探析2500 型壓裂車電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)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(guān)產(chǎn)品，是依照我國油田現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，地質(zhì)環(huán)境、施工工藝等相關(guān)要求制定的一種高端壓裂裝備，優(yōu)勢(shì)特征非常突出，如壓力比較強(qiáng)、排量和功率大、抗腐蝕性以及耐磨性非常強(qiáng)，可連續(xù)持續(xù)進(jìn)行作業(yè)。當(dāng)前，因?yàn)閷?duì)各類油田的開發(fā)規(guī)模越來越大，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)對(duì)壓裂設(shè)備的施工作業(yè)提出了非常嚴(yán)格的要求。在國際上，壓裂設(shè)備的發(fā)展方向越來越向多功能以及自動(dòng)化方向發(fā)展，我國為了跟上國際發(fā)展腳步，對(duì)壓裂設(shè)備進(jìn)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(yè)產(chǎn)生了巨大的促進(jìn)作用，但很多技術(shù)還需要進(jìn)一步完善，與國際水平進(jìn)行比較，還有很大的上升空間。

1 壓裂車2500 型簡(jiǎn)介

2500 型壓裂車的成功研發(fā)，使我國的技術(shù)更加適應(yīng)國際市場(chǎng)的需求，對(duì)于在特殊條件下非常規(guī)能源的開采有了重大突破，可對(duì)其進(jìn)行有效開采，所以對(duì)該壓裂車已經(jīng)進(jìn)行了生產(chǎn)和推廣，取得的效果十分理想。2500 型壓裂車中的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括車臺(tái)遠(yuǎn)程啟動(dòng)互鎖、遠(yuǎn)程啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以及車胎遠(yuǎn)控雙停機(jī)等很多新興功能，受到了使用者的高度好評(píng)。

1.1 結(jié)構(gòu)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(shè)備。在底盤車中，除了具備將整車進(jìn)行移動(dòng)的功能以外，還為發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)液壓系統(tǒng)提供了動(dòng)力；在上裝設(shè)備當(dāng)中，屬于壓裂車進(jìn)行作業(yè)的部分，其構(gòu)成會(huì)更加復(fù)雜一些，包括電路和氣路系統(tǒng)、液壓和控制系統(tǒng)等。

1.2 壓裂車的具體工作原理

壓裂車在工作過程中，會(huì)利用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)馬達(dá)進(jìn)行啟動(dòng)，是車臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)力，以便利用液力傳動(dòng)箱以及傳動(dòng)軸對(duì)壓裂泵的動(dòng)力端傳動(dòng)動(dòng)力，這樣壓裂泵在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的作用下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)；壓裂液又混砂車供給，利用吸入管將壓裂泵吸入，以此實(shí)現(xiàn)增壓的效果，之后在高壓的環(huán)境中，依著管道排入井下實(shí)施相應(yīng)的壓裂工作。

2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 本地制動(dòng)控制箱

本地制動(dòng)控制箱的安裝，通常情況下會(huì)在駕駛室的左側(cè)，可進(jìn)行單機(jī)作業(yè)以及2 臺(tái)和2 臺(tái)以上設(shè)備的聯(lián)機(jī)作業(yè)。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，本地制定控制箱可以啟動(dòng)和停止作業(yè)車，并調(diào)整檔速，使壓裂泵以傳動(dòng)箱等功能部件產(chǎn)生的變化適時(shí)安全預(yù)警，實(shí)現(xiàn)了超壓保護(hù)等相關(guān)功能。在開始作業(yè)前，需要使用數(shù)據(jù)線串聯(lián)好不同的設(shè)備，以便設(shè)備之間能夠形成操作壓裂車作業(yè)的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，利用該網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱等參數(shù)和信號(hào)進(jìn)行雙向共享。并且可結(jié)合實(shí)際的作業(yè)流程，聯(lián)機(jī)操作單車或者多車編組。但是，在正式操作前，要結(jié)合相應(yīng)的作業(yè)要求，對(duì)具體的工作流程進(jìn)行分階段編制，這樣才能更好地實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)化控制等工作。在正式進(jìn)行作業(yè)的過程中，還可借助在控制箱當(dāng)中的數(shù)據(jù)采集口，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，以便對(duì)聯(lián)機(jī)作業(yè)參數(shù)進(jìn)行采集和打印，其中可以通過儀表車將該項(xiàng)工作完成。

在電氣控制系統(tǒng)當(dāng)中，本地制動(dòng)控制箱屬于非常核心的系統(tǒng)，其中包括了控制電氣的元件、信號(hào)的輸入和輸出以及相應(yīng)的控制命令。在制動(dòng)控制箱當(dāng)中，還存在不同的端子以及繼電器，交換機(jī)、PLC 以及信號(hào)處理設(shè)備等。在該箱體的一側(cè)會(huì)安裝插座，并且在控制箱中，相應(yīng)的接線都會(huì)有具體的標(biāo)識(shí)。同時(shí)，該箱體還有防潮和防震的功能。

2.2 臺(tái)上儀表箱

該儀表箱中的控制以及開關(guān)、儀表等都有相應(yīng)的中文標(biāo)識(shí)，一般會(huì)在車臺(tái)的左側(cè)對(duì)儀表箱進(jìn)行固定。臺(tái)上儀表箱可應(yīng)用于對(duì)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(duì)壓力泵動(dòng)力端潤(rùn)滑油壓的實(shí)際大小進(jìn)行指示。

傳動(dòng)箱油壓表：利用直感的形式，對(duì)傳動(dòng)箱潤(rùn)滑油壓的實(shí)際大小進(jìn)行指示。

傳動(dòng)箱油溫表：利用直感的形式，對(duì)傳動(dòng)箱潤(rùn)滑油溫的實(shí)際大小進(jìn)行指示。

發(fā)動(dòng)機(jī)油壓表：利用直感的形式，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油壓的實(shí)際大小進(jìn)行指示。

發(fā)動(dòng)機(jī)水溫表：利用直感的形式，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油溫的實(shí)際大小進(jìn)行指示。

啟動(dòng)油壓表：利用直感的形式，對(duì)油泵的油壓高低進(jìn)行觀察。

風(fēng)扇主油壓表：可對(duì)風(fēng)扇主油泵的油壓值進(jìn)行指示。

風(fēng)扇補(bǔ)油壓表：可對(duì)風(fēng)扇補(bǔ)油泵的油壓值進(jìn)行指示。

2.3 臺(tái)上控制箱

在臺(tái)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(huì)將其在車臺(tái)的左側(cè)進(jìn)行固定，為了方便相關(guān)的維修和檢查工作，會(huì)標(biāo)記所有的接線以及接頭。其中，面板當(dāng)中的主要元件有發(fā)動(dòng)機(jī)綜合顯示儀、傳動(dòng)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(tǒng)電源開關(guān)、加熱器開關(guān)、散熱風(fēng)扇等。

2.4 遠(yuǎn)程控制箱

遠(yuǎn)程控制箱在實(shí)施壓裂作業(yè)中應(yīng)用于距離控制單機(jī)的工作，可以由多臺(tái)機(jī)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)機(jī)操作。因?yàn)樵趯?shí)施壓裂作業(yè)的過程中，排出口的壓力比較高，存在一定的危險(xiǎn)性，應(yīng)用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可使壓裂車實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集工作，并完成自動(dòng)控制。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可針對(duì)單臺(tái)壓裂車進(jìn)行換擋、停機(jī)等工作，并且還能對(duì)不同部件的工作狀態(tài)，如傳動(dòng)箱、超壓報(bào)警等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

遠(yuǎn)程控制箱中應(yīng)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(yīng)的操作界面可以與臺(tái)上控制箱電腦設(shè)備進(jìn)行同步使用，并使各個(gè)數(shù)據(jù)利用數(shù)據(jù)線始終處于連通的狀態(tài)中，應(yīng)用設(shè)備的串聯(lián)連接產(chǎn)生環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。每臺(tái)設(shè)備當(dāng)中的傳動(dòng)箱以及發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)等都可利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互傳遞，這樣便完成了數(shù)據(jù)之間的共享，并使數(shù)據(jù)保持在同步的狀態(tài)中，使壓裂車及時(shí)在高壓的環(huán)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(fā)生。

3 應(yīng)用效果分析

針對(duì)2500 型壓裂車的實(shí)驗(yàn)，共實(shí)施了2 個(gè)階段的試驗(yàn)，共2 個(gè)月的試驗(yàn)時(shí)間。實(shí)現(xiàn)了很多壓裂工藝，其中包括解堵井以及評(píng)價(jià)井等。其中，利用在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的壓裂作業(yè)，對(duì)壓力車的性能以及特征進(jìn)行了全面的驗(yàn)證分析，其中包括的主要特征有：

（1）2500 型壓裂車在正式作業(yè)過程中，輸出的壓力非常理想，排量十分穩(wěn)定并且充沛，換擋操作十分靈活，有著強(qiáng)勁的動(dòng)力。在較長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)中，展現(xiàn)出來的穩(wěn)定性依然很強(qiáng)。2500 型壓裂車體現(xiàn)出來的穩(wěn)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(yè)中，分別針對(duì)井口壓力產(chǎn)生變化以及換擋排量產(chǎn)生變化的環(huán)境進(jìn)行了試驗(yàn)，但無論是壓力還是排量，2500 型壓裂車都展現(xiàn)出了強(qiáng)大的穩(wěn)定性和可靠性，在對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)性能進(jìn)行采集時(shí)，發(fā)現(xiàn)每項(xiàng)指標(biāo)都在規(guī)定的范圍當(dāng)中。此外，在施工當(dāng)中，2500 型壓裂車還展現(xiàn)出了超強(qiáng)的穩(wěn)定性，沒有晃動(dòng)的情況產(chǎn)生。

（3）該壓裂車的越野性能也非常理想，在施工現(xiàn)場(chǎng)路況非常復(fù)雜的情況下，展現(xiàn)出驚人的越野能力，有著非常出色的表現(xiàn)，并且動(dòng)力非常充沛，轉(zhuǎn)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(qiáng)，可連續(xù)持續(xù)進(jìn)行作業(yè)。并且在實(shí)際操作的過程中，有著靈活性和方便性的特征，功能強(qiáng)大、完善，具備一定的越野能力?？蓾M足路況復(fù)雜，大排量以及超高壓的環(huán)境作業(yè)需求，是非常成熟穩(wěn)定的壓裂車。

4 結(jié)語

總之，2500 型壓裂車設(shè)備屬于一種新型的車裝設(shè)備，在我國路況環(huán)境不好的油田中應(yīng)用，起到了很大的價(jià)值作用，非常適合在崎嶇以及多風(fēng)沙的道路中應(yīng)用。2500 型壓裂車的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)應(yīng)用了當(dāng)前國際最先進(jìn)的技術(shù)，可滿足長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)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(qiáng)，利用對(duì)高端產(chǎn)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(jìn)行比較，工作效率提升了15%左右，是非常理想的壓裂車。