压裂泵的三缸泵与五缸泵技术、性能比对分析

压裂泵的三缸泵与五缸泵技术、性能比对分析

本文是对压裂泵的技术研究，主要目的是为准备装配压裂泵的公司提供一个技术投资参考， 使投资压裂泵的技术投资人根据本公司的压裂项目的技术环境，做出一个科学、合理、经济的决策。

一、结构设计：

1、三缸泵：采用卧式三缸单作用往复式结构，核心由动力端（曲轴、连杆、十字头等）、液力端（泵头体、柱塞、阀组等）及润滑系统组成。曲轴曲拐呈 120° 均匀分布，通过三个柱塞交替往复运动实现流体输送，结构相对简单，动力传递路径清晰。

2、五缸泵：相比三缸泵增加两个液缸，采用五缸往复式结构，动力端包含集成式曲轴箱、五曲拐曲轴、连杆等，液力端与三缸泵类似；曲拐偏角为 72°，通过多缸协同工作提升流体输出连续性。部分型号采用外置式行星齿轮减速箱等优化设计，结构紧凑性优于三缸泵。

二、压力指标：

1、三缸泵：覆盖中高压范围，适配 105MPa 高压工况的 SJ3000 型三缸压裂泵，可满足深井、超深井压裂需求；中压型号（如 3ZB-50/80 型）最高工作压力 50MPa，适配常规油气井作业。

受 120° 曲拐偏角影响，柱塞交替工作的周期性差异大，压力波动显著，通常为 28%；在 105MPa 高压下，波动对管路系统和压裂液稳定性影响更突出，易增加砂堵风险。

2、五缸泵：高压性能优异，HW5500 型五缸压裂泵最高工作压力可达 105MPa，通过高强度泵头体和优化动力端设计，稳定承受高压载荷，适配页岩气、深层油气藏开发。
72° 曲拐偏角使柱塞工作相位更均匀，压力波动仅 8%；配备高效空气包后，波动幅度可降至 3%，在 105MPa 高压下仍能保持压裂液输送稳定性，尤其适合水平井分段压裂等高精度场景。

三、排量指标：

1、三缸泵：排量受结构限制，SJ3000 型（105MPa）最大流量 21.8BPM（桶 / 分钟）；中压型号（如 3ZB-40/100 型）最大排量 100m³/h，满足常规井段需求。

排量与压力关联性显著，接近 105MPa 高压时，受动力端负载限制，排量会出现衰减，需平衡压力与排量参数。

2、五缸泵：缸数优势带来更大排量，HW5500 型（105MPa）最大流量达 36.7BPM，显著高于同压力等级三缸泵。
    相同功率、冲次及柱塞直径下，排量为同规格三缸泵的 1.66 倍；高压（105MPa）下仍能保持大排量，满足页岩气水平井大规模加砂作业需求，减少施工效率损失。

四、功率与效率：

1、三缸泵：功率覆盖 1600 马力（1176kW）、2000 马力（1471kW）等规格，SJ3000 型（105MPa、21.8BPM）以 2000 马力为主，通过优化传动效率平衡高压负载与排量输出，避免功率不足导致的作业中断。

泵效相对较低，能量损耗主要源于振动和压力波动。

2、五缸泵：以大功率为主，HW5500 型功率达 2400 马力（1775kW）、3000 马力（2237kW），3000 马力型号参考武汉博汇同级别产品，可在 105MPa 高压下保持 36.7BPM 大排量连续输出。

结构优势（振动小、损耗低）提升功率利用率，105MPa 高压与 36.7BPM 排量协同作业时，效率比三缸泵高 8%-10%，更适应高强度压裂需求。

五、总和与冲次：

1、三缸泵：冲程适配功率与压力，SJ3000 型（105MPa）冲程 305mm，兼顾高压下的排量输出；中压型号（3ZB-40/100 型）冲程 190mm，通过缩短行程降低动力消耗。

额定冲次（spm）协同设计：SJ3000 型（2000 马力）为 120spm，避免高冲次加剧柱塞磨损；中压型号冲次可达 165spm，通过高频往复弥补小冲程排量短板。

2、五缸泵：冲程优化适配高压大排量，HW5500 型（3000 马力、105MPa）冲程 300mm，略短于同功率三缸泵，通过五缸协同在相同冲次下实现更大排量。

冲次稳定性更优，HW5500 型额定冲次 117spm，虽低于三缸泵中压型号，但高压大排量下，因受力均匀，柱塞与密封件磨损速率降低 20%，适应长时间连续作业。

六、尺寸与重量：

1、三缸泵：外形尺寸较大，SJ3000 型（2000 马力、105MPa）长 × 宽 × 高为 5800mm×3100mm×3200mm，横向宽度超 3 米，运输可能需要拆卸侧护板。

重量较高，SJ3000 型（不含附属设备）约 46000kg，因高压需求采用厚壁钢材，增加了转场难度。

2、五缸泵：结构优化使尺寸更紧凑，HW5500 型（3000 马力、105MPa）长 × 宽 × 高为 5200mm×2900mm×2800mm，横向宽度＜3 米，无需拆卸即可运输。

重量控制更优，HW5500 型约 38000kg，比同压力等级三缸泵轻 17%；2400 马力型号约 32000kg，比同功率三缸泵轻 10%-15%，转场便利性显著提升。

七、活塞（柱塞）特性：

1、三缸泵：柱塞直径适配压力与排量，SJ3000 型（105MPa）有 120mm（侧重高压）、140mm（侧重排量）规格。

运动速度较快（平均 0.12m/s），因冲程长（305mm）、压力波动大，柱塞与密封件磨损快，105MPa 高压下平均寿命 80-100 小时，维护频率高。

2、五缸泵：柱塞直径覆盖 130mm、150mm、170mm，HW5500 型以 150mm 为主，既保证大排量（36.7BPM），又通过五缸分摊压力降低单缸负载。

运动速度较慢（平均 0.11m/s），冲程短（300mm）、压力波动小（8%），磨损速率比三缸泵低 30% 以上，105MPa 高压下寿命达 120-150 小时，维护成本更低。

八、振动与稳定性：

1、三缸泵：流体波动大，设备振动明显，尤其 105MPa 高压下，易导致零部件损伤，降低可靠性，需额外采取减震措施。

2、五缸泵：72° 曲拐偏角减少流体波动，振动显著降低，可延长整机及管汇系统寿命，高压大排量下运行稳定性远超三缸泵。

九、易损件寿命：

1、三缸泵：振动和压力波动导致柱塞、阀座等易损件寿命短，维护成本高。

2、五缸泵：运行平稳，易损件受力均匀，寿命比三缸泵高约 30%（如宏华五缸泵数据），维护频率低。

十、适用工况对比：

十一、适用井型对比：

十二、适用区域对比：

十三、说明

本文参数基于行业典型压裂泵型号（如 SJ3000 型、HW5500 型）及公开技术资料，压力、排量、功率等指标均针对 105MPa 级高压压裂场景设计，确保与页岩气、深层油气开发等实际需求匹配。结构特性分析结合往复泵力学原理，对比数据反映三缸泵与五缸泵的核心技术差异，为设备选型提供参考。