DQG5170TGY調剖供液車的研制

高春宏

（大慶油田裝備制造集團，黑龍江大慶 163411）

0 引言

目前國內大多數油田所用的調剖液配制注入系統多在各采油廠原有配注站基礎上建立，存在外形體積大、結構不合理、設備維護成本高等缺點。在施工過程中，所有的配料過程均是采用人工用秤稱量的辦法來完成，耗時費力，操作起來也很難保證配比精度，混配效果不好。并且調剖液的注入過程需要人工搬動各個閥門進行各裝置之間的流程轉換，這給操作者帶來了很多不必要的麻煩。針對以上情況，為了適應油田調剖作業的裝備需求，改善調剖作業人員的工作環境，開發研制了DQG5170TGY調剖供液車。該車結構緊湊，配液效果好，舒適便捷，可以隨時調整配注方案和配注地點，實現連續調剖作業。

DQG5170TGY供液車一般與調剖配注控制車配合進行整套調剖作業。調剖供液車主要是把調剖配注控制車混合后的調剖液輸送到攪拌罐體中，繼續進行攪拌、熟化，進而實現更好的調剖作業效果，提高油田采收率。同時，該車還負責將水罐車的低壓水增壓至3～5 MPa而后進入調剖配注控制車射流混配，給調剖配注控制車提供高壓混配水的來源。

1 整車概況及工作原理

DQG5170TGY調剖供液車是在解放汽車二類底盤基礎上裝有三個不銹鋼熟化罐和高壓水泵送設備的油田專用車。供液車設備操作由電路控制系統、液壓系統、攪拌系統及機械傳動系統來實現[1－3]。施工作業時通過在調剖供液車下部安裝的螺桿泵將調剖液導入到車內三個罐內進行熟化攪拌，并依次進行混配、熟化和注入，保障調剖液在熟化罐內不間斷地循環注入[4－5]。該車能夠通過電控閥門自動轉換來控制各熟化罐混配、熟化和注入過程，并與調剖配注控制車配合使用保證油田調剖作業。

1．1 整車主要部件

底盤車：解放CA1250P2K14T型J08E發動機6×6，一臺。高壓水泵:BHS200型，兩臺。不銹鋼螺桿泵：G70－1型，一臺。液壓柱塞泵：HPR165D－02R型，一臺。攪拌馬達：XM052007GD40L，三臺。高壓水泵馬達：XM051507GD40L，兩臺。螺桿泵馬達：XM051157GD40L，一臺。不銹鋼熟化罐：容積7 m3，三個。

1.2 主要技術指標

1）最大注液排量為18 m3/h；2）液壓系統額定壓力為10 MPa；3）固體介質的配料均勻度誤差小于5%，液體介質的配料均勻度誤差小于3%；4）攪拌器轉速在25～150 r/min之間可調。

2 結構特點

DQG5170TGY調剖供液車是將所有設備安裝在平臺上，用U型螺栓固定在車輛底盤大梁上。從車輛分動箱主軸上取力驅動液壓變量泵，為高壓水泵、螺桿泵、攪拌器等提供動力。整車主體由三個7 m3不銹鋼熟化罐和管匯閥門組成，不銹鋼螺桿泵入口、熟化罐出口設有4″由壬接口與調剖配注控制車連接。在工作時每個熟化罐使用容積7 m3，首先預混兩罐，當混配第三罐時，開始向井下注已熟化好的第一罐，然后一個混配罐和三個熟化罐依次進行配注，可以實現混配、熟化、注入連續不間斷作業，直至完成整個調剖作業。

DQG5170TGY供液車主要由底盤部分、熟化罐體、液壓傳動系統、攪拌系統、控制系統、管匯閥門、罐體清洗裝置等組成，如圖1所示。

2.1 底盤

圖1 DQG5170TGY供液車

DQG5170TGY調剖供液車選用解放CA1250P2K14T（4700）J08E 發動機6×6平頭柴油二類汽車底盤,發動機功率210 kW。

2.2 熟化罐體該車安裝

三個7 m3熟化罐，熟化罐體和連接管路均采用不銹鋼材質，閥門采用內襯不銹鋼防腐電氣控制閥門；施工作業結束后附屬管件圍繞固定在調剖供液車的罐體外面，設計可以疊放排列14 m長的管件6根。

2.3 控制系統

為保證作業流程轉換順暢，同時減少工人勞動強度，根據不同井況調剖配注流量的要求[6-8]，該車設計了閥門轉換控制系統及環保作業監控系統。在調剖現場作業過程中，由于操作者失誤或設備故障都可能導致調剖液的過量溢流到罐體的外面，有時管線的安裝泄漏在不被發現的情況下也可能造成施工現場的地面環境污染，考慮到綠色環保調剖作業的需要，該車設計了罐體液位自動控制和自動檢查泄漏的環保作業監控系統。

2.4 罐體清洗裝置

調剖作業施工完畢，需要將三個熟化罐內部余留的調剖液清洗干凈，這部分工作如果采用人工完成，需要施工人員爬到罐體頂部，很不方便，工作效率也較低。為了更好地清洗罐內殘余液體，在每個罐內設計了分布排列的噴嘴。通過高壓水泵控制清洗管路閥門，進而對各個罐體進行清洗，不僅極大地降低了工人的勞動強度，也符合油田節能環保的要求。

2.5 管匯

管匯及其連接配件不銹鋼制成，防腐性能好，對人體、環境沒有負面影響。通過在管匯上安裝的注聚閥和混配閥實現罐內調剖液的控制轉換。

2.6 混配攪拌系統

在調剖作業中，由于調剖液黏度較大，如果結塊將很難打散，所以必須要求混配過程迅速、均勻。根據現場工況要求，該車通過使用高壓水泵，將水加壓后送入射流器，形成負壓，將聚合物藥劑吸入高壓水流中，并通過濃漿泵將混合液輸送至熟化罐中[9-11]。在熟化罐中使用攪拌器對混合液進行充分攪拌從而達到油田調剖施工要求。

2.7 液壓傳動系統

本車的液壓系統由負載敏感變量泵、電比例多路換向閥組、柱塞馬達及液壓附件等組成開式循環回路。液壓油箱安裝在車輛前部，便于液壓系統吸油管路的進油，也利于高壓水泵、螺桿泵和攪拌馬達的動力泵的管路連接。

工作原理：通過車輛底盤發動機的分動箱取力，將動力傳遞給負載敏感變量泵，通過電比例多路換向閥組選擇控制液壓馬達運轉和調節液壓馬達轉速的快慢。通過多路閥手柄轉換選擇同時或分別控制濃漿泵，高壓水泵，攪拌裝置。其控制方式采用電比例控制和手動控制兩種多路閥組方式。液壓馬達的轉速通過調節多路閥組的角度控制（攪拌器轉速在25～150 r/min之間可調）。負載敏感變量泵可以根據負載大小不同，通過壓力口自動調節并控制變量泵的液壓油的輸出流量，減少液壓系統做無用功而產生熱量造成系統升溫。

為了方便實行PLC可編程邏輯控制器自動控制，我們選擇電比例調速控制，通過電流信號的大小來改變變量泵的排量，從而調整調剖作業的壓力和流量參數。系統壓力的設定由多路閥組的溢流閥來實現調壓控制，當系統壓力超過設定值時則卸荷回到油箱。

3 液壓系統主要元件的選型計算

針對DQG5170TGY調剖供液車液壓系統的工作原理及工況要求，簡單介紹了本車液壓系統的主要元件的選型計算過程。

3.1 液壓馬達性能參數計算及規格型號的確定

3.1.1 螺桿泵馬達

1）計算液壓馬達的負載轉矩。根據螺桿泵對應Pmax=22 kW的電動機功率，最大轉速nmax=960 r/min。計算如下：

2）計算馬達的排量。液壓馬達排量根據下式決定：

式中：壓差Δpm=18 MPa=18×106N/m2；ηmin=0.92。

3）計算馬達的流量。

式中：Vm為液壓馬達排量，m3/r；nmax為液壓馬達的最高轉速。

4）螺桿泵馬達型號確定。型號為XM05 1157G D40 L柱塞馬達;排量為116 mL/r;額定轉速為700 r/min;額定工作壓力為25 MPa;峰值壓力為40 MPa;峰值功率為55 kW。

3.1.2 高壓水泵馬達

1）計算液壓馬達的負載轉矩。根據高壓水泵對應最大功率Pmax=20 kW；最大轉速nmax=550 r/min。計算如下：

2）計算馬達的排量。液壓馬達排量根據下式決定：

式中：壓差Δpm=18 MPa=18×106N/m2；ηmin=0.92。

3）計算馬達的流量：

式中：Vm為液壓馬達排量；m3/r；nmax為液壓馬達的最高轉速。

4）高壓水泵馬達型號確定。型號為XM05 1507G D40 L柱塞馬達；排量為151 mL/r；額定轉速為650 r/min；額定工作壓力為25 MPa;峰值壓力為35 MPa;峰值功率為55 kW。

3.1.3 攪拌馬達

1）計算液壓馬達的負載轉矩。根據攪拌馬達對應最大功率Pmax=7.5 kW；最大轉速nmax=150 r/min。計算如下：

2）計算馬達的排量。液壓馬達排量根據下式決定：

式中：壓差Δpm=18 MPa=18×106N/m2；ηmin=0.92。

3）計算馬達的流量。

式中：Vm為液壓馬達排量，m3/r；nmax為液壓馬達的最高轉速。

4）攪拌馬達型號確定。型號為XM05 2007G D40 L柱塞馬達；排量為191 mL/r；額定轉速為650 r/min；額定工作壓力為25 MPa；峰值壓力為35 MPa；峰值功率為55 kW。

3.2 液壓泵的性能參數計算及規格型號的確定

1）確定液壓泵的最大工作壓力。液壓泵的最大工作壓力設定在Δpmax=18 MPa。

圖2 DQG5170TGY調剖供液車液壓系統原理圖

2）確定液壓泵的最大流量。液壓泵所需流量應包含各個馬達所需流量、溢流閥的最小溢流、各個元件的泄漏量的總和，另外還要考慮泵的效率降低引起的流量減少量（通常5%～7%）取容積效率ηmin=0.92。變量泵流量要達到3個攪拌馬達、1個濃漿泵馬達、2個高壓水泵馬達的流量需求的總和，總計應該是：

式中：K為系統泄漏系數，一般取1.1～1.3。

3）確定液壓變量泵的排量。液壓泵的輸入轉速我們設定在n=1300 r/min，則

確定液壓系統變量泵型號為HPR165D-02R液壓軸向柱塞泵；排量為2×165.6 mL/r；額定轉速為2100 r/min及以下;額定工作壓力為25 MPa峰值到42 MPa;峰值功率為55 kW。

4 現場試驗

調剖供液車的樣車于2012年4月27日在采油五廠作業大隊調剖液配制站進行了聚合物現場混配試驗，順利完成配液60 m3。并于2012年5月至2013年11月分別在采油五廠11區-4-256水井和采油五廠杏10-1-336水井進行了現場混配和現場注入的聯合調剖作業試驗。調剖供液車在整個施工過程，車輛運行平穩，聚合物現場混配效果良好，調剖后注入壓力15 MPa符合作業要求。

5 結 語

目前各高含水油田都在嘗試、推廣調剖堵水工藝，DQG5170TGY調剖供液車正在逐步替代原有傳統配注裝置，成為油田調剖作業的重要裝備。該車是集機、電、液控制于一體的新型裝備[12-15]，可以減少調剖作業過程中繁雜的操作程序，提高工作的效率。并且配液效果好，移動方便，為油田中后期開發提供有效的裝備保障，是將來油田調剖作業發展的新方向。