电动压裂泵排出法兰断裂原因分析与预防措施

针对电动压裂泵排出法兰多次断裂,为了找到断裂原因并采取有效预防措施避免类似故障再次发生,对断裂的排出法兰进行化学成分、拉伸、冲击和金相分析检测,计算了排出法兰密封圈限位槽最小截面上顶点处等效应力,为101.12 MPa,并与其许用应力进行对比,计算得到许用工作静套压为323 MPa;使用SolidWorks Simulation计算了排出法兰的位移、应力分布以及疲劳寿命(大于13888 h)。结果表明,排出法兰最大应力位于密封圈限位槽最小截面上顶点处,其等效应力满足现场压裂施工一般工况下使用要求,排出法兰材料冲击功20 J,低于技术要求的27 J,水击现象使压强增加21.6 MPa;设计不合理和高压件安装不合理等多种因素共同作用导致疲劳裂纹扩展引起断裂失效。通过理论计算和排出法兰材料性能检测,找到了断裂失效原因并提出了预防措施。研究结论可为同类典型的可拆卸螺母锤接头总成结构的设计、强度分析和现场使用提供参考。

电动压裂泵在页岩气井压裂中的先导试验

为解决传统页岩气井压裂设备能耗高、噪声大和占用场地面积大的问题,实现非常规页岩气资源低成本绿色环保开发,压裂改造后使储层内产生复杂网格化裂缝,达到增产目的,从优化压裂设备角度提出交流电驱动压裂泵技术。该技术采用6 000 hp交流电动压裂泵与传统压裂车组合方式,首次成功对1口页岩气井实施22段压裂先导试验,完成了供液能力、单双泵切换、双泵同步运行、稳定性试验及配套工艺测试。试验结果表明:在70 MPa工作压力下,单泵最大排量可达到3. 48 m^3/min,相当于2. 5～3. 0台2 500 hp传统压裂车的排量,单段降低成本约2万元,同比节约1. 66 t标准煤。该电动压裂泵降本增效绿色开发效益凸显,具有良好的应用前景。

基于电机扭矩波动的电动压裂泵液力端故障诊断

针对目前电动压裂系统压裂泵振动信号复杂,故障特征难以准确提取和辨识等问题,文章提出了直接采集ACS5000中压变频器上电机运行参数,进行基于电机扭矩波动曲线的电动压裂泵液力端总成故障诊断方法。首先,基于理论力学和材料力学建立电动压裂泵动力端和液力端的力学模型,计算曲轴不同相位角下的主要零部件的受力;其次,利用Mathcad计算压裂泵正常工作2个冲程周期内的曲轴扭矩曲线,得到了电机的扭矩曲线;最后,通过现场施工总结了无故障和12种异常工况下的不同电机扭矩波动曲线。结果表明,泵压一定时,电机扭矩异常波动一般伴随液力端总成故障,部分液力端总成故障初期对应的电机扭矩波动无明显异常;电机扭矩异常波动可以作为现场判断电动压裂泵液力端总成是否正常运行的可靠标准之一,并指导检泵来排除故障,为页岩气平台压裂施工提供安全保障。

电动压裂泵在页岩气开发中的应用

为实现非常规页岩气资源的有效合理开发,水平井钻井和大型水力压裂是目前技术最成熟且得到广泛应用的必要手段,大型水力压裂需要依靠高效大功率压裂泵在页岩储层内产生网络体积化裂缝,实现增产目的。但是目前传统压裂车存在能耗高、单机功率受限以及废气排放、噪声大等弊端。在页岩气开发面临高效、绿色环保和商业化发展的大趋势下,针对上述情况,为降低页岩气开发成本并减少废气排放和降低噪声污染,对技术和现场应用等方面进行了深入研究和大胆探索,在国内首次采用HH6000电动压裂泵与传统压裂车组合进行现场压裂,成功对近10口井进行压裂施工,验证了电动泵的供液能力、单泵与泵组间进行无缝平稳切换,以及整套系统运行的安全性、稳定可靠性和方便维护等能力。施工数据表明,电动压裂泵在相同压裂施工作业工况下,单泵供液能力相当于2.5~3台2500 HP(1HP≈0.735 kW)传统压裂车,实现了单井单泵减排5.1万Nm^(3)二氧化碳,为实现页岩气高效、绿色环保和商业化开发提供了技术先进、性价比更优的新型压裂装备。

电动压裂泵在页岩气压裂中的应用

为降低页岩气开发成本,同时达到减排降噪的目的,华东油气分公司平桥南焦页194-2HF井引进HH6000型电动压裂泵进行压裂,压裂车组组成为10台2500型压裂车和4台HH6000型电动压裂泵,电动泵采用网电和燃气发电两种动力,完成19段压裂施工。测算施工费用比常规压裂车节省约45%。此次成功规模应用表明电动压裂泵组压裂在能效、排放和经济上有较大的优势,适应页岩气低成本开发需要,具有很强的市场竞争力和发展前景,具备良好的推广应用价值。

电动压裂泵在页岩气井压裂中的实践应用

为了有效控制页岩气开发工作成本,同时实现良好的节能减排和降噪的工作目标,通过引进先进的电动压裂泵,在页岩气井压裂工作当中进行压裂工作,整体的工作效果表现非常明显,可以有效提高页岩气压裂工作质量和效率,同时在环境保护工作方面优势也非常明显。基于此,本文以我国某页岩气公司项目工程开展情况进行分析和研究,介绍页岩气压裂车的发展概况,同时对电动压裂泵结构与技术特点进行阐述。通过使用HH6000型电动压裂泵进行压裂处理,有效提高页岩气井压裂工作效果,提高页岩气的开发工作效率和质量,实现项目工程单位的更高经济效益和社会效益。

基于有限疲劳寿命的压裂泵盘根铜套优化设计

针对高压压裂泵现场施工中由于铜套裂纹引起液力端盘根密封总成快速失效的现象,提出了优化铜套开口角度α和底部圆角R,进行基于有限疲劳寿命的压裂泵盘根铜套优化设计方法。首先,通过现场施工中的4.5 in(1 in=2.54 cm)V形铜套损坏情况,估算了现有V形铜套的疲劳寿命为2830000次;然后,使用SolidWorks Simulation建立了4.5 in V形铜套的静力学有限元模型,反推确定了吸入缸压强传递系数为0.3,对4.5 in V形铜套进行了疲劳分析,计算了疲劳寿命为2797000次;最后,计算了4.5,4,3.75,3.25和5 in V形铜套在不同开口角度和圆角的疲劳寿命。结果表明:优化设计后的4 in V形铜套在开口角度改为120°后疲劳寿命增大了81.5倍,现场测试满足在液缸最大生命周期内不再产生疲劳裂纹;通过现场施工数据反推传递系数,验证疲劳寿命计算方法的有效性,优化设计了5种压力等级下铜套的开口角度和圆角。同时,为其他型号盘根铜套优化设计提供了参考方法。

基于扭矩和扭压比偏差率的压裂泵故障诊断

为了快速有效诊断电动压裂泵故障,针对其系统特征,提出直接提取变频器上电机扭矩和采集泵压传感器压力,进行基于电机扭矩和扭压比偏差率的电动压裂泵故障诊断方法。首先,求解电动压裂泵的扭压比,并自定义扭压比偏差率;其次,计算曲轴在0°~720°不同相位角下的电机扭矩和扭压比偏差率,并绘制曲线;最后,通过现场施工总结无故障和13种其他工况下的不同电机扭矩和扭压比偏差率曲线,并归纳总结其与故障的关联性。结果表明:电机扭矩曲线异常波动一般伴随电动压裂泵故障的产生,扭压比偏差率过大一般伴随动力端总成故障,扭压比偏差率过小一般伴随液力端总成故障;部分故障初期对应的电机扭矩无明显异常,扭压比偏差率能够更加明显识别故障特征。现场实例验证了电机扭矩和扭压比偏差率可以作为判断电动压裂泵是否正常运行的可靠标准之一。该诊断方法可为及时准确诊断压裂泵故障提供借鉴。