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中国特色的页岩气开发思路《资讯》

发布时间:2020-08-20 10:57:12 阅读: 来源:绷缝机厂家

中国特色的页岩气开发思路

在刚刚结束的2014北京国际石油展上,中国能源装备制造领军企业山东杰瑞集团自主研发的“阿波罗”涡轮压裂车的发布无疑是全场最大的亮点。这款世界首台4500马力压裂车,也是目前全球单机最大功率压裂车。它的诞生让中国成为继美国、俄罗斯之后,第三个拥有涡轮压裂装备的国家,标志着我国在能源关键装备上又一次取得重大突破,再一次用实力向世界证明,中国开启了油气开发全新的“涡轮时代”。

比肩美俄 装备中国“心”

据了解,这台被专家誉为“重新定义压裂装备”的涡轮压裂车被命名为“阿波罗”,最高功率可达4500水马力,是目前全球单机功率最大的压裂设备。它搭载了5600马力涡轮发动机和由杰瑞自主研发制造的、全球最大功率的5000马力超级压裂泵,性能远超此前国外最大涡轮压裂车3750马力发动机与2250马力压裂泵的组合。

国产涡轮压裂车成功研发的意义之大堪称是中国油田开发领域的“阿波罗登月计划”。“一直以来,使用世界最顶尖的作业装备进行能源开发是中国石油人的梦想”,中石协理事长周守为院士感慨道,“此前也曾有行业专家专程到美国、俄罗斯考察过涡轮压裂设备,但都因技术壁垒等问题空手而归。现在,我们不仅成为了世界上第三个拥有涡轮压裂装备的国家,而且还是设备功率最大、技术最先进的,这无疑将会大大加快国内非常规油气大开发的进程。”

8=18:“迷你”外观狂野内心

据了解,“阿波罗”涡轮压裂车以一套输出功率高达5600马力的涡轮发动机作为全车的动力单元,该发动机的重量只有700公斤,其功率密度是高功率柴油机的20倍。也就是说,在相同的额定功率下,涡轮发动机的重量只有柴油机重量的二十分之一。因此,“阿波罗”涡轮压裂车的外观可谓十分“迷你”:重量只有37吨(含2.5吨油水),长度只有10米,底盘比2000型压裂车还要短,道路通过性和灵活性因此大幅提升,一举解决了目前压裂车“上牌难、上路难、上山难”的“三难”问题。

但“迷你”的外观却蕴涵着“阿波罗”涡轮压裂车超强的产品性能:4500水马力的输出功率相当于一辆2500型压裂车和一辆2000型常规压裂车的总和,以构建一套36000水马力的压裂车组为例,仅用8台“阿波罗”压裂车就能实现18台2000型压裂车才能进行的大型工厂化压裂作业。这两个数字,意味着减少了55%的井场占地和车组人员配套,以及减少了55%的现场高低压管汇工作量。这种产品性能的巨大提升,相当于对现有压裂装备的重新定义。

5600+5000:强强联手

这台世界单机最大功率涡轮压裂车,性能之所以能得到几何级的提升,与采用全球最大功率JR5000型超级压裂泵是分不开的。值得一提的是,这款柱塞泵也是完全由杰瑞自主研发生产。当前,国外使用的涡轮压裂车最高输出功率仅与国内2000型压裂车相当,泵资源的匮乏是最重要制约因素(国外普遍采用2250马力柱塞泵)。因此,如果没有JR5000型超级压裂泵作为“阿波罗”压裂车的根基,涡轮发动机只能是无马之伯乐、无弦之良弓。

为了能让转速16000转/分钟、马力高达5600马力的超大功率涡轮发动机与5000马力的JR5000超级压裂泵匹配,杰瑞研发人员攻克了“高速大扭矩齿轮箱设计技术”、“涡轮机无级控制技术”和“涡轮机降噪技术”三项核心课题,并制造出全球第一台的用于压裂装备的超高速涡轮减速箱,最终促使了“阿波罗”涡轮压裂车的诞生。

降低82%:年节省成本4000万

除超高的功率输出外,“阿波罗”涡轮压裂车另外两大特点就是省钱、环保。

由于涡轮机对燃料具有很强的兼容性,柴油、井口气、LNG/CNG,包括生物燃油都可以用来驱动,所以,“阿波罗”涡轮压裂车拥有极高的经济性。以井口气1元/Nm3的价格计算,以天然气为燃料的涡轮发动机可比同功率柴油发动机节省82%的成本。一个4万马力装机功率的“阿波罗涡轮压裂车”机组,如果每年工作1000小时,共可节省4000多万元人民币,相当于每小时节省4万元人民币的开发费用。这对已被成本问题困扰已久的中国非常规油气开发而言,无疑具有极为重要的意义。

在设备保养方面,超高功率的涡轮发动机和超级压裂泵都可谓是“高端却不高贵”:涡轮机的设计使用寿命为30年以上,保养时可采用清水喷射清洗,不用拆解设备即可快速清洁内部的叶片,且维护间隔长(一年期更换空滤、机油滤、燃油滤等即可,柴油机三个月便需要更换);JR5000超级压裂泵通过新材料运用和工艺革新,液力端的寿命较同类产品大幅提升,保证了设备的高利用率。而这些超长的工作寿命和超高的可靠性,正是目前最先进的“工厂化”压裂作业所必须的。

不仅如此,阿波罗涡轮压裂车在助力天然气能源开发的同时,自身的环保标准也非常高。与目前常规柴油机普遍的tier2排放相比,涡轮机轻松达到tier4的排放标准,这对目前国内的PM2.5来说,简直是超级利好。除此之外,通过一系列优化设计,该涡轮压裂车成功将噪音降至95dBA,这远低于目前常规柴油机110dBA的水平。

站在中国页岩气大开发的节点上,让我们把目光放的再远一些。其实,杰瑞“阿波罗”重新定义的已并非压裂装备本身,而是一个为中国非常规油气开发量身定制的全新未来。

中国特色的页岩气开发思路

正如周守为院士所言,随着经济发展与环境保护矛盾的加剧,天然气在中国能源结构中的地位日益凸显。在2014政府工作报告中,重点提出加强天然气、煤层气、页岩气勘探开采与应用,推动能源生产和消费方式变革。根据国家能源局最新的《2014年能源工作指导意见》,2014年中国页岩气产量将暴增至2013年的8倍,煤层气抽采量也将增长至2013年的6倍,发展前景和速度都令世界惊叹。

但与此同时,交通恶劣、面积狭小的井场环境是中国页岩气发展与生俱来的硬伤,它决定了中国要想同成熟的北美市场一样进行大规模的“工厂化”作业,需克服更多的障碍。因此,以页岩气、煤层气等非常规油气开发核心装备为研发切入点,通过大幅提升压裂泵送设备的单机功率密度的方式,让小面积的中国井场实现大规模的工厂化作业,成为目前解决中国非常规油气开发难的最有效方案。

作为全球最大的油田增产完井设备制造商,杰瑞正朝着这一领域的领航者角色进发。2013年10月,杰瑞率先在全球范围内推出“小井场大作业”新概念成套页岩气压裂解决方案,让中国特色的“工厂化”作业成为可能。而此前一直保持全球单机压裂车功率记录的3100型压裂车,正是“小井场大作业”解决方案中的核心设备之一。不到半年时间,“阿波罗”涡轮压裂车的诞生将把“小井场大作业”解决方案推向新的高度。

顶尖装备铸造强国脊梁

近10年来,中国装备制造业的赶超,使得全球竞争格局悄然发生着改变,谁能制造出新的需求,谁就将赢得未来。在2004年以前,中国油田使用的开发设备大多依赖于美国老牌制造商,设备操作培训和售后服务方面得不到保障。随着国内重大装备制造业的崛起,像杰瑞这样的民营企业在自主研发方面更加灵活,迅速占领国内市场份额。在不到10年的时间,中国企业不仅基本实现国内油田装备国产化,还成功打入国际市场与北美百年老牌企业同台竞技,抢占国外市场。

“重大装备制造是国家产业安全的重要保障、一个国家的综合国力和技术水平,如果我们不把这些重大装备国产化,那中国就谈不上强国。”国家能源安全委员会张国宝主任曾表示。

“页岩气的高效开发是缓解我国能源矛盾、保障能源安全的重大战略需求,如何打破目前页岩气开发的瓶颈,让油气开发更简单高效是每个中国能源装备企业应有的社会责任”杰瑞集团副总裁姜晓宝表示,现在全球页岩气开发的中心正在迅速从北美向中国转移,中国将成为国内外油气装备同台竞技的最大舞台。借助这个机遇,我们要向世界证明,中国同样能制造出世界上最好的能源装备!”

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