水力压裂是如何将压裂液与支撑剂送入地层的呢?地面的压裂车组承担了这一关键任务,压裂车组包括压裂泵车、混砂车、仪表车、管汇车等,压裂车组中单台车的个头就像高速公路上常常见到的运送集装箱的大货车,只不过它并不是运送集装箱,而是装载着压裂动力设备和混砂装置。通常一套压裂车组由5~10台压裂泵车、1~2台混砂车、1台管汇车、1台仪表车等组成,超大型压裂现场各种车辆能达到上百台。
压裂车组的所有车辆中,压裂泵车是压裂实施过程中的主角,为施工提供能量,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。压裂泵车主要由载车底盘、车台发动机、车台传动箱、压裂泵、管汇系统、润滑系统、电路系统、气路系统和液压系统等组成,其中柱塞压裂泵是压裂车的核心组件。压裂泵车主要分为传统柴油驱动、双(多)燃料驱动、涡轮驱动、电驱动泵车等。由车载发动机通过液力机械传动箱经传动轴驱动,泵送的压裂液一般含砂和具有腐蚀性,要求直接和液体接触的柱塞、缸套、阀和阀座以及泵头等应有较好的耐磨性和耐腐蚀性。目前形成了1000~4500型系列压裂泵车,新型为6000型电动压裂泵车,常用的是2500型压裂泵车。
混砂车的功用是将压裂液与支撑剂混合成不同砂浓度的携砂液。混砂车由传动系统、供液系统和输砂系统三部分组成,可根据设定的比例和程序进行混砂作业,并能按照压裂工艺要求向压裂泵车供应不同性能的压裂液,作业时。混砂车将液罐中的压裂液送至混合罐内,并与添加剂和支撑剂混合,然后排至压裂泵车。混砂车输出排量有16立方米/分和20立方米/分,输砂能力分别为7200千克/分和9560千克/分。
仪表车是压裂车组的神经中枢,在压裂施工中远距离遥控压裂车、管汇车和混砂车,进行实时数据采集、显示、施工监测及裂缝模拟,并对施工的全过程进行分析。
管汇车由底盘、随车吊、高低压管汇及高低压管件、高压管件架、高压管件箱、低压管件盒、灌注泵、试压泵等组成。管汇车上的低压管汇是将混砂车中处理好的液体输送到压裂泵车的通道,而高压管汇则是压裂泵车将压裂液泵入井筒的通道。
压裂泵车工作以功率大小和限压作为优化泵车数量的指标,小型压裂一般采用1~2立方米/分的小排量施工,一台压裂泵车就可以完成任务,大型压裂采用14~16立方米/分排量,甚至更高排量的大排量作业,就需要几十台大块头车组通力协作,最新设备还包括新型电动压裂橇。
非常规油气的规模开发,使连续施工、大负载、长时间的“工厂化”压裂施工作业成为新景象,多套压裂车组在井场轰鸣场景十分壮观。