5000型電動壓裂撬控制系統(tǒng)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(guī)油氣發(fā)現(xiàn)的數(shù)量及規(guī)模在減少，頁巖氣的開采是當前天然氣勘探和開發(fā)中增長最快的領(lǐng)域之一，推動了世界能源格局的深刻變化。要開發(fā)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(shù)。大排量、水力壓裂是確保獲得足夠高產(chǎn)量的唯一途徑。制造應(yīng)用于大型頁巖氣壓裂作業(yè)的石油裝備具有戰(zhàn)略意義。目前作業(yè)現(xiàn)場操作空間狹窄、控制系統(tǒng)流程復雜、高壓管匯系統(tǒng)風險大、高速的數(shù)據(jù)分析處理能力差、報警及監(jiān)控功能空白等難題擺在我們的面前。

關(guān)鍵詞：5000型電動壓裂撬;控制系統(tǒng)

我國自主研發(fā)的2500-3000型成套壓裂裝備在“井工廠”大型壓裂中發(fā)揮出重要功效。面對深層頁巖氣開發(fā)，現(xiàn)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(huán)境污染等問題。研制出一種可適合國內(nèi)深層頁巖氣開發(fā)的電動壓裂裝備，脫傳統(tǒng)壓裂裝備以進口發(fā)動機、變速箱為動力系統(tǒng)的壟斷模式是一次大型壓裂裝備技術(shù)的重大升級，為公司的技術(shù)產(chǎn)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(tǒng)分析

電動壓裂撬控制系統(tǒng)主要包括：變頻器與電機通訊控制、電氣控制、遠程控制、數(shù)據(jù)遠程系統(tǒng)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(xié)議，電氣控制系統(tǒng)采用的是Ethernet/IP通訊協(xié)議，二者需要建立通訊關(guān)系，并對變頻器與電機的所有電機參數(shù)、變頻器參數(shù)、報警信息、控制信息進行數(shù)據(jù)交互。通過數(shù)據(jù)分析處理，結(jié)合現(xiàn)場施工工藝，實現(xiàn)閉環(huán)冗余自動控制系統(tǒng)。

（二）電氣控制技術(shù)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(tǒng)、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通訊等。

（三）網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)研究

便攜式遠程控制系統(tǒng)是基于賽瓦自動控制系統(tǒng)的、并采用Window應(yīng)用程序方式、可控制多臺及多類泵設(shè)備的PC端軟件系統(tǒng)。

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(shè)置

·支持報警自動提示

·提供系統(tǒng)設(shè)置功能

·支持不同控制器泵控設(shè)備的控制

·支持多泵同時控制

·自動監(jiān)聽總控指令

·提供泵控設(shè)備分組控制。

（四）數(shù)據(jù)遠程系統(tǒng)

數(shù)據(jù)遠程傳輸裝置主要實現(xiàn)單車遠程無線數(shù)據(jù)監(jiān)控，主要功能包含系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的監(jiān)控、設(shè)備GPS信息的監(jiān)控、系統(tǒng)報警信息的監(jiān)控。

二、現(xiàn)場應(yīng)用情況

現(xiàn)場試驗、應(yīng)用情況：

現(xiàn)場試驗地點：重慶市涪陵區(qū)礁石鎮(zhèn)82號平臺

現(xiàn)場試驗時間：2018.11.19-2018.11.22

5000型電動壓裂撬已發(fā)運至82號平臺，現(xiàn)場已連接4臺電動壓裂泵橇和12臺柴驅(qū)壓裂車等設(shè)備，通過便攜式遠程控制器可實現(xiàn)單臺或多臺壓裂橇的啟動、調(diào)速、離合、停機等控制功能，也可顯示電機、壓裂泵等系統(tǒng)的故障報警功能，電機轉(zhuǎn)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(tǒng)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(shè)備安全保護。

通過現(xiàn)場施工，充分驗證了設(shè)備的性能，設(shè)備的各項技術(shù)指標達到了設(shè)備設(shè)計要求。設(shè)備操作舒適性、可靠性、穩(wěn)定性高，得到了客戶的肯定。

三、經(jīng)濟效益分析

根據(jù)國內(nèi)外石油行業(yè)分析及評估，結(jié)合此類產(chǎn)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(jié)論及建議

該項目設(shè)備已通過工業(yè)試驗及客戶現(xiàn)場驗收，達到了項目設(shè)定的技術(shù)要求、技術(shù)參數(shù)和技術(shù)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(fā)投資使得我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)得到了突破性進展，已經(jīng)進入到大規(guī)模商業(yè)開發(fā)時期，技術(shù)研發(fā)、裝備制造只有不斷的投入和攻關(guān)才能使我們的產(chǎn)品處于國際國內(nèi)領(lǐng)先水平。隨著油價的上升，大型集中控制中心需求也是持續(xù)攀升。電驅(qū)機組做為國家十三五重大專項勢必為國家能源發(fā)展提供最為強有力的保障，具有戰(zhàn)略性意義。

鑒于該產(chǎn)品各方面的優(yōu)勢，及國內(nèi)外油田對此類產(chǎn)品的需求，該產(chǎn)品的市場前景廣闊。