压裂机组自动控制系统的研究

蓝荣平 李丹

(川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司压裂大队,陕西咸阳 712000)

压裂机组自动控制系统的研究

蓝荣平 李丹

(川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司压裂大队,陕西咸阳 712000)

我国压裂机组逐渐发展成形，尤其是在特定的石油区域，根据不同的参数和统计，提出了集成压裂机组的设备，在有效的范围内完成了单台及其试压、酸化、压裂、防砂等多种工艺流程，减少了工作人员的工作量，使操作更加简便。我们对压裂车和仪表进行了深入的研究，经过多年的努力，我国从初期引进设备到引进技术，我国一直面临着压裂设备紧缺的问题，并且在压裂设备上的发展存在着困难，国内在制造业方面不断的开展研究，不断提升产品的质量，在原有的基础上缩短产品研发周期，提升它的技术水平，为此我国在制造业上提出了压裂机组新的产品开发方向。

压裂设备 研发目标 自动控制系统 技术改进 压裂

1 引言

进行压裂施工需要成套的压裂设备，其中包括压裂泵车、压裂仪器车、一到两台混砂车、地面管汇和一些其他的辅助设备。压裂的施工通过注入高压流体让井底的底层产生大小合适的裂缝来填砂，其目的是使油气的流动性增强，提高油气的收集率，所以在压裂设备上不断的研究发展来提高经济效益。

2 压裂机组设备的现状

石油的开采离不开压裂设备，我国从二十世纪七十年代开始就开始引进国外的压裂设备，开始采用水力压裂酸化施工的工艺，因为美国等西方先进的国家那些压裂设备比我国的先进，从引进后不仅我国的石油业得到了快速的发展，而且我国的压裂设备也得到了飞速的发展，通过与他国的交流，我国的压裂设备也不断的改进不断的提升，我国的压裂作业装备技术水平逐渐与国际接轨。随着国内的油田慨叹不断发展，开采作业难度和要求不断提高，施工的工作量渐渐增大，施工要求也不断提高，以前就是动用更多的压裂设备来满足施工要求，这种做法不仅会浪费大量资金和土地，而且不能解决实际的问题。因为我们队施工的排量和压力有了更多的要求，对设备的精确度和安全性能要求越来越高，有些部件会出现故障、有效率下降，操作也比较复杂，所以更新和配置更高的设备室当务之急。

3 压裂机组的系统分析

压裂机组的系统有7个部分，分别是动力系统、压裂系统、吸入系统、排出泵及管路、混合罐系统、旋转输砂器和控制系统。动力系统是由车台动力系统和底盘动力系统组成，它的作用是保证泵车的性能，进行冷却、混砂等工作。压裂泵系统可以应用型号为32B105-1490型卧式三缸柱塞泵，它的最大输出功率是1490kw，它的柱塞直径是152.4mm。吸入系统由吸入泵、吸入管汇、蝶阀等组成，吸入管汇的工作是实现现场车辆的布置要求，满足酸化施工要求看，酸液通过切换阀直接送到大泵入口，它也具有防酸化功能。排出泵系统的排出砂泵配备可以满足压裂泵供液要求，也可以满足增加施工车的要求。安装一个放射性密度计可以监控流量和混砂液密度的变化。混合罐立式搅拌的混砂效果比较好，液面的自动控制是一项重要功能，技术上也比较成熟。控制系统实现网络远程操作并控制压裂机组，施工前要输入各个数据，然后进行自动调整控制，直至完成作业，在各施工阶段都可以换成人工控制模式。

4 压裂机组控制系统的技术改进

4.1 混砂车控制系统的改进

混砂车在施工作业中有着重要作用，它的控制系统是否稳定是否可靠影响着施工的成败，所以针对此类问题要做一下改进。①通过研究分析，液位控制计和吸入泵反应时间较长，当作业量达到一定数值时，它的控制系统到稳定时间是3～5s。而响应时间长的结果就是出现溢出罐子或者被抽空的现象。为此用新型的雷达液位计替换原有的系统，它的响应时间由原来的3～5s到了2～4s，全程测量的时间仅仅用0.5～1.0s，管线的设计和流入扣的改进满足了设计要求。②通过反复的研究和测量，我们选住了有效的解决办法，装两个管径的涡轮流量计或者装电磁流量计，当然尺寸一定要合适，通过改进误差由原来2%～5%变成了0.5%～2.0%，输砂效率的计算误差由原来的5%～10%变为2%～5%，达到了输砂控制精度要求。改进后还采用人工神经网络控制、预测控制优化了系统，性能参数达到了预期测试效果。③电气系统还增加了计算机控制系统的应急功能按钮，最快的实现联动，尽快进行液体补充和液体排出。

4.2 压裂车控制系统的技术改进

在这一部分我们发现网络终端不断的增加网络的控制反应时间长之间存在矛盾，系统的稳定性差，而且网络间接也不是很可靠，需要以下的改进。①我们需要将网络终端数量大幅增加，对网络结构进行优化和改良，让单一网络减少数据的处理量，对网络控制数量进行扩展，这样他的响应速度就能提升上来，为此我们将原来硬件配置rockwellslc500换成rockwell logix5000配置，实现了控制的及时效果。②提高网络连接电缆和焊接工艺的要求，当然这必须要在油田设备原有的使用习惯和方式上来改进，我们做到经过一次开模就压接成型，从而达到连接要求。③还要做相应的减震处理，计算机系统要控制散热效果，对环境的温度进行分析，让系统在一个稳定的环境中运行，延长工作寿命。

4.3 仪表车控制系统的技术改进

①为了让网络独立的处理数据，我们队网络进行了划分，并且设置分级功能增强他的网络数据处理敏捷度，在复杂的工作环境中也可以更好地工作，实现了作业的高度集成化和自动化。②另一方面是对通讯的研究，就是无论是在近处还是在较远的地方甚至在全球都能够有信号的研究。经过研究我们应用2.4GHz无线信号、3G网络和卫星通讯，2.4GHz的通讯覆盖范围广，3G宽带速度快，卫星通讯可以在手机无信号地区使用。

5 结语

随着国际市场石油的价格和规模的变化，电动技术和自动控制系统在钻井市场上飞速的发展，许多制造业因此取得了巨大的收益。压裂机组在国内市场上逐渐被推广和应用，制造业也将研发重点放在了产品质量上的产能建设上。未来几年我国的压裂设备将会有飞速的发展。

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