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杰瑞涡轮压裂车登上《大国重器》 助力国家能源战略

2018-03-07 10:56:12 大众网   作者: 蔡云飞  

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阿波罗涡轮压裂车与其他杰瑞压裂车组在浙江油田页岩气示范区作业现场

近日,由中央电视台打造的八集大型纪录片《大国重器》(第二季)在央视重磅热播,带来大气磅礴的“国之重器”英雄谱。其中,由杰瑞集团自主研发的“阿波罗”涡轮压裂车,作为能源领域的油气装备创新成果为人们所熟知。

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杰瑞制造的世界首台4500型阿波罗涡轮压裂车

振奋人心:“中国制造”破解世界性难题

页岩气是一种蕴藏在页岩层中的非常规天然气,此前,美国的“页岩气革命”对国际天然气市场及世界能源格局产生了重大影响。然而,中国的页岩地质构造极其复杂,页岩气开采地区地表操作环境也相对狭小,开采难度远超过美国。

据悉,美国页岩气矿藏平均井深大都在1000米左右,而中国,至少都超过3000米。有专家形容,我国南方页岩气藏犹如被摔碎的“瓷盘”,深埋在大山中。一些国际油服“巨头”面对中国埋藏深度更大、气藏结构更复杂、保存条件更差的页岩气藏,因理论和技术出现严重的“不适应症”,最后只能退出。

惟其艰难,方显勇毅。在页岩气压裂装备贡献上,当前中国一半以上压裂装备都是由杰瑞集团提供。而根据测算,要想进行页岩气压裂施工,需要每分钟往3000米地下泵送液体约14—18方,需要的泵送压力约80—90兆帕,折合总的储备水功率约5万水马力。要完成这么大马力的任务,至少需要约22台常规2500型压裂车。为了突破更大功率的重器,杰瑞自主研发了世界首台4500型阿波罗涡轮压裂车,重新定义压裂装备。这辆压裂车搭载了5600马力涡轮发动机和全球最大功率的5000马力超级车载压裂泵,还搭配杰瑞工程师为它特制的超高速行星减速箱,单机功率密度大幅提升,将清洁能源页岩气开采效率整整提高一倍。“阿波罗”的横空出世,将中国页岩气开发带入涡轮压裂时代,使我国超越美国和俄罗斯,成为现存涡轮压裂车单机功率最大的国家。

技术创新:多个跨领域首次应用铸就“大国重器”

阿波罗涡轮压裂车是一个跨领域应用的突破,它将可以用在飞机上的涡轮发动机、可以在游艇上使用的高速行星减速箱、当前油田领域水马力最大的车载柱塞泵,完美地结合在一起,做到了“小身材,大功率”,而这每一个关键部件,都代表了所在领域的最高水平。“阿波罗一号”重37吨、10米长的车身,比目前使用的常规压裂车轻、短,只有普通四轴货车的大小,但是他的输出水功率是常规2000型压裂车的2倍多。

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杰瑞装配车间工人正在组装压裂车

高速行星减速箱是阿波罗涡轮压裂车的核心部件。要将涡轮发动机这匹“野马”降服,必须依赖特制的高速减速箱。它将涡轮发动机每分钟16000转的转速,降到十二分之一(即1300转左右),减速箱降低转速的同时,扭矩也自然提升了12倍,这样就可以使涡轮发动机的高速能量转化成柱塞泵的做功动力。齿轮,减速箱的核心部件。这种超高速行星齿轮,最早被用在飞机发动机上,它是调整飞机发动机转速的关键部件。位于齿轮中心的太阳轮,连接着三个行星轮。它们就像太阳系的行星,既有自转、又有公转。和普通齿轮有固定的转动轴线完全不同。超高速行星齿轮的最大优点是结构紧凑、体积小、重量轻、传动平稳、噪声低。杰瑞的工程师们将这种设计用在压裂装备上,这在全球还是第一次。

杰瑞集团副总裁王锋介绍,如果用传统的减速箱,压裂车至少留出一半的空间,但现在,只需要占据压裂车四分之一的区域即可。“阿波罗”车小、动力大的秘诀之一就在这里。在“阿波罗”身上,实现的技术突破有50余项,每一项背后,拉动的都是一个产业的升级。

驯服了涡轮发动机,还有一个关键问题摆在工程师面前,那就是如果没有相匹配的大功率压裂柱塞泵,也将无法发挥设备性能。这也是世界上一直未突破大功率压裂车的主要核心问题。杰瑞石油装备集团生产二部总监薛守坤告诉记者:“柱塞泵是压裂作业的心脏,是将压裂液打入地下的动力系统。而当前,世界上最大的车载柱塞泵只有3500马力,如果要实现涡轮压裂车4500马力功率的输出,还要再研究出更大功率的柱塞泵。5000马力的功率对柱塞泵的材料、结构以及制造精度都提出非常高的要求,其加工、润滑机构的装配精度、动力端部件的配合精度都是微米级控制。如果达不到,在高压力下,不仅会使设备失灵使作业失败,严重的还会引起作业事故。”

为了实现涡轮压裂车4500马力功率的输出,在杰瑞集团国产化设备超过90%以上的制造车间里,工程师们完美地造就了目前世界上最大功率的车载柱塞泵,填补了行业中超高马力柱塞泵自主制造的空白。

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杰瑞压裂车组行驶在四川页岩气地区蜿蜒的山路中

产业突破:杰瑞集团已做好准备迎接“能源新时代”

此前,国土资源部地质勘查司司长于海峰透露,目前四川盆地及周缘的海相地层已累计探明页岩气地质储量达到7643亿立方米,其中重庆涪陵页岩气田累计探明地质储量6008亿立方米,成为北美之外最大的页岩气田。

数据显示,“十二五”期间,我国页岩气勘探开发曾取得重大突破,成为北美洲之外第一个实现规模化商业开发的国家。“十三五”期间,我国经济发展新常态推动能源结构不断优化调整,天然气等清洁能源需求持续加大,这些都将为页岩气大规模发展提供宝贵战略机遇。国家能源局公布的《页岩气发展规划(2016-2020年)》指出,在政策支持到位和市场开拓顺利的情况下,我国力争2020年页岩气产量实现300亿立方米,一个崭新的能源时代将会到来。

业内人士认为,页岩气有条件成为清洁能源增量的“生力军”,“阿波罗”涡轮压裂车的技术突破,将进一步助力国家能源战略实施。随着我国页岩气开发的不断推进,一大批产业链上下游企业茁壮成长,将形成全产业链“千帆竞发”的可喜局面。杰瑞作为油气领域全面发展的企业,也将迎来技术优势快速转化为产业优势的契机。




责任编辑: 张学坤

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