探析2500 型压裂车电气自动控制系统的设计与应用

叶定兵，张洪光，高洪山，马程，苑承波

（渤海石油装备制造有限公司中成装备制造分公司，天津 300280）

压裂车相关产品，是依照我国油田现场的实际情况，地质环境、施工工艺等相关要求制定的一种高端压裂装备，优势特征非常突出，如压力比较强、排量和功率大、抗腐蚀性以及耐磨性非常强，可连续持续进行作业。当前，因为对各类油田的开发规模越来越大，导致现场对压裂设备的施工作业提出了非常严格的要求。在国际上，压裂设备的发展方向越来越向多功能以及自动化方向发展，我国为了跟上国际发展脚步，对压裂设备进行一系列的研究，其中50-140MPA 的压裂车研究成功，为油田的施工作业产生了巨大的促进作用，但很多技术还需要进一步完善，与国际水平进行比较，还有很大的上升空间。

1 压裂车2500 型简介

2500 型压裂车的成功研发，使我国的技术更加适应国际市场的需求，对于在特殊条件下非常规能源的开采有了重大突破，可对其进行有效开采，所以对该压裂车已经进行了生产和推广，取得的效果十分理想。2500 型压裂车中的电气自动控制系统，包括车台远程启动互锁、远程启动发动机以及车胎远控双停机等很多新兴功能，受到了使用者的高度好评。

1.1 结构分析

2500 型压裂车的组成有2 大部分，其一为底盘车、其二为上装设备。在底盘车中，除了具备将整车进行移动的功能以外，还为发动机启动液压系统提供了动力；在上装设备当中，属于压裂车进行作业的部分，其构成会更加复杂一些，包括电路和气路系统、液压和控制系统等。

1.2 压裂车的具体工作原理

压裂车在工作过程中，会利用发动机驱动车台发动机对马达进行启动，是车台发动机进行运转，产生相应的动力，以便利用液力传动箱以及传动轴对压裂泵的动力端传动动力，这样压裂泵在动力驱动的作用下进行运转；压裂液又混砂车供给，利用吸入管将压裂泵吸入，以此实现增压的效果，之后在高压的环境中，依着管道排入井下实施相应的压裂工作。

2 电气控制系统设计

2.1 本地制动控制箱

本地制动控制箱的安装，通常情况下会在驾驶室的左侧，可进行单机作业以及2 台和2 台以上设备的联机作业。在实际应用的过程中，本地制定控制箱可以启动和停止作业车，并调整档速，使压裂泵以传动箱等功能部件产生的变化适时安全预警，实现了超压保护等相关功能。在开始作业前，需要使用数据线串联好不同的设备，以便设备之间能够形成操作压裂车作业的环形网络，利用该网络可以对发动机、传动箱等参数和信号进行双向共享。并且可结合实际的作业流程，联机操作单车或者多车编组。但是，在正式操作前，要结合相应的作业要求，对具体的工作流程进行分阶段编制，这样才能更好地实现压力的自动化控制等工作。在正式进行作业的过程中，还可借助在控制箱当中的数据采集口，与计算机系统进行连接，以便对联机作业参数进行采集和打印，其中可以通过仪表车将该项工作完成。

在电气控制系统当中，本地制动控制箱属于非常核心的系统，其中包括了控制电气的元件、信号的输入和输出以及相应的控制命令。在制动控制箱当中，还存在不同的端子以及继电器，交换机、PLC 以及信号处理设备等。在该箱体的一侧会安装插座，并且在控制箱中，相应的接线都会有具体的标识。同时，该箱体还有防潮和防震的功能。

2.2 台上仪表箱

该仪表箱中的控制以及开关、仪表等都有相应的中文标识，一般会在车台的左侧对仪表箱进行固定。台上仪表箱可应用于对液路仪表以及气路仪表的安装工作，其中包括：

大泵油压表：利用直感的形式，对压力泵动力端润滑油压的实际大小进行指示。

传动箱油压表：利用直感的形式，对传动箱润滑油压的实际大小进行指示。

传动箱油温表：利用直感的形式，对传动箱润滑油温的实际大小进行指示。

发动机油压表：利用直感的形式，对发动机润滑油压的实际大小进行指示。

发动机水温表：利用直感的形式，对发动机润滑油温的实际大小进行指示。

启动油压表：利用直感的形式，对油泵的油压高低进行观察。

风扇主油压表：可对风扇主油泵的油压值进行指示。

风扇补油压表：可对风扇补油泵的油压值进行指示。

2.3 台上控制箱

在台上的控制箱中，有多种电气显示仪表以及电气元件等。通常情况下，会将其在车台的左侧进行固定，为了方便相关的维修和检查工作，会标记所有的接线以及接头。其中，面板当中的主要元件有发动机综合显示仪、传动箱综合显示仪、气压表、电压表、主控箱电源熔断器、照明灯熔断器、控制系统电源开关、加热器开关、散热风扇等。

2.4 远程控制箱

远程控制箱在实施压裂作业中应用于距离控制单机的工作，可以由多台机设备进行联机操作。因为在实施压裂作业的过程中，排出口的压力比较高，存在一定的危险性，应用远程控制系统可使压裂车实现远程采集工作，并完成自动控制。远程控制系统可针对单台压裂车进行换挡、停机等工作，并且还能对不同部件的工作状态，如传动箱、超压报警等数据进行采集。

远程控制箱中应用的平板电脑，体积不大，所以携带十分方便，并且有着防震和防潮的功能，相应的操作界面可以与台上控制箱电脑设备进行同步使用，并使各个数据利用数据线始终处于连通的状态中，应用设备的串联连接产生环形网络。每台设备当中的传动箱以及发动机信号等都可利用网络实现相互传递，这样便完成了数据之间的共享，并使数据保持在同步的状态中，使压裂车及时在高压的环境中工作，也能确保工作人员的人身安全，避免了安全事故的发生。

3 应用效果分析

针对2500 型压裂车的实验，共实施了2 个阶段的试验，共2 个月的试验时间。实现了很多压裂工艺，其中包括解堵井以及评价井等。其中，利用在施工现场实施的压裂作业，对压力车的性能以及特征进行了全面的验证分析，其中包括的主要特征有：

（1）2500 型压裂车在正式作业过程中，输出的压力非常理想，排量十分稳定并且充沛，换挡操作十分灵活，有着强劲的动力。在较长时间的作业中，展现出来的稳定性依然很强。2500 型压裂车体现出来的稳定性，与油气开采的要求和需求非常吻合。

（2）在压裂施工作业中，分别针对井口压力产生变化以及换挡排量产生变化的环境进行了试验，但无论是压力还是排量，2500 型压裂车都展现出了强大的稳定性和可靠性，在对各项指标性能进行采集时，发现每项指标都在规定的范围当中。此外，在施工当中，2500 型压裂车还展现出了超强的稳定性，没有晃动的情况产生。

（3）该压裂车的越野性能也非常理想，在施工现场路况非常复杂的情况下，展现出惊人的越野能力，有着非常出色的表现，并且动力非常充沛，转弯的半径也比较小。

2500 型压裂车的压力比较高，排量和功率大、抗腐蚀性以及耐磨性非常强，可连续持续进行作业。并且在实际操作的过程中，有着灵活性和方便性的特征，功能强大、完善，具备一定的越野能力。可满足路况复杂，大排量以及超高压的环境作业需求，是非常成熟稳定的压裂车。

4 结语

总之，2500 型压裂车设备属于一种新型的车装设备，在我国路况环境不好的油田中应用，起到了很大的价值作用，非常适合在崎岖以及多风沙的道路中应用。2500 型压裂车的设计和生产应用了当前国际最先进的技术，可满足长时间的作业需求，并且压力比较高，排量和功率大、抗腐蚀性以及耐磨性非常强，利用对高端产品的配置，使装备的能力有了很大的提升，与其他的压裂车进行比较，工作效率提升了15%左右，是非常理想的压裂车。