一種新型壓裂車的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想

胡 誠（重慶大學(xué)光電工程學(xué)院，重慶400044）

胡述龍（長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

一種新型壓裂車的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想

胡 誠（重慶大學(xué)光電工程學(xué)院，重慶400044）

胡述龍（長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

針對(duì)一種新型壓裂車電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，提出了其中電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想?？刂葡湓O(shè)計(jì)分為臺(tái)上控制箱（用于發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱、大泵的狀態(tài)參數(shù)顯示及發(fā)動(dòng)機(jī)起停等簡單控制）和單車手動(dòng)遠(yuǎn)控箱（用于壓裂作業(yè)時(shí)遠(yuǎn)距離控制單臺(tái)壓裂泵車）；電控部分設(shè)計(jì)分為電源（采用底盤車電瓶提供主控箱、加熱器、照明和發(fā)動(dòng)機(jī)共4路直流電源）和監(jiān)控（能監(jiān)測到發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱和大泵的報(bào)警信號(hào)）。

壓裂；壓裂車；電氣控制系統(tǒng)；電控系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；功能設(shè)計(jì)

壓裂、酸化施工作業(yè)是改造油氣藏的重要手段之一。壓裂施工是通過注入高壓流體使井底地層形成具有足夠大的填砂裂縫，以增加油氣的流動(dòng)性，是提高油氣采收率的一種行之有效的方法；對(duì)于低滲透油氣井，需要借助于壓裂、酸化作業(yè)才能達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)的目的。

進(jìn)行壓裂施工作業(yè)需要成套的壓裂設(shè)備［1］，其中最重要的設(shè)備之一是壓裂車，而壓裂車中的電氣控制系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。一種新型壓裂車電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是，系統(tǒng)由臺(tái)上控制箱、儀表箱、單車手動(dòng)遠(yuǎn)控箱以及各傳感器、插接件等組成；系統(tǒng)需具備泵車車臺(tái)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、車臺(tái)遠(yuǎn)控啟動(dòng)互鎖、一鍵回怠、車臺(tái)遠(yuǎn)控雙停機(jī)等新型實(shí)用功能；要比以往的電氣控制系統(tǒng)更符合油田現(xiàn)場作業(yè)要求，安全性更高，功能更強(qiáng)大，操作更便捷。下面提出其中電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想。

1 控制箱設(shè)計(jì)要素

1.1 臺(tái)上控制箱

臺(tái)上控制箱應(yīng)安裝于主駕駛室一側(cè)，主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱、大泵的狀態(tài)參數(shù)顯示以及發(fā)動(dòng)機(jī)起停等簡單控制，便于實(shí)現(xiàn)在非作業(yè)狀態(tài)時(shí)不需要連接遙控箱而只需要啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的簡單操作的要求，并在作業(yè)時(shí)為巡視泵的工作人員提供可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱、大泵的溫度和壓力數(shù)據(jù)。

臺(tái)上控制箱是電控系統(tǒng)的心臟所在之處，其中容納了核心的電氣控制元件，各種信號(hào)的輸入輸出與控制命令的完成都依托于該控制箱。箱內(nèi)可安裝各種端子以及繼電器、放大器、開關(guān)電源、啟動(dòng)繼電器；箱體左側(cè)設(shè)置70芯插座、40芯插座、35芯插座各1個(gè)；箱體右側(cè)懸掛1個(gè)機(jī)械儀表箱，內(nèi)置啟動(dòng)油壓表1塊、盤根潤滑氣壓表1塊、盤根潤滑氣壓調(diào)節(jié)閥1個(gè)。臺(tái)上控制箱應(yīng)為不銹鋼材料，并采用背部懸掛式鋼絲繩減震器，以確保箱內(nèi)的電氣元件安全不受損壞。該控制箱應(yīng)為密閉防水防塵，防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到54級(jí)別；箱內(nèi)接線要有清晰的標(biāo)記，以便檢修。

1.2 單車手動(dòng)遠(yuǎn)控箱

單車手動(dòng)遠(yuǎn)控箱用于壓裂作業(yè)時(shí)遠(yuǎn)距離控制單臺(tái)壓裂泵車。由于壓裂作業(yè)時(shí)排出口壓力高，危險(xiǎn)性較大，遠(yuǎn)控箱可以實(shí)現(xiàn)壓裂車的遠(yuǎn)程采集與控制［2］。單車手動(dòng)遠(yuǎn)控箱可以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)壓裂車的啟動(dòng)、停機(jī)、油門調(diào)節(jié)、換檔、解鎖、故障檢測、一鍵怠速等控制功能，還可以采集到發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱、大泵的故障報(bào)警與液力端低潤滑油位報(bào)警、超壓報(bào)警、傳動(dòng)箱鎖定等各部件狀態(tài)，以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、大泵瞬時(shí)排量與累積排量、大泵排出壓力值，并且通過儀表的設(shè)置還可以實(shí)現(xiàn)超壓報(bào)警、超壓回怠空檔剎車的功能。

單車手動(dòng)遠(yuǎn)控箱可采用具有防振、防潮功能的進(jìn)口藍(lán)色箱體，可以有效保護(hù)箱內(nèi)電氣元件不易受損。連接遠(yuǎn)控箱的電纜可采用進(jìn)口抗拉拽電纜，耐油性能好，適合油田使用；電纜插座應(yīng)配有防雨蓋，電纜插頭采用35芯，電纜總長應(yīng)大于40m。

2 電控部分設(shè)計(jì)內(nèi)容

該電氣控制系統(tǒng)具體由臺(tái)上控制器、臺(tái)上潤滑控制系統(tǒng)、臺(tái)上加熱器、底盤電瓶、照明裝置、遠(yuǎn)程控制器、外圍傳感器以及配套插接件等組成。其中電控系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱、大泵三大件的儀表和報(bào)警顯示以及相關(guān)控制裝置，要求它們能獨(dú)立完成設(shè)備測試和壓裂作業(yè)的所有操作。

2.1 電源部分

電控系統(tǒng)的電源部分采用底盤車電瓶提供24～27V左右的直流電源，發(fā)動(dòng)機(jī)自帶的直流發(fā)電機(jī)以及底盤車均能為底盤電瓶充電。遵照安全用電原則，每一條電路都是先開關(guān)、后保險(xiǎn)再至各個(gè)用電裝置，保險(xiǎn)為被保護(hù)端的最大額定電流的1.5倍。從電瓶可分出4條供電線路：

第1路為主控箱電源。通過開關(guān)電源的穩(wěn)壓輸出：24V直流給本地以及遠(yuǎn)程的控制面板，12V直流給檔位開關(guān)線圈、鎖定指示燈以及放大器。

第2路為加熱器電源。該電源除了可以控制加熱器是否工作外，還能輸出信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑控制系統(tǒng)，便于發(fā)動(dòng)機(jī)啟車前通過潤滑油泵泵油得以預(yù)潤滑，可以有效延長發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。

第3路為照明用電。該線路通過開關(guān)控制后給5盞照明燈供電，其中2盞置于發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇頂部兩側(cè)，還有2盞置于變速箱頂部兩側(cè)，另外1盞置于大泵頂部，照明范圍可覆蓋整臺(tái)壓裂車，以便于夜間作業(yè)。

第4路為發(fā)動(dòng)機(jī)電源。車載發(fā)動(dòng)機(jī)為卡特3512B型電控發(fā)動(dòng)機(jī)，自帶1套電腦控制模塊；為保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，必須通過一個(gè)40芯插頭給其電控模塊輸入電瓶電壓。

2.2 監(jiān)控部分

電控系統(tǒng)的監(jiān)控部分能監(jiān)測到的報(bào)警信號(hào)有如下幾種：

1）大泵報(bào)警信號(hào)，包括高油溫和低油壓報(bào)警。

2）傳動(dòng)箱報(bào)警信號(hào)，包括高油溫和低油壓報(bào)警。

3）發(fā)動(dòng)機(jī)故障信號(hào)，包括高水溫和低油壓等，可以參照發(fā)動(dòng)機(jī)故障代碼表。

4）液力端報(bào)警信號(hào)，主要是低潤滑油位報(bào)警。

5）超壓報(bào)警信號(hào)，主要是大泵排出口壓力超過設(shè)定值。

監(jiān)控部分的控制對(duì)象主要是發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱和大泵。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制是通過輸出對(duì)應(yīng)信號(hào)給ECM模塊來實(shí)現(xiàn)的，主要有發(fā)動(dòng)機(jī)的啟停、急停和油門調(diào)節(jié)。對(duì)傳動(dòng)箱的控制主要是換擋與解鎖，通過給不同的檔位電磁閥通斷電來實(shí)現(xiàn)N-7檔間的切換；另外，鎖定指示和解鎖開關(guān)為安全換檔提供保證。對(duì)大泵的控制主要是通過大泵的狀態(tài)參數(shù)（溫度、壓力、排量）顯示，對(duì)大泵的高油溫、低油壓及排出口壓力超過設(shè)定值進(jìn)行控制。

［1］袁旭軍，吳漢川.從我國壓裂市場現(xiàn)狀談大型壓裂機(jī)組的研制 ［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2010，32（3）：383～385.

［2］馬秀軍，紀(jì)友芳.壓裂車組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2010，18（11）：2497～2498，2513.

Development of ZJ30Self-tightened Guyline Drilling Unit

GUO Deng-ming，HUANG Tong-lin，LU Ying-na（Authors'Address：College of Mechanical Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

On the basis of XJ550self-tightened guyline workover rig，an innovative self-tightened design was conducted on ZJ30drill rig.Traditional design of 4wind-proof guylines were avoided，its wind-loading guylines were fixed on the derrick base and the guyline support of the folding drilling floor，the internal loading guyline was fixed on the chassis and the crossing guyline of racking platform was fixed on the guying stand of folding drilling floor.The main advantage is not need for anchor pit and pile，therefore it occupies less operation area，by which environmental protection and operation safety are obtained for rapid and high efficient drillings.

truck-mounted drill rig；self-tightened guyline；electronic warming for deviation

TE934.202

A

1000-9752（2012）04-0156-02

2012-02-10

胡誠（1991-），男，2009年大學(xué)入學(xué)，現(xiàn)主要從事光電信息工程方面的學(xué)習(xí)工作。

［編輯］ 蘇開科