【摘要】针对当前压裂施工排量大，压力高的施工特点，通过对压裂机组使用情况，与新进压裂机组的比对情况以及柱塞密封副试验，从压裂泵方面制定出改进方案，集成压裂泵车、仪表车、混砂车功能，满足当前施工需要，为油田生产提供适合工艺要求的设备。
　　
【关键词】水力压裂 压裂机组 改进
　　
近年来，水力压裂施工技术得到迅速发展，在油气田勘探开发、生产领域应用广泛。压裂施工是采用多机种共同进行的联合作业，一套压裂机组通常由多台压裂泵车、混砂车、仪表车、管汇以及其他辅助车辆组成，在施工中，混砂车将压裂液和支撑剂混合后，通过地面管汇提供给多台压裂泵车，泵车加压后通过高压管汇汇集注入井内，仪表车对作业全过程进行监控和记录。井下作业公司99年压裂机组由FC1951压裂泵车、MC60混砂车和S1600仪表车组成，整个设备工作系统目前已渐渐不能满足压裂施工，给生产带来一定的影响。
　　
1 压裂机组使用现状分析
　　
FC1951压裂机组已使用多年，属于报废留用设备，设备各部分磨损严重，间隙变大，操作时易造成跑冒滴漏和操作滞后现象。为了提高设备的使用性能和安全性能，针对该机组配置结构和施工中发现的问题，我们借鉴最新引进奔驰压裂机组，对其施工作业部分进行分析研究，确定出压裂泵柱塞密封副改进方案，并予以实施。
　　
2 压裂泵密封副的改进
　　
压裂装置是将混砂系统提供的混砂液进行加压并按照一定的排量输出到排出管汇，主要有动力端、液力端、吸入排出管汇、安全系统、润滑系统、液气路系统等组成。液力端是施工中主要工作装置，它又进一步由柱塞密封副、柱塞、反尔体、反尔座、泵头、扶正器等组成，其中柱塞密封副是关键零件之一，也是主要易损件，它的密封好坏与使用寿命的长短直接影响压裂作业的正常实施。在施工作业中发现，柱塞密封副常因为磨损造成密封失效，产生泄露，从而造成泄漏的压裂液窜入动力端，使曲轴箱内润滑油严重变质，失去润滑作用，一些关键零件严重磨损、烧蚀、腐蚀。密封副材料为单一夹布橡胶，耐磨、耐压、耐温性能都比较差，抗腐蚀能力也较弱，使用寿命短。从密封副失效分析来看，可分为永久变形、偏磨、疲劳磨损等形式，其中由于耐温性能差引起的时效最为明显。
　　
上图1为压裂泵腔内密封副工作图，由图可以看出：其中第二道盘根主要起支撑作用，它要求有较高的抗压缩强度，目前普遍使用酚醛树脂塑料材料在实际生产中损坏的几率很小。第三道盘根在泵头的高压腔和第一道盘根之间，主要的作用是密封和清除柱塞上黏附的压裂液，由于无防护地暴露在携砂液的高速冲刷之下，所以经常损坏，要提高其使用性能就需要材料能承受一定的压力，还要具有较好的耐磨性，一定的耐酸碱腐蚀性。第一道盘根位于第三道盘根和油道之间，主要的作用是密封和清除柱塞上剩余润滑油，将油道和泵腔分隔开。由于紧贴着第二道盘根，所以要提高其使用性能就需要材料能承受一定的压力，还要具有较好的耐磨性，较好的耐油性（见表1所示）。
　　
常用的丁晴橡胶材料制造的密封副在生产中损失率非常高，并能影响施工，导致施工延误。从上表可以看出氢化丁氰和聚四氟乙烯两种材料的物理性能都比丁晴橡胶强，但是化学性能稍有差异，氢化丁氰耐压、耐油，而聚四氟乙烯耐磨、耐压、耐高温、耐腐蚀，实验验证步骤如下：
　　
（1）氢化丁氰材料和聚四氟乙烯材料的新盘根以及2个丁晴橡胶材料新盘根，分别测量其重量和尺寸（内径×高）。
　　
（2）分别将氢化丁氰和聚四氟乙烯材料新盘根放入装有0.1%的HCl溶液和G3-L潤滑油中，并放入丁晴橡胶材料新盘根做参照。
　　
（3）浸泡24小时后再分别测量其重量和尺寸。
　　
聚四氟乙烯耐腐蚀实验：
　　
取丁晴橡胶材料和聚四氟乙烯材料新盘根2个，分别测量其尺寸和重量，然后浸泡于0.1%的HCl溶液中24小时，测量结果如下2所示：
　　
由表2可看出聚四氟乙烯耐腐蚀性能比丁晴橡胶强，更适合当前工况。
　　
氢化丁氰耐油实验：
　　
取氢化丁氰材料和丁晴橡胶材料新盘根2个，分别测量其尺寸和重量，然后浸泡于G3-L润滑油中24小时，测量结果如下表3所示：
　　
可看出氢化丁氰耐油性能比丁晴橡胶强，更适合当前工况。
　　
所以，根据分析决定用氢化丁氰材料作第一道盘根，用聚四氟乙烯材料第三道盘根。
　　3 使用效果
　　
FC1951压裂机组施工系统改进后，现场使用效果很理想，成功解决密封副失效的问题，系统故障率从11%降到1.8%。