油田混砂车自动控制系统的研究与应用

杨小涛 白田增 任勇强 陈如鹤

摘  要：石油作为不可再生资源，成为了国家的重点需求资源。随着技术的不断发展，混砂车是压裂施工的重要环节，该环节是否可以自动化，很大程度上影响了压裂施工的进程与效果。基于此，该文先介绍了混砂车控制系统的特点，然后对混砂车自动系统进行研究与设计，并通过现场的应用对其进行评价。通过现场实验，效果良好。

关键词：混砂车;液面高度;变量泵

中图分类号：TP273          文献标志码：A

目前，各大油田的开发已逐渐进入中后期，为了有效地提高石油的采收率，提升油井产量，必须采取一定的增产、增效措施。压裂技术是将压裂液压入地层，形成裂缝，进而改善油井的渗透性，提高采收率。该技术已经成为各大油田普遍使用的方法之一。混砂车是压裂施工的重要环节，它主要用于配制各种压裂液，并向各型压裂车泵送不同需求的压裂液，该环节是否可以自动化，很大程度上影响了压裂施工的进程与效果。是确保压裂施工质量的关键。传统的混砂车主要采用手动操作，需要大量的人力在现场操作及控制混合液面高度及砂比等参数，这就难免会使得重要参数产生一定的误差，进而很难达到压裂施工的设计参数和理想效果。而混砂车的自动控制系统可以有效地改善这一问题，从混合液液压、砂比以及添加剂等方面均由系统自动控制完成[1]，可以确保各个环节零误差，使得压裂施工质量大大提高。

1 混砂车控制系统特点及核心装置

混砂车控制系统包括混砂车加料系统和排除压力控制系统[2]。混砂车加料系统可以确保压裂液的输出量不受人为因素的影响，而排除压力系统可以有效地解决由于混合液排量不足而引起的压裂车抽空等问题。以下是混砂车控制系统的3个特点。1）该系统由计算机全程控制，配备了简单、明了的人机操作界面，在此界面上，可以通过调整控制的方式根据施工设计要求实施调整罐内液位压力等参数，并提取整个系统的相关参数，进而全面、实时地了解并掌握压裂施工的进程，确保混砂液的质量符合施工要求，另外，也大大的节省了人力，方便了操作人员的使用。2）在压裂施工过程中，偶尔会遇到控制系统回路出现异常的问题，或者用户临时需要改变控制方式，这就对整个自动控制系统提出了一定的要求，因此，为了保证施工的正常进行，该系统对重要的控制回路采用了冗余设计。一旦出现上述情况，系统将开启部分控制设备。3）系统中的相关参数，显示单位分为公制和英制2种，该系统可以将2种单位互相切换，以便应付各类压裂施工现场。

除了混砂车的自动控制系统外，还必须配备一些核心装置[3]来支持该系统的运行。以下是部分核心装置：

1.1 计量设备

混砂车内部空间有限，使用电子称和螺旋输送喂料机配合的称重方法可以使加料的精度提高±0.5%。

1.2 高能恒压混合器

高能恒压混合器是针对压裂液配液而专门设计的一种新型混合器，它可以自动调节流量，为负压抽吸液体，并通过喷嘴的左右移动来控制压裂液流量的大小。

1.3 在线黏度测量

由于压裂液的配制是一个动态的过程，必须随时根据液体的黏度情况随时调整液体的添加比例，以确保其黏度保持在一个稳定的状态，因此需要安装在线粘度计，实时了解粘度参数。

2 混砂车自动控制研究

按照功能进行区分，可以将混砂车自动控制系统分为5个控制子系统，即动力系统、液压系统、粉料系统、混合（配液）系统、液体添加剂系统和自动控制系统[4]。由于篇幅有限，仅列举部分控制子系统的原理图，如图1所示。

2.1 混砂液液压控制系统

在压裂施工过程中，为了确保混砂车与压裂各机组之间达到协同作业的效果，混砂车必须以稳定的压力将压裂液连续性的泵送给各压裂车。在这个过程中，混合罐一边进料，一边出料，是一个动态的、连续的过程，因此，通过该控制系统，可以设定液面高度，当实际液面高度与设定液面高度不一致时，系统会自动通过算法，进行对基液的吸入及排量进行调整，进而确保混合管内的液面高度恒定。

2.2  液体添加剂控制系统

在油田压裂施工过程中，压裂液除了基液和支撑剂（各类压裂砂）以外，还需要各种添加剂（如黏土稳定剂等），这些添加剂必须按照比例进行添加，因此必须对其添加的量进行严格控制。因此，通过该控制系统，可以设定基液与添加剂的比例，当实际比例与设定比例不一致时，系统会自动通过算法，进行对基液的排量及混合液排量进行调整，进而确保基液和添加剂的比例恒定，如图2所示。

2.3 粉料添加剂控制系统

同1）、2）原理相似，通过该控制系统，可以设定干粉比例，当实际比例与设定比例不一致时，系统会自动通过算法，进行对基液的排量及混合液排量进行调整，进而确保干粉比例的恒定，如图3所示。

3 系统的应用

对于新产品来说，产品试验非常重要，对于满足研究要求，具备安全可靠的产品才能推广应用。本次试验选取了C油田的苗28井、苗39井和胜106井，在其长61油层进行压裂施工，加砂量共计71 m3，整个压裂施工过程中，混砂车运转情况良好，自动控制系统采集的各项参数与实际测试的数据波动不大，基本吻合。此次施工现场的应用取得了很好的效果。

该混砂车的自动控制系统有效地改善了压裂施工的总体性能，大大提升了配液的可靠性，节省了人力成本，并且在此次的现场应用过程中反馈较好。在当前施工任务不断增加的大背景下，该系统给压裂作业所带来的经济效益非常可观。

4 结论

混砂车自动控制系统的使用，省去了人工配液的中间环节，降低了工人的劳动强度，减少了粉尘对员工健康的危害，还可以减少人为操作的误差，有效缩短了压裂施工的作业周期，大大提升了压裂施工的精度，提高了生产效率与施工质量[5]。1）该自动控制系统优点甚多，且压裂设备级地面流程也进行了相关配套，很大程度上满足了压裂施工的具体要求，这几口油井压裂作业的成功，为今后的工作提供了一定的借鉴经验。2）当前虽然实现了自动化、电气化的更新，但是一些配套设备还是不能实现即配即注压裂施工，而且返排液也随意排放，缺乏处理设备。3）今后还需要不对加强对压裂设备的配套升级与完善，以达到防止压裂液浪费、实现环境保护的目的。

参考文献

[1]林蕾，付刚.MC-75混砂车管汇系统的改进与应用[J].设备管理与维修，2019（15）：88-89.

[2]王燕燕，代洲，徐天賜，等.大型压裂输砂现状及新型输砂系统设计[J].设备管理与维修，2018（24）：129-130.

[3]韩增平，王洪力，张怀智.HSC40型混砂车的研制与应用[J].石油机械，2018，46（6）：89-93.

[4]付万志，郭海涛，杨泉华，等.压裂成套装备用超高压试验平台的开发与研制[J].企业技术开发，2017，36（2）：28-30.

[5]徐铮，赵永林，安磊，等.恒压变量系统在混砂车中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2016，36（19）：70-71.