壓裂機組自動控制系統的研究

藍榮平 李丹

(川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司壓裂大隊,陜西咸陽 712000)

壓裂機組自動控制系統的研究

藍榮平 李丹

(川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司壓裂大隊,陜西咸陽 712000)

我國壓裂機組逐漸發展成形，尤其是在特定的石油區域，根據不同的參數和統計，提出了集成壓裂機組的設備，在有效的范圍內完成了單臺及其試壓、酸化、壓裂、防砂等多種工藝流程，減少了工作人員的工作量，使操作更加簡便。我們對壓裂車和儀表進行了深入的研究，經過多年的努力，我國從初期引進設備到引進技術，我國一直面臨著壓裂設備緊缺的問題，并且在壓裂設備上的發展存在著困難，國內在制造業方面不斷的開展研究，不斷提升產品的質量，在原有的基礎上縮短產品研發周期，提升它的技術水平，為此我國在制造業上提出了壓裂機組新的產品開發方向。

壓裂設備 研發目標 自動控制系統 技術改進 壓裂

1 引言

進行壓裂施工需要成套的壓裂設備，其中包括壓裂泵車、壓裂儀器車、一到兩臺混砂車、地面管匯和一些其他的輔助設備。壓裂的施工通過注入高壓流體讓井底的底層產生大小合適的裂縫來填砂，其目的是使油氣的流動性增強，提高油氣的收集率，所以在壓裂設備上不斷的研究發展來提高經濟效益。

2 壓裂機組設備的現狀

石油的開采離不開壓裂設備，我國從二十世紀七十年代開始就開始引進國外的壓裂設備，開始采用水力壓裂酸化施工的工藝，因為美國等西方先進的國家那些壓裂設備比我國的先進，從引進后不僅我國的石油業得到了快速的發展，而且我國的壓裂設備也得到了飛速的發展，通過與他國的交流，我國的壓裂設備也不斷的改進不斷的提升，我國的壓裂作業裝備技術水平逐漸與國際接軌。隨著國內的油田慨嘆不斷發展，開采作業難度和要求不斷提高，施工的工作量漸漸增大，施工要求也不斷提高，以前就是動用更多的壓裂設備來滿足施工要求，這種做法不僅會浪費大量資金和土地，而且不能解決實際的問題。因為我們隊施工的排量和壓力有了更多的要求，對設備的精確度和安全性能要求越來越高，有些部件會出現故障、有效率下降，操作也比較復雜，所以更新和配置更高的設備室當務之急。

3 壓裂機組的系統分析

壓裂機組的系統有7個部分，分別是動力系統、壓裂系統、吸入系統、排出泵及管路、混合罐系統、旋轉輸砂器和控制系統。動力系統是由車臺動力系統和底盤動力系統組成，它的作用是保證泵車的性能，進行冷卻、混砂等工作。壓裂泵系統可以應用型號為32B105-1490型臥式三缸柱塞泵，它的最大輸出功率是1490kw，它的柱塞直徑是152.4mm。吸入系統由吸入泵、吸入管匯、蝶閥等組成，吸入管匯的工作是實現現場車輛的布置要求，滿足酸化施工要求看，酸液通過切換閥直接送到大泵入口，它也具有防酸化功能。排出泵系統的排出砂泵配備可以滿足壓裂泵供液要求，也可以滿足增加施工車的要求。安裝一個放射性密度計可以監控流量和混砂液密度的變化?；旌瞎蘖⑹綌嚢璧幕焐靶Ч容^好，液面的自動控制是一項重要功能，技術上也比較成熟。控制系統實現網絡遠程操作并控制壓裂機組，施工前要輸入各個數據，然后進行自動調整控制，直至完成作業，在各施工階段都可以換成人工控制模式。

4 壓裂機組控制系統的技術改進

4.1 混砂車控制系統的改進

混砂車在施工作業中有著重要作用，它的控制系統是否穩定是否可靠影響著施工的成敗，所以針對此類問題要做一下改進。①通過研究分析，液位控制計和吸入泵反應時間較長，當作業量達到一定數值時，它的控制系統到穩定時間是3～5s。而響應時間長的結果就是出現溢出罐子或者被抽空的現象。為此用新型的雷達液位計替換原有的系統，它的響應時間由原來的3～5s到了2～4s，全程測量的時間僅僅用0.5～1.0s，管線的設計和流入扣的改進滿足了設計要求。②通過反復的研究和測量，我們選住了有效的解決辦法，裝兩個管徑的渦輪流量計或者裝電磁流量計，當然尺寸一定要合適，通過改進誤差由原來2%～5%變成了0.5%～2.0%，輸砂效率的計算誤差由原來的5%～10%變為2%～5%，達到了輸砂控制精度要求。改進后還采用人工神經網絡控制、預測控制優化了系統，性能參數達到了預期測試效果。③電氣系統還增加了計算機控制系統的應急功能按鈕，最快的實現聯動，盡快進行液體補充和液體排出。

4.2 壓裂車控制系統的技術改進

在這一部分我們發現網絡終端不斷的增加網絡的控制反應時間長之間存在矛盾，系統的穩定性差，而且網絡間接也不是很可靠，需要以下的改進。①我們需要將網絡終端數量大幅增加，對網絡結構進行優化和改良，讓單一網絡減少數據的處理量，對網絡控制數量進行擴展，這樣他的響應速度就能提升上來，為此我們將原來硬件配置rockwellslc500換成rockwell logix5000配置，實現了控制的及時效果。②提高網絡連接電纜和焊接工藝的要求，當然這必須要在油田設備原有的使用習慣和方式上來改進，我們做到經過一次開模就壓接成型，從而達到連接要求。③還要做相應的減震處理，計算機系統要控制散熱效果，對環境的溫度進行分析，讓系統在一個穩定的環境中運行，延長工作壽命。

4.3 儀表車控制系統的技術改進

①為了讓網絡獨立的處理數據，我們隊網絡進行了劃分，并且設置分級功能增強他的網絡數據處理敏捷度，在復雜的工作環境中也可以更好地工作，實現了作業的高度集成化和自動化。②另一方面是對通訊的研究，就是無論是在近處還是在較遠的地方甚至在全球都能夠有信號的研究。經過研究我們應用2.4GHz無線信號、3G網絡和衛星通訊，2.4GHz的通訊覆蓋范圍廣，3G寬帶速度快，衛星通訊可以在手機無信號地區使用。

5 結語

隨著國際市場石油的價格和規模的變化，電動技術和自動控制系統在鉆井市場上飛速的發展，許多制造業因此取得了巨大的收益。壓裂機組在國內市場上逐漸被推廣和應用，制造業也將研發重點放在了產品質量上的產能建設上。未來幾年我國的壓裂設備將會有飛速的發展。

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