探析2500 型壓裂車電氣自動控制系統的設計與應用

葉定兵，張洪光，高洪山，馬程，苑承波

（渤海石油裝備制造有限公司中成裝備制造分公司，天津 300280）

壓裂車相關產品，是依照我國油田現場的實際情況，地質環境、施工工藝等相關要求制定的一種高端壓裂裝備，優勢特征非常突出，如壓力比較強、排量和功率大、抗腐蝕性以及耐磨性非常強，可連續持續進行作業。當前，因為對各類油田的開發規模越來越大，導致現場對壓裂設備的施工作業提出了非常嚴格的要求。在國際上，壓裂設備的發展方向越來越向多功能以及自動化方向發展，我國為了跟上國際發展腳步，對壓裂設備進行一系列的研究，其中50-140MPA 的壓裂車研究成功，為油田的施工作業產生了巨大的促進作用，但很多技術還需要進一步完善，與國際水平進行比較，還有很大的上升空間。

1 壓裂車2500 型簡介

2500 型壓裂車的成功研發，使我國的技術更加適應國際市場的需求，對于在特殊條件下非常規能源的開采有了重大突破，可對其進行有效開采，所以對該壓裂車已經進行了生產和推廣，取得的效果十分理想。2500 型壓裂車中的電氣自動控制系統，包括車臺遠程啟動互鎖、遠程啟動發動機以及車胎遠控雙停機等很多新興功能，受到了使用者的高度好評。

1.1 結構分析

2500 型壓裂車的組成有2 大部分，其一為底盤車、其二為上裝設備。在底盤車中，除了具備將整車進行移動的功能以外，還為發動機啟動液壓系統提供了動力；在上裝設備當中，屬于壓裂車進行作業的部分，其構成會更加復雜一些，包括電路和氣路系統、液壓和控制系統等。

1.2 壓裂車的具體工作原理

壓裂車在工作過程中，會利用發動機驅動車臺發動機對馬達進行啟動，是車臺發動機進行運轉，產生相應的動力，以便利用液力傳動箱以及傳動軸對壓裂泵的動力端傳動動力，這樣壓裂泵在動力驅動的作用下進行運轉；壓裂液又混砂車供給，利用吸入管將壓裂泵吸入，以此實現增壓的效果，之后在高壓的環境中，依著管道排入井下實施相應的壓裂工作。

2 電氣控制系統設計

2.1 本地制動控制箱

本地制動控制箱的安裝，通常情況下會在駕駛室的左側，可進行單機作業以及2 臺和2 臺以上設備的聯機作業。在實際應用的過程中，本地制定控制箱可以啟動和停止作業車，并調整檔速，使壓裂泵以傳動箱等功能部件產生的變化適時安全預警，實現了超壓保護等相關功能。在開始作業前，需要使用數據線串聯好不同的設備，以便設備之間能夠形成操作壓裂車作業的環形網絡，利用該網絡可以對發動機、傳動箱等參數和信號進行雙向共享。并且可結合實際的作業流程，聯機操作單車或者多車編組。但是，在正式操作前，要結合相應的作業要求，對具體的工作流程進行分階段編制，這樣才能更好地實現壓力的自動化控制等工作。在正式進行作業的過程中，還可借助在控制箱當中的數據采集口，與計算機系統進行連接，以便對聯機作業參數進行采集和打印，其中可以通過儀表車將該項工作完成。

在電氣控制系統當中，本地制動控制箱屬于非常核心的系統，其中包括了控制電氣的元件、信號的輸入和輸出以及相應的控制命令。在制動控制箱當中，還存在不同的端子以及繼電器，交換機、PLC 以及信號處理設備等。在該箱體的一側會安裝插座，并且在控制箱中，相應的接線都會有具體的標識。同時，該箱體還有防潮和防震的功能。

2.2 臺上儀表箱

該儀表箱中的控制以及開關、儀表等都有相應的中文標識，一般會在車臺的左側對儀表箱進行固定。臺上儀表箱可應用于對液路儀表以及氣路儀表的安裝工作，其中包括：

大泵油壓表：利用直感的形式，對壓力泵動力端潤滑油壓的實際大小進行指示。

傳動箱油壓表：利用直感的形式，對傳動箱潤滑油壓的實際大小進行指示。

傳動箱油溫表：利用直感的形式，對傳動箱潤滑油溫的實際大小進行指示。

發動機油壓表：利用直感的形式，對發動機潤滑油壓的實際大小進行指示。

發動機水溫表：利用直感的形式，對發動機潤滑油溫的實際大小進行指示。

啟動油壓表：利用直感的形式，對油泵的油壓高低進行觀察。

風扇主油壓表：可對風扇主油泵的油壓值進行指示。

風扇補油壓表：可對風扇補油泵的油壓值進行指示。

2.3 臺上控制箱

在臺上的控制箱中，有多種電氣顯示儀表以及電氣元件等。通常情況下，會將其在車臺的左側進行固定，為了方便相關的維修和檢查工作，會標記所有的接線以及接頭。其中，面板當中的主要元件有發動機綜合顯示儀、傳動箱綜合顯示儀、氣壓表、電壓表、主控箱電源熔斷器、照明燈熔斷器、控制系統電源開關、加熱器開關、散熱風扇等。

2.4 遠程控制箱

遠程控制箱在實施壓裂作業中應用于距離控制單機的工作，可以由多臺機設備進行聯機操作。因為在實施壓裂作業的過程中，排出口的壓力比較高，存在一定的危險性，應用遠程控制系統可使壓裂車實現遠程采集工作，并完成自動控制。遠程控制系統可針對單臺壓裂車進行換擋、停機等工作，并且還能對不同部件的工作狀態，如傳動箱、超壓報警等數據進行采集。

遠程控制箱中應用的平板電腦，體積不大，所以攜帶十分方便，并且有著防震和防潮的功能，相應的操作界面可以與臺上控制箱電腦設備進行同步使用，并使各個數據利用數據線始終處于連通的狀態中，應用設備的串聯連接產生環形網絡。每臺設備當中的傳動箱以及發動機信號等都可利用網絡實現相互傳遞，這樣便完成了數據之間的共享，并使數據保持在同步的狀態中，使壓裂車及時在高壓的環境中工作，也能確保工作人員的人身安全，避免了安全事故的發生。

3 應用效果分析

針對2500 型壓裂車的實驗，共實施了2 個階段的試驗，共2 個月的試驗時間。實現了很多壓裂工藝，其中包括解堵井以及評價井等。其中，利用在施工現場實施的壓裂作業，對壓力車的性能以及特征進行了全面的驗證分析，其中包括的主要特征有：

（1）2500 型壓裂車在正式作業過程中，輸出的壓力非常理想，排量十分穩定并且充沛，換擋操作十分靈活，有著強勁的動力。在較長時間的作業中，展現出來的穩定性依然很強。2500 型壓裂車體現出來的穩定性，與油氣開采的要求和需求非常吻合。

（2）在壓裂施工作業中，分別針對井口壓力產生變化以及換擋排量產生變化的環境進行了試驗，但無論是壓力還是排量，2500 型壓裂車都展現出了強大的穩定性和可靠性，在對各項指標性能進行采集時，發現每項指標都在規定的范圍當中。此外，在施工當中，2500 型壓裂車還展現出了超強的穩定性，沒有晃動的情況產生。

（3）該壓裂車的越野性能也非常理想，在施工現場路況非常復雜的情況下，展現出驚人的越野能力，有著非常出色的表現，并且動力非常充沛，轉彎的半徑也比較小。

2500 型壓裂車的壓力比較高，排量和功率大、抗腐蝕性以及耐磨性非常強，可連續持續進行作業。并且在實際操作的過程中，有著靈活性和方便性的特征，功能強大、完善，具備一定的越野能力?？蓾M足路況復雜，大排量以及超高壓的環境作業需求，是非常成熟穩定的壓裂車。

4 結語

總之，2500 型壓裂車設備屬于一種新型的車裝設備，在我國路況環境不好的油田中應用，起到了很大的價值作用，非常適合在崎嶇以及多風沙的道路中應用。2500 型壓裂車的設計和生產應用了當前國際最先進的技術，可滿足長時間的作業需求，并且壓力比較高，排量和功率大、抗腐蝕性以及耐磨性非常強，利用對高端產品的配置，使裝備的能力有了很大的提升，與其他的壓裂車進行比較，工作效率提升了15%左右，是非常理想的壓裂車。