车 车载式钻井装备。底盘采用车载式钻井装备。底盘采用12128 8钻机车专用底盘，动力钻机车专用底盘，动力 系统采用进口系统采用进口CATCAT发动机与发动机与AllisionAllision变速箱，专用装置由井架、绞变速箱，专用装置由井架、绞 车、转盘驱动装置、液气电等系统组成，配以钻台、固控系统等车、转盘驱动装置、液气电等系统组成，配以钻台、固控系统等 设备后可完成设备后可完成200
41、02000米油井的钻井作业。米油井的钻井作业。 机电工程学院机电工程学院 机电工程学院机电工程学院 20002000米拖挂钻机车参数米拖挂钻机车参数 机电工程学院机电工程学院 30003000米拖挂钻机车米拖挂钻机车 拖挂式底盘式钻井装备，动力系统采用进口拖挂式底盘式钻井装备，动力系统采用进口CATCAT发动机与发动机与 AllisionAllision变速箱或交流变频电控系统，专用装置由井架、绞车、变速箱或交流变频电控系统，专用装置由井架、绞车、 转盘驱动装置、液气电等系统组成，配以钻台、固控系统等设备转盘驱动装置、液气电等系统组成，配以钻台、固控系统等设备 后可完成后可完成30003000
42、米油井的钻井作业。米油井的钻井作业。 机电工程学院机电工程学院 机电工程学院机电工程学院 30003000米拖挂钻机车参数米拖挂钻机车参数 机电工程学院机电工程学院 40004000米拖挂钻机车米拖挂钻机车 拖挂式底盘式钻井装备，动力系统采用进口拖挂式底盘式钻井装备，动力系统采用进口CATCAT发动机与发动机与 AllisionAllision变速箱交流变频电控系统，专用装置由井架、绞车、转变速箱交流变频电控系统，专用装置由井架、绞车、转 盘驱动装置、液气电等系统组成，配以钻台、固控系统等设备后盘驱动装置、液气电等系统组成，配以钻台、固控系统等设备后 可完成可完成40004000米油井的钻井作
43、业。米油井的钻井作业。 机电工程学院机电工程学院 40004000米拖挂钻机车参数米拖挂钻机车参数 机电工程学院机电工程学院 （3 3）车橇混合式车装钻机）车橇混合式车装钻机 车橇混合式车装钻机主要用于车橇混合式车装钻机主要用于4000m4000m钻井，主机部分为自钻井，主机部分为自 走式，钻台部分为橇装式，如走式，钻台部分为橇装式，如2006200620082008年南阳二机集团及江汉年南阳二机集团及江汉 四机厂先后为普光油气田开发的四机厂先后为普光油气田开发的200t200t车橇一体化钻机（见图车橇一体化钻机（见图3 3），）， 该型钻机的特点是主机采用自走式，移运性强；钻台采用层块式该型
44、钻机的特点是主机采用自走式，移运性强；钻台采用层块式 小模块结构，作业空间大、稳定性高；井架采用分块多片小模块小模块结构，作业空间大、稳定性高；井架采用分块多片小模块 伸缩式伸缩式结构，占有井场的面积少，稳定性好，又被称为山地钻结构，占有井场的面积少，稳定性好，又被称为山地钻 机机。 。 机电工程学院机电工程学院 机电工程学院机电工程学院 机电工程学院机电工程学院 机电工程学院机电工程学院 机电工程学院机电工程学院 （4 4）超级单根车装钻机）超级单根车装钻机 超级单根车装钻机系统采用全液压驱动（见图超级单根车装钻机系统采用全液压驱动（见图4 4），具有），具有 自动送钻和手动送钻功能、单根钻
45、进的工作方式。该钻机分为自自动送钻和手动送钻功能、单根钻进的工作方式。该钻机分为自 走式或拖挂式两类，主要特点是钻机动力系统、井架、绞车、钻走式或拖挂式两类，主要特点是钻机动力系统、井架、绞车、钻 台、转盘及顶部驱动等均集中在一辆运载车上。它是一种高集中台、转盘及顶部驱动等均集中在一辆运载车上。它是一种高集中 化、高移运性、高作业效率的轻便化、高移运性、高作业效率的轻便22钻井装置，主要适应于钻井装置，主要适应于2000 2000 m m以内的油气井作业。以内的油气井作业。 机电工程学院机电工程学院 图图4 4 超级单根拖挂钻机超级单根拖挂钻机 机电工程学院机电工程学院 （5 5）巨无霸拖挂钻
46、机）巨无霸拖挂钻机 巨无霸拖挂钻机是一种超大型拖挂式车装钻机，其绞车、巨无霸拖挂钻机是一种超大型拖挂式车装钻机，其绞车、 井架、底座、转盘、顶部驱动等主要设备全部集中在一个拖橇井架、底座、转盘、顶部驱动等主要设备全部集中在一个拖橇 上，钻深范围主要为上，钻深范围主要为5 0005 0007 000 m7 000 m（见（见33图图5 5）。目前只有国）。目前只有国 外几个厂家在生产，国内虽有成熟的技术方案，但没有形成工业外几个厂家在生产，国内虽有成熟的技术方案，但没有形成工业 性产品。性产品。 机电工程学院机电工程学院 机电工程学院机电工程学院 3 3）钻机车国内外发展现状）钻机车国内外发展现
47、状 （1 1）国内现状）国内现状 20 20世纪世纪9090年代末，中国石油天然气集团公司每年钻井年代末，中国石油天然气集团公司每年钻井70007000 多口，其中多口，其中4000m4000m以内的井约占以内的井约占98%98%，而适应此钻深能力移运的拖，而适应此钻深能力移运的拖 挂式钻机和车装钻机低于钻机总量的挂式钻机和车装钻机低于钻机总量的3%3%。从钻机车的发展来看，。从钻机车的发展来看， 上世纪上世纪8080年代后期至年代后期至9090年代初期，国内开始引进、消化吸收、自年代初期，国内开始引进、消化吸收、自 主生产自走式车装修井机。主生产自走式车装修井机。19961996年南阳二机集
48、团研制了国内第一年南阳二机集团研制了国内第一 台台2000m2000m车装钻机，车装钻机，20002000年开发研制出国内第一台年开发研制出国内第一台3000m3000m车装钻车装钻 机，由此拉开了钻机车在国内的发展序幕。机，由此拉开了钻机车在国内的发展序幕。 机电工程学院机电工程学院 中国的石油机械制造企业，从计划经济时指定的几个厂中国的石油机械制造企业，从计划经济时指定的几个厂 家，到今天可以说是百花齐放。有宝鸡石油机械有限责任公司家，到今天可以说是百花齐放。有宝鸡石油机械有限责任公司 （以下简称宝石机械）、南阳二机石油装备（集团）有限公司（以下简称宝石机械）、南阳二机石油装备（集团）有限
49、公司 （简称南阳二机）、第四石油机械厂（简称四机厂）、川油广汉（简称南阳二机）、第四石油机械厂（简称四机厂）、川油广汉 宏华有限公司（简称广汉宏华）、兰石国民油井石油工程有限公宏华有限公司（简称广汉宏华）、兰石国民油井石油工程有限公 司（简称兰石国民）、上海三高石油设备有限公司（简称上海三司（简称兰石国民）、上海三高石油设备有限公司（简称上海三 高）、中油特种车辆有限公司（简称中原特车）、胜利油田高原高）、中油特种车辆有限公司（简称中原特车）、胜利油田高原 石油装备有限责任公司（简称胜利高原）等石油装备有限责任公司（简称胜利高原）等1010多家大型成套石油多家大型成套石油 设备制造企业，以及众
50、多小型企业和石油装备贸易公司。设备制造企业，以及众多小型企业和石油装备贸易公司。 机电工程学院机电工程学院 机电工程学院机电工程学院 机电工程学院机电工程学院 南阳二机于南阳二机于20032003年开发出国内第一台年开发出国内第一台4000 m4000 m车装钻机。并车装钻机。并 于于2002200220042004年先后开发出年先后开发出300030004000 m4000 m中深井拖挂钻机，带动中深井拖挂钻机，带动 了整个行业钻机车的发展。了整个行业钻机车的发展。2006200620082008年钻机车技术走向成熟，年钻机车技术走向成熟， 整个装备行业的国内销售与出口均达到历史高潮。目前，
51、钻机车整个装备行业的国内销售与出口均达到历史高潮。目前，钻机车 在陆地钻井中占有相当大的比例，尤其是浅井或中井钻机，与橇在陆地钻井中占有相当大的比例，尤其是浅井或中井钻机，与橇 装钻机平分秋色。装钻机平分秋色。 机电工程学院机电工程学院 钻机车遍布大庆油田、胜利油田、辽河油田等国内各大油钻机车遍布大庆油田、胜利油田、辽河油田等国内各大油 田，并出口美国、加拿大、墨西哥、委内瑞拉、巴西及诸边国田，并出口美国、加拿大、墨西哥、委内瑞拉、巴西及诸边国 家，以及利比亚、埃及、尼日利亚等非洲国家，印尼、印度等东家，以及利比亚、埃及、尼日利亚等非洲国家，印尼、印度等东 南亚国家，沙特、科威特等中东国家，俄
52、罗斯、土库曼斯坦、哈南亚国家，沙特、科威特等中东国家，俄罗斯、土库曼斯坦、哈 萨克斯坦、乌兹别克斯坦、英国等欧洲和独联体国家。其中美萨克斯坦、乌兹别克斯坦、英国等欧洲和独联体国家。其中美 国、俄罗斯、哈萨克斯坦、印尼、印度为国内钻机车主要出口国、俄罗斯、哈萨克斯坦、印尼、印度为国内钻机车主要出口 国。国。 机电工程学院机电工程学院 目前，目前，3000 m3000 m井以内的钻机车生产厂家得到快速增长，如井以内的钻机车生产厂家得到快速增长，如 大港中成机械集团、四川石油机械集团等，不过竞争正不断加大港中成机械集团、四川石油机械集团等，不过竞争正不断加 剧；剧；4 000m4 000m以上钻机车
53、也取得了较大发展，南阳二机、江汉四以上钻机车也取得了较大发展，南阳二机、江汉四 机、中原特车均已自主研制出机、中原特车均已自主研制出4 000 m4 000 m的车装钻机。我国拖挂钻机的车装钻机。我国拖挂钻机 目前最大钻深能力为目前最大钻深能力为7000 m7000 m，数量少，没有形成工业规模。，数量少，没有形成工业规模。 机电工程学院机电工程学院 （2 2）国外现状）国外现状 2020世纪世纪9090年代，美国钻机销量已居世界首位。直至今天，年代，美国钻机销量已居世界首位。直至今天， 美国的钻机技术，尤其是在电控技术、顶部驱动、井口工具、海美国的钻机技术，尤其是在电控技术、顶部驱动、井口工
54、具、海 洋钻机等方面，仍处于领先地位。钻机技术与国际技术接轨实际洋钻机等方面，仍处于领先地位。钻机技术与国际技术接轨实际 上是与以美国为代表的技术标准及美国石油学会规范（上是与以美国为代表的技术标准及美国石油学会规范（APIAPI）接）接 轨。不过，近几十年来，美国钻机的主机在总体技术参数上基本轨。不过，近几十年来，美国钻机的主机在总体技术参数上基本 没有什么变化。没有什么变化。 机电工程学院机电工程学院 美国生产钻机车的主要厂家有美国生产钻机车的主要厂家有CardwellCardwell、CoperCoper、IdecoIdeco、 WilsonWilson、IRIIRI、KremcoKre
55、mco、NOVNOV等。按其钻井深度可分为等。按其钻井深度可分为100010001500 1500 m m，150015002000 m2000 m，230023003000 m3000 m，300030003700 m3700 m，500050007000m7000m （均指（均指4-1/24-1/2钻杆）。国外部分钻杆）。国外部分300030004000 m4000 m自走式钻机车参数自走式钻机车参数 对比见表对比见表1 1，国外，国外300030005000 m5000 m部分拖挂钻机参数对比见表部分拖挂钻机参数对比见表2 2。 机电工程学院机电工程学院 过去过去1515年来，受政府对油
56、田保护等因素影响，相对于电年来，受政府对油田保护等因素影响，相对于电 子、汽车、军工、航天等产业而言，美国在陆地石油装备上，缩子、汽车、军工、航天等产业而言，美国在陆地石油装备上，缩 小了资金投入，尤其是在常规钻机上，包括钻机车，改型少，发小了资金投入，尤其是在常规钻机上，包括钻机车，改型少，发 展放慢。俄罗斯作为机械装备生产大国之一，在成套钻机生产展放慢。俄罗斯作为机械装备生产大国之一，在成套钻机生产 上，也没紧跟石油开发对设备的要求，仍注重于重型机械钻机的上，也没紧跟石油开发对设备的要求，仍注重于重型机械钻机的 生产上，例如交流变频数字化技术（生产上，例如交流变频数字化技术（VFDVFD）
57、、可控硅技术）、可控硅技术 （SCRSCR）、液压盘式刹车技术、电子盘式刹车技术等在橇装钻机和）、液压盘式刹车技术、电子盘式刹车技术等在橇装钻机和 钻机车上没有得到推广和发展。至于印尼、马来西亚、印度等东钻机车上没有得到推广和发展。至于印尼、马来西亚、印度等东 南亚石油生产国，埃及、利比亚、尼日利亚等非洲国家，伊朗、南亚石油生产国，埃及、利比亚、尼日利亚等非洲国家，伊朗、 沙特、伊拉克等中东产油大国，基本上没有成套钻机独立制造能沙特、伊拉克等中东产油大国，基本上没有成套钻机独立制造能 力。力。 机电工程学院机电工程学院 4)4)国内钻机车技术现状国内钻机车技术现状 (1)(1)先进的动力技术先
58、进的动力技术 自走式车装钻机动力选型需要考虑钻井作业的需要，而不自走式车装钻机动力选型需要考虑钻井作业的需要，而不 是单纯的行车工况需要，选择的动力往往较大，大多采用是单纯的行车工况需要，选择的动力往往较大，大多采用CATCAT系列系列 发动机，并符合欧发动机，并符合欧或欧或欧排放标准，也有少数采用排放标准，也有少数采用DetroitDetroit发动发动 机或机或CumminsCummins发动机。发动机。 机电工程学院机电工程学院 自走式电动车装钻机，则采用一台发动机作为行驶动力，自走式电动车装钻机，则采用一台发动机作为行驶动力， 一台电机作为钻井作业时的工作动力，即绞车、转盘驱动采用直一
59、台电机作为钻井作业时的工作动力，即绞车、转盘驱动采用直 流串励电动机或交流变频电动机驱动，传动控制对应采用流串励电动机或交流变频电动机驱动，传动控制对应采用AC-SCR-AC-SCR- DCDC或或AC-VFD-ACAC-VFD-AC全数字方案。对于中深井钻机车，由于单机动力有全数字方案。对于中深井钻机车，由于单机动力有 限，往往采用双机并车方式。对于限，往往采用双机并车方式。对于5000 m5000 m及以上拖挂钻机，主机及以上拖挂钻机，主机 大多采用两台大功率电机或三台高性能柴油发动机作为动力。大多采用两台大功率电机或三台高性能柴油发动机作为动力。 机电工程学院机电工程学院 (2)(2)重
60、型轮胎技术重型轮胎技术 钻机车重量较大，往往选择接地比压较大的轮胎，有利于钻机车重量较大，往往选择接地比压较大的轮胎，有利于 防止侧滑，且轮胎规格应符合油田专用车在满载状态下各轮胎的防止侧滑，且轮胎规格应符合油田专用车在满载状态下各轮胎的 接地比压不大于接地比压不大于700kPa700kPa的要求。沙漠钻机车，考虑松动的细沙承的要求。沙漠钻机车，考虑松动的细沙承 载能力为载能力为0.100.100.19 MPa0.19 MPa，相应选择沙漠轮胎。一般井场是需挖，相应选择沙漠轮胎。一般井场是需挖 掘才能移出的硬粘土层，其承载能掘才能移出的硬粘土层，其承载能66力为力为0.380.380.58 M
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