时间: 2025-06-21 08:54:29 | 作者: 中细碎设备
近日，石化机械针对超深层压裂规模大、高压下压裂泵寿命短、单机功率小、设备配套数量多等难题，研制出最新一代连续满载数智化全电动压裂装备，在焦页32平成3口井122段压裂作业，累计使用244小时，单机输出排量2~2.9立方米/分钟，设备平均负载率41%~60%，同工况下相较上一代产品性能提升40%，机组装备数量减少33%。
石化机械研制的数智化全电动压裂装备曾在国家页岩油先导示范区重点工程樊页1试验井组应用，打破了胜利东部油区单井段数最多施工纪录，实现全自动模式下供液、供砂系统自运行。随后，胜利牛页1试验井组同时应用两套数字化指挥中心打造“联合舰队”，首创页岩油双机组同步电动压裂新模式，通过智能变频、装备集群化控制技术实现“零排放”作业，7×24小时持续输出绿色能量，不仅助力打造“绿色开采示范区”，而且填补了“同步电动压裂”装备技术空白。
压裂装备是实现增产的核心设备之一，是从“低效难采”向“高效经济”跨越的核心驱动力。20世纪80年代末以来，石化机械四机公司先后开发出国内首套700型、1000型、1800型、2000型压裂机组。2008年，由石化机械自主研发制造的世界首套车载式2500型压裂机组亮相普光气田大型酸压现场。2013年，功率更大、马力更强、自动化控制程度更高的3000型压裂车问世，并在涪陵国家级页岩气示范区建设中大展身手，成为主力装备。2014年8月，在焦页42号平台当时国内规模最大的“井工厂”交叉压裂施工中，3000型压裂装备创下7项压裂施工新纪录。
但新的困扰随之而来。“20多台压裂车同时作业，像联合舰队，壮观，但噪声也大。”石化机械着力突破大功率电动驱动系统关键技术瓶颈，研制5000型超大功率电动压裂装备，适配压裂作业复杂工况。
2017年12月，石化机械研发的首台电动压裂泵装置在涪陵193平成先导试验，随后，历经单台工业试验、油电混合压裂到全电动成套压裂。
2020年5月，超大功率全电动压裂成套设备在涪陵页岩气田焦页27东平台成功开展工业试验，首次从主压装备到辅助设备实现100%电动化、橇装化。
该成套设备的核心——超大功率电动压裂装置采用多相变频电驱动压裂泵系统，是基于中国高铁变速控制技术的自主创新，部件国产化率超过95%。与传统压裂装备相比，该成套设备取得了机组功率智能匹配、装备集群控制和远程数据管理等7项创新成果，功率更大、智能更高，二氧化碳、氮氧化物等实现零排放，且降噪20%以上。
随着页岩油气勘探开发深度纪录被不断刷新，为了更有效地压开地层，形成更复杂的裂缝网络，从而增加油气的渗流通道、提高油气产量，智能成为研制压裂装备的关键词。
给压裂装备装上“最强大脑”，利用大数据算法和AI模型，精准调控压裂泵注程序成为趋势。操作人员在远离井场的中控室，面对可视化大屏，就能依托电脑分析决策，实现远程、精准、自动化作业，大幅度的提高压裂效率，将过去粗放式压裂带入精细化时代。
石化机械基于自主开发的SOFElink智能控制平台，充分的利用物联网、大数据、智慧云平台等先进的技术，实施信息技术改造和作业全流程的优化，将公司制作经营全业务链数据化整合，推进信息技术和油气装备深层次地融合，促进生产效率提升和装备应用的数字化智能化转型升级。
石化机械联合江汉石油工程，在涪陵页岩气田开展混砂、供配液、液罐液位等辅助装置的自动化技术攻关，初步实现主、辅装备的远程集中控制，推动了压裂全井场施工现场操作的无人化。
2024年，石化机械在胜利油田将5G技术应用于大功率油气压裂机组施工中，现场部署16套压裂装备，包括12台主压电驱压裂橇、2台泵送电驱压裂橇、1个双扩数字化控制中心和1套低压全流程系统，设备及视频全部接入压裂机组5G系统，实现可视化远程监控、高清视频并发传输、实时监测与集群控制，引领压裂增产作业迈入全机组5G无线时代。
为实现绿色施工，新型压裂设备正向低噪声、低污染、节能环保、智能化方向发展，不仅具备远程监控、自动调节等功能，且能根据实际工况实时优化，提高作业效率和安全性。
石化机械为促进压裂装备迭代升级、提升压裂时效，着力攻关工艺流程和自动控制技术，开展智能化平台设计，实现从供液、混砂到泵注的全流程电动化，配套电网负荷预测技术确保供电可靠性。实现“全流程供液供砂”远程一键式控制、“压裂泵、高压管汇和井口阀门”高压流程的一键控制，支持作业指令一键下发。压裂参数毫秒级动态优化，施工误差控制在±0.5%，较人工操作精度提升20倍，并具备设备健康自诊断、故障预判等能力。
石化机械不仅将绿色智能压裂装备应用在陆地，还为中国首艘海洋压裂船打造了核心装备。该公司携手国内知名海工产品制造商、研究所、高等院校，最大限度地考虑与陆地压裂装备的差异性，将压裂作业系统功能和船舶功能分解、重组和融合，历时8个月，最终形成16种关键装置及集成式多层结构布局方案，为我国首艘海洋压裂船提供了5000型电驱压裂橇、HS20型电驱混砂橇、电驱混配橇、高压软管滚筒、高压管汇系统等超过100台（套）关键配套设备，填补了我国海上油田压裂技术和工程领域的空白。
从柴驱到电驱、从人工操作到一键式操作、从单机到集群、从陆地到海洋，石化机械以“智造大国重器服务能源安全”为职责使命，以高端化、绿色化、智能化压裂装备引领能源开发的技术变革。
6月6日，樊页2HF井组迎来第40段压裂施工，负责指挥的王晨星下达加砂指令，操作人员在电脑屏幕上轻轻松松完成加砂量调整。
“几年前，想都不敢想。”王晨星对工作环境的变化深有感触，“以前在太阳下施工，一身工衣一身汗；现在在空调房里，颇有‘白领’的感觉。”
从“没人干”到“抢着干”，背后是页岩油智能压裂装备的升级。为更好满足页岩油开发施工需要，胜利石油工程井下作业公司先后引进5000型电驱压裂橇、电驱混砂橇、140兆帕远程控制高压管汇等装备，现场设备自动化、智能化水平显著提升。
作为现场应用的受益者，井下作业公司压裂五中队经理朱国菘感触最深的是，实施工程人员少了近一半，施工强度降低了，压裂质量和速度却显著提升，也更安全环保。
与传统柴油驱动相比，电动装备动力更足，用更少压裂车便能满足施工需求，降低了对现场空间的需求。
朱国菘介绍，柴驱车组每压裂1段，需耗费约6吨柴油，频繁的加油工作量和设备维护工作，使得两段压裂间隔近3小时，加之噪声高，夜间施工受限。
电动装备每天施工段数则实现翻番，在五六段。在樊页1扩试验井组压裂施工中，创下了国内东部油区页岩油水平井施工总液量、加砂量最大，以及单日压裂施工7段的高指标、新纪录。
施工现场的数字控制中心内，实施工程人员在电脑内输入相应数据，就能精准地自动调节排量、砂比、化工料量等参数。“以往通过手动调整，势必有响应误差，在某些特定的程度上影响实施工程质量。”朱国菘说。
页岩油井组普遍采取“拉链化”压裂，几口井同步压裂，减少等停环节，效率更加高。而现场三四十个闸阀，一旦开关错误，便会导致工程事故。新装备的液控系统，内含逻辑控制元件，大幅度减少误操作的概率。
压裂井场几十公里外的井下作业公司研发技术中心内，副经理袁浩文依托压裂远程支持决策系统，紧盯大屏上压裂曲线的各项参数，与现场时刻保持对话：“压力异常升高，需灵活调整施工排量、加砂浓度、压裂液性能等参数来确保压裂施工安全平稳。”
目前，该系统正在稳步运行中，实现一名专家为多个施工现场提供技术服务。“随着决策系统不断迭代升级，实现前方指挥部后移、多线程支撑多个现场，为智能化压裂做好技术探索。”袁浩文表示，智能压裂装备和数字化决策可有效助力页岩油井获得高产。
“焦页9-11HF井前14段压裂的裂缝扩展情况良好，改造裂缝均达到了目的。可根据设计进入下一段压裂施工……”
在江汉油田产建管理中心一体化压裂决策中心办公室，江汉油田工程院储层改造所所长张凡根据监控系统传输的生产信息，得出了施工顺利的结论，随后下达生产指令。
新增添的智能监控系统，让远程指挥人员仿佛有了“透视千里眼”。其主屏宛如“压裂管理中枢”，利用三维地质建模与实时数据融合技术，采用“机理模型+大数据训练”形成了两种裂缝扩展模型，实现了在压裂过程中快速拟合井下裂缝三维形态，如同为远程指挥人员安上，在行业内率先实现了“从看着曲线指挥到看着裂缝指挥”的转变；副屏则作为“现场监控中心”，接入了现场视频监测系统和仪表远传控制管理系统，通过高清视频与传感器网络，实时展示压裂现场的设备正常运行状况、关键参数及施工画面，实现压裂作业全方位可视化管控。远程监督人员可在线判断供液、供砂情况，判断排量是否有富余，功率是不是正常，进而把装备的能力发挥到极限。当决策中心需要下达调整指令时，就能够最终靠5G传输对讲系统，将指令第一时间传达至现场。
此外，新建立的三维动态地质模型就像向导，能找到页岩气富集区。借助这个模型，压裂施工前可以设计新井的井眼轨迹，明确风险点，锁定最佳“甜点”区，更好地开展地下岩石新裂缝的设计工作，让新缝、老缝和天然裂缝相互连通、协同作用，形成一个高效的裂缝网络系统。
以往评价压裂效果需要先录取资料再计算，要四五个小时。现在“动态监测+量化评估体系”可通过微地震、广域地磁、光纤监测等监测技术的应用，形成对模拟结果的相互印证，可以实时看到井下裂缝的延伸方向和高度，为压裂调控提供更全面的决定依据，对压裂效果实时评价。
目前，涪陵页岩气田智能压裂系统已成功打通中国石化工程院实时裂缝模拟与中国地质大学（武汉）三维模型的数据通道，实现了多源数据的深层次地融合与共享。同时，5个压裂施工平台模型已完成云端部署，有关人员可随时随地调取生产数据来进行分析研究。
涪陵页岩气田智能压裂系统的成功应用，标志着我国页岩气井压裂技术向智能化、数字化迈出重要一步。
我国石油工业发展初期，压裂装备依赖进口，核心技术被国外垄断长达30余年。1989年以来，石化机械四机公司先后成功研制700型、1000型、1800型压裂装备，彻底打破了国外技术垄断。刚研制成功的最新一代连续满载数智化全电动压裂装置标志着我国压裂装备已经达到了国际领先水平。
最早的压裂装备都是人工操作的，设备的启动、混砂、配液都由人工启停。2006年后，四机公司与国内高校合作，研究数字化成套压裂装备系统集成技术，开发了2500型成套压裂装备，将数字化技术引入压裂作业，实现了压裂装备的部分单机自动化、主体设备的集中控制、基本的数据采集和监控。但此时的数据处理和分析能力有限，主要用于简单的工况判断和安全预警。
为满足深层、超深层油气藏及非常规油气开发需求，压裂装备向多功能集成化、智能化、绿色化方向迭代发展。石化机械研制了兼顾节能环保、高效率和安全性的世界首台（套）5000型电动压裂装备，单机最大输出功率达5000马力。该装备通过电机直接驱动，取消柴油机、液力变矩器和变箱速配置，装备国产化率由50%提升到95%。同时，搭载了石化机械四机赛瓦公司自主研制的SOFElink系统，分析压裂施工数据，优化施工参数和流程，实现压裂液的快速配制和供应，体现模块化、少人化，降低作业成本、缩短施工周期。这一阶段的压裂装备为进阶数智化压裂装备提供了更多的参考。
近年来，石化机械采用国际主流的五缸压裂泵结构，将压裂作业中的多种功能集于一体，如混砂车、压裂车、仪表车等设备的一体化设计，减少设备的数量和占地面积，提高井场的空间利用率和作业的协同性。在同等压裂规模下，压裂装备数量减少25%以上，解决了压裂装备数量多、功率提升难的问题，性能指标达到国际领先水平。借助5G、物联网等通信技术，实现对压裂装备的远程实时监控和故障诊断。操作人员可以在远离井场的控制中心对设备进行远程操作和管理，减少现场工作人员数量，降低劳动强度和作业风险。通过数据分析和预测性维护技术，设备故障，及时进行维护和保养，提高设备的可靠性、延长使用寿命。
未来，基于大数据分析和机器学习算法，压裂装备将具备更强的智能决策能力，系统可以对大量的历史压裂数据和实时施工数据做多元化的分析，为不同的油气田区块、不同的地层条件提供个性化的压裂方案。
在油气开发领域，压裂技术作为释放地层潜能、提升油气井产量的核心手段，正经历从经验驱动向数据驱动的范式转变。随着人工智能、物联网等新一代信息技术深度应用，全球油气行业正快速推进压裂作业智能化进程，加速构建涵盖井下、地面、作业中心的自动化、智能化压裂技术体系，预期打造出压裂方案“一键式”设计、压裂风险超前预测、压裂施工智能优化决策与全电动压裂装备智能调控的闭环控制管理系统。当前，该技术整体处于学术性研究向工业级应用的过渡阶段，有着广阔的发展前景。
2020年后，国际油服公司相继推出了集监测、预警、调控于一体的智能压裂操作系统及装备，包括哈里伯顿的SmartFleet、斯伦贝谢的StimCommander、贝克休斯的CyberFrac等，压裂簇裂缝均匀性提高30%，单井完井成本降低25%，产量提高20%。国内以中国石油、中国石化为代表的石油公司已建立了远程技术决策中心，具备智能压裂实时数据传输、监测、分析与优化的基础条件，但智能压裂研发技术与应用总体仍处于起步阶段。
2024年，工程院联合物探院、机械公司、江汉油田、、国勘公司等单位，聚焦“非常规油气藏压裂智能优化技术及装备研发”，针对储层改造技术“压前-压中-压后”全链条，初步搭建了集基础数据采集、处理、分析、优化及调控于一体的全场景智能压裂云平台，在智能压裂设计、智能施工决策、智能监测解释、智能压裂装备等方面取得了阶段性进展。
智能压裂云平台由4个子系统构成，压裂设计辅助优化子系统相较传统设计流程，不仅提高了压裂设计的科学性，而且节约了80%的人工时间；压裂智能施工辅助决策子系统初步实现了压裂“可视化”，能提前预警砂堵等风险并给出科学决策；压裂智能监测解释子系统实现压裂现场簇级精度的进液进砂量实时精准计算，且形成了压裂现场实时监测解决方案；压裂智能控制子系统构建了压裂全链路远程集控平台，实现压裂机组排量一键设定及智能调控，实现作业现场无人化操作。
当今石油工业已步入软件智能化及装备高端化升级阶段。构建压前-压中-压后全生命周期的“数据采集-智能设计-智能决策-指令执行”全链路闭环，开发融合物联网感知、协同决策与群智控制等技术的地面-地下实时调控及预警一体化平台，是智能压裂技术的未来发展趋势。大型语言模型有望成为石油勘探开发行业全面数字化转型的助推器，下一步可依托长城大模型构建压裂知识图谱，探索大语言基座模型在压裂业务垂直场景落地的可行性，建立全生命周期数字孪生模型，构建压裂实时决策智能体，进一步突破传统人机交互效能瓶颈，同时，需加快集约化智能压裂机组研制，通过攻关大功率设备集成技术，开发高性能供砂、混砂及管汇装置，通过软硬件交互耦合，实现成套装备集约化和智能化。
