5000型電動壓裂撬控制系統研究

李正勇

摘要：隨著世界油氣勘探程度在不斷提高，條件比較好的常規油氣發現的數量及規模在減少，頁巖氣的開采是當前天然氣勘探和開發中增長最快的領域之一，推動了世界能源格局的深刻變化。要開發頁巖氣資源可能并不難，但要開采頁巖氣則需要有成本高昂的先進技術。大排量、水力壓裂是確保獲得足夠高產量的唯一途徑。制造應用于大型頁巖氣壓裂作業的石油裝備具有戰略意義。目前作業現場操作空間狹窄、控制系統流程復雜、高壓管匯系統風險大、高速的數據分析處理能力差、報警及監控功能空白等難題擺在我們的面前。

關鍵詞：5000型電動壓裂撬;控制系統

我國自主研發的2500-3000型成套壓裂裝備在“井工廠”大型壓裂中發揮出重要功效。面對深層頁巖氣開發，現有壓裂裝備存在功率儲備率下降、燃料和易損件消耗高、超高壓力施工風險大、噪音和環境污染等問題。研制出一種可適合國內深層頁巖氣開發的電動壓裂裝備，脫傳統壓裂裝備以進口發動機、變速箱為動力系統的壟斷模式是一次大型壓裂裝備技術的重大升級，為公司的技術產品提升及壓裂工程在深層頁巖氣上取得突破取得十分積極的作用。

一、電動壓裂撬控制系統分析

電動壓裂撬控制系統主要包括：變頻器與電機通訊控制、電氣控制、遠程控制、數據遠程系統等。

（一）變頻器與電機通訊控制

電動壓裂撬VFD采用的是MODBUS通訊協議，電氣控制系統采用的是Ethernet/IP通訊協議，二者需要建立通訊關系，并對變頻器與電機的所有電機參數、變頻器參數、報警信息、控制信息進行數據交互。通過數據分析處理，結合現場施工工藝，實現閉環冗余自動控制系統。

（二）電氣控制技術研究

電氣控制部分包含風機控制、加熱器控制、離合器控制、液力端潤滑控制、動力端潤滑控制、傳感器采集系統、數據處理、網絡通訊等。

（三）網絡控制技術研究

便攜式遠程控制系統是基于賽瓦自動控制系統的、并采用Window應用程序方式、可控制多臺及多類泵設備的PC端軟件系統。

主要功能：

·支持完整泵撬控制操作

·支持各信號配置及校準

·支持報警自定設置

·支持報警自動提示

·提供系統設置功能

·支持不同控制器泵控設備的控制

·支持多泵同時控制

·自動監聽總控指令

·提供泵控設備分組控制。

（四）數據遠程系統

數據遠程傳輸裝置主要實現單車遠程無線數據監控，主要功能包含系統運行數據的監控、設備GPS信息的監控、系統報警信息的監控。

二、現場應用情況

現場試驗、應用情況：

現場試驗地點：重慶市涪陵區礁石鎮82號平臺

現場試驗時間：2018.11.19-2018.11.22

5000型電動壓裂撬已發運至82號平臺，現場已連接4臺電動壓裂泵橇和12臺柴驅壓裂車等設備，通過便攜式遠程控制器可實現單臺或多臺壓裂橇的啟動、調速、離合、停機等控制功能，也可顯示電機、壓裂泵等系統的故障報警功能，電機轉速、壓裂泵輸出理論排量、實際施工壓力、超壓保護等顯示和安全裝置等。

控制箱面板及便攜式遠程控制器可實時顯示電機、大泵、變頻器、系統等各部位報警信息，可通過面板停機控制、操作屏停機控制、面板緊急停機控制、操作屏緊急停機控制以及斷電自動停機進行設備安全保護。

通過現場施工，充分驗證了設備的性能，設備的各項技術指標達到了設備設計要求。設備操作舒適性、可靠性、穩定性高，得到了客戶的肯定。

三、經濟效益分析

根據國內外石油行業分析及評估，結合此類產品往年的同類銷售情況和對未來市場的預測，預計年銷售額1500W。

四、結論及建議

該項目設備已通過工業試驗及客戶現場驗收，達到了項目設定的技術要求、技術參數和技術指標。

隨著國家對頁巖氣的政策支持和石油公司的勘探開發投資使得我國頁巖氣產業得到了突破性進展，已經進入到大規模商業開發時期，技術研發、裝備制造只有不斷的投入和攻關才能使我們的產品處于國際國內領先水平。隨著油價的上升，大型集中控制中心需求也是持續攀升。電驅機組做為國家十三五重大專項勢必為國家能源發展提供最為強有力的保障，具有戰略性意義。

鑒于該產品各方面的優勢，及國內外油田對此類產品的需求，該產品的市場前景廣闊。