壓裂機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究

藍(lán)榮平 李丹

(川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司壓裂大隊(duì),陜西咸陽 712000)

壓裂機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究

藍(lán)榮平 李丹

(川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司壓裂大隊(duì),陜西咸陽 712000)

我國壓裂機(jī)組逐漸發(fā)展成形，尤其是在特定的石油區(qū)域，根據(jù)不同的參數(shù)和統(tǒng)計(jì)，提出了集成壓裂機(jī)組的設(shè)備，在有效的范圍內(nèi)完成了單臺(tái)及其試壓、酸化、壓裂、防砂等多種工藝流程，減少了工作人員的工作量，使操作更加簡便。我們對(duì)壓裂車和儀表進(jìn)行了深入的研究，經(jīng)過多年的努力，我國從初期引進(jìn)設(shè)備到引進(jìn)技術(shù)，我國一直面臨著壓裂設(shè)備緊缺的問題，并且在壓裂設(shè)備上的發(fā)展存在著困難，國內(nèi)在制造業(yè)方面不斷的開展研究，不斷提升產(chǎn)品的質(zhì)量，在原有的基礎(chǔ)上縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提升它的技術(shù)水平，為此我國在制造業(yè)上提出了壓裂機(jī)組新的產(chǎn)品開發(fā)方向。

壓裂設(shè)備 研發(fā)目標(biāo) 自動(dòng)控制系統(tǒng) 技術(shù)改進(jìn) 壓裂

1 引言

進(jìn)行壓裂施工需要成套的壓裂設(shè)備，其中包括壓裂泵車、壓裂儀器車、一到兩臺(tái)混砂車、地面管匯和一些其他的輔助設(shè)備。壓裂的施工通過注入高壓流體讓井底的底層產(chǎn)生大小合適的裂縫來填砂，其目的是使油氣的流動(dòng)性增強(qiáng)，提高油氣的收集率，所以在壓裂設(shè)備上不斷的研究發(fā)展來提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 壓裂機(jī)組設(shè)備的現(xiàn)狀

石油的開采離不開壓裂設(shè)備，我國從二十世紀(jì)七十年代開始就開始引進(jìn)國外的壓裂設(shè)備，開始采用水力壓裂酸化施工的工藝，因?yàn)槊绹任鞣较冗M(jìn)的國家那些壓裂設(shè)備比我國的先進(jìn)，從引進(jìn)后不僅我國的石油業(yè)得到了快速的發(fā)展，而且我國的壓裂設(shè)備也得到了飛速的發(fā)展，通過與他國的交流，我國的壓裂設(shè)備也不斷的改進(jìn)不斷的提升，我國的壓裂作業(yè)裝備技術(shù)水平逐漸與國際接軌。隨著國內(nèi)的油田慨嘆不斷發(fā)展，開采作業(yè)難度和要求不斷提高，施工的工作量漸漸增大，施工要求也不斷提高，以前就是動(dòng)用更多的壓裂設(shè)備來滿足施工要求，這種做法不僅會(huì)浪費(fèi)大量資金和土地，而且不能解決實(shí)際的問題。因?yàn)槲覀冴?duì)施工的排量和壓力有了更多的要求，對(duì)設(shè)備的精確度和安全性能要求越來越高，有些部件會(huì)出現(xiàn)故障、有效率下降，操作也比較復(fù)雜，所以更新和配置更高的設(shè)備室當(dāng)務(wù)之急。

3 壓裂機(jī)組的系統(tǒng)分析

壓裂機(jī)組的系統(tǒng)有7個(gè)部分，分別是動(dòng)力系統(tǒng)、壓裂系統(tǒng)、吸入系統(tǒng)、排出泵及管路、混合罐系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)輸砂器和控制系統(tǒng)。動(dòng)力系統(tǒng)是由車臺(tái)動(dòng)力系統(tǒng)和底盤動(dòng)力系統(tǒng)組成，它的作用是保證泵車的性能，進(jìn)行冷卻、混砂等工作。壓裂泵系統(tǒng)可以應(yīng)用型號(hào)為32B105-1490型臥式三缸柱塞泵，它的最大輸出功率是1490kw，它的柱塞直徑是152.4mm。吸入系統(tǒng)由吸入泵、吸入管匯、蝶閥等組成，吸入管匯的工作是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場車輛的布置要求，滿足酸化施工要求看，酸液通過切換閥直接送到大泵入口，它也具有防酸化功能。排出泵系統(tǒng)的排出砂泵配備可以滿足壓裂泵供液要求，也可以滿足增加施工車的要求。安裝一個(gè)放射性密度計(jì)可以監(jiān)控流量和混砂液密度的變化?；旌瞎蘖⑹綌嚢璧幕焐靶Ч容^好，液面的自動(dòng)控制是一項(xiàng)重要功能，技術(shù)上也比較成熟?？刂葡到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操作并控制壓裂機(jī)組，施工前要輸入各個(gè)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整控制，直至完成作業(yè)，在各施工階段都可以換成人工控制模式。

4 壓裂機(jī)組控制系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)

4.1 混砂車控制系統(tǒng)的改進(jìn)

混砂車在施工作業(yè)中有著重要作用，它的控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定是否可靠影響著施工的成敗，所以針對(duì)此類問題要做一下改進(jìn)。①通過研究分析，液位控制計(jì)和吸入泵反應(yīng)時(shí)間較長，當(dāng)作業(yè)量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，它的控制系統(tǒng)到穩(wěn)定時(shí)間是3～5s。而響應(yīng)時(shí)間長的結(jié)果就是出現(xiàn)溢出罐子或者被抽空的現(xiàn)象。為此用新型的雷達(dá)液位計(jì)替換原有的系統(tǒng)，它的響應(yīng)時(shí)間由原來的3～5s到了2～4s，全程測量的時(shí)間僅僅用0.5～1.0s，管線的設(shè)計(jì)和流入扣的改進(jìn)滿足了設(shè)計(jì)要求。②通過反復(fù)的研究和測量，我們選住了有效的解決辦法，裝兩個(gè)管徑的渦輪流量計(jì)或者裝電磁流量計(jì)，當(dāng)然尺寸一定要合適，通過改進(jìn)誤差由原來2%～5%變成了0.5%～2.0%，輸砂效率的計(jì)算誤差由原來的5%～10%變?yōu)?%～5%，達(dá)到了輸砂控制精度要求。改進(jìn)后還采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、預(yù)測控制優(yōu)化了系統(tǒng)，性能參數(shù)達(dá)到了預(yù)期測試效果。③電氣系統(tǒng)還增加了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)急功能按鈕，最快的實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，盡快進(jìn)行液體補(bǔ)充和液體排出。

4.2 壓裂車控制系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)

在這一部分我們發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)終端不斷的增加網(wǎng)絡(luò)的控制反應(yīng)時(shí)間長之間存在矛盾，系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，而且網(wǎng)絡(luò)間接也不是很可靠，需要以下的改進(jìn)。①我們需要將網(wǎng)絡(luò)終端數(shù)量大幅增加，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改良，讓單一網(wǎng)絡(luò)減少數(shù)據(jù)的處理量，對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展，這樣他的響應(yīng)速度就能提升上來，為此我們將原來硬件配置rockwellslc500換成rockwell logix5000配置，實(shí)現(xiàn)了控制的及時(shí)效果。②提高網(wǎng)絡(luò)連接電纜和焊接工藝的要求，當(dāng)然這必須要在油田設(shè)備原有的使用習(xí)慣和方式上來改進(jìn)，我們做到經(jīng)過一次開模就壓接成型，從而達(dá)到連接要求。③還要做相應(yīng)的減震處理，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要控制散熱效果，對(duì)環(huán)境的溫度進(jìn)行分析，讓系統(tǒng)在一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境中運(yùn)行，延長工作壽命。

4.3 儀表車控制系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)

①為了讓網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立的處理數(shù)據(jù)，我們隊(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了劃分，并且設(shè)置分級(jí)功能增強(qiáng)他的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理敏捷度，在復(fù)雜的工作環(huán)境中也可以更好地工作，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)的高度集成化和自動(dòng)化。②另一方面是對(duì)通訊的研究，就是無論是在近處還是在較遠(yuǎn)的地方甚至在全球都能夠有信號(hào)的研究。經(jīng)過研究我們應(yīng)用2.4GHz無線信號(hào)、3G網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通訊，2.4GHz的通訊覆蓋范圍廣，3G寬帶速度快，衛(wèi)星通訊可以在手機(jī)無信號(hào)地區(qū)使用。

5 結(jié)語

隨著國際市場石油的價(jià)格和規(guī)模的變化，電動(dòng)技術(shù)和自動(dòng)控制系統(tǒng)在鉆井市場上飛速的發(fā)展，許多制造業(yè)因此取得了巨大的收益。壓裂機(jī)組在國內(nèi)市場上逐漸被推廣和應(yīng)用，制造業(yè)也將研發(fā)重點(diǎn)放在了產(chǎn)品質(zhì)量上的產(chǎn)能建設(shè)上。未來幾年我國的壓裂設(shè)備將會(huì)有飛速的發(fā)展。

[1]馬秀君,季友芳.壓裂車組遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制,2010(11),2497-2498.

[2]任勇,管彬,劉剛,錢斌.新型壓裂酸化實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)及應(yīng)用.天然氣工業(yè).2007.94-96.

[3]張華,丁勝生,周入剛,張松峰,郝亞娟,胡濤.CSGT-180A壓裂液自動(dòng)控制混配車(撬)的研制[J].石油機(jī)械;2009年03期.