5000型电动压裂撬控制系统研究

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  摘要:随着世界油气勘探程度在不断提高,条件比较好的常规油气发现的数量及规模在减少,页岩气的开采是当前天然气勘探和开发中增长最快的领域之一,推动了世界能源格局的深刻变化。要开发页岩气资源可能并不难,但要开采页岩气则需要有成本高昂的先进技术。大排量、水力压裂是确保获得足够高产量的唯一途径。制造应用于大型页岩气压裂作业的石油装备具有战略意义。目前作业现场操作空间狭窄、控制系统流程复杂、高压管汇系统风险大、高速的数据分析处理能力差、报警及监控功能空白等难题摆在我们的面前。
  关键词:5000型电动压裂撬;控制系统
  我国自主研发的2500-3000型成套压裂装备在“井工厂”大型压裂中发挥出重要功效。面对深层页岩气开发,现有压裂装备存在功率储备率下降、燃料和易损件消耗高、超高压力施工风险大、噪音和环境污染等问题。研制出一种可适合国内深层页岩气开发的电动压裂装备,脱传统压裂装备以进口发动机、变速箱为动力系统的垄断模式是一次大型压裂装备技术的重大升级,为公司的技术产品提升及压裂工程在深层页岩气上取得突破取得十分积极的作用。
  一、电动压裂撬控制系统分析
  电动压裂撬控制系统主要包括:变频器与电机通讯控制、电气控制、远程控制、数据远程系统等。
  (一)变频器与电机通讯控制
  电动压裂撬VFD采用的是MODBUS通讯协议,电气控制系统采用的是Ethernet/IP通讯协议,二者需要建立通讯关系,并对变频器与电机的所有电机参数、变频器参数、报警信息、控制信息进行数据交互。通过数据分析处理,结合现场施工工艺,实现闭环冗余自动控制系统。
  (二)电气控制技术研究
  电气控制部分包含风机控制、加热器控制、离合器控制、液力端润滑控制、动力端润滑控制、传感器采集系统、数据处理、网络通讯等。
  (三)网络控制技术研究
  便携式远程控制系统是基于赛瓦自动控制系统的、并采用Window应用程序方式、可控制多台及多类泵设备的PC端软件系统。
  主要功能:
  ·支持完整泵撬控制操作
  ·支持各信号配置及校准
  ·支持报警自定设置
  ·支持报警自动提示
  ·提供系统设置功能
  ·支持不同控制器泵控设备的控制
  ·支持多泵同时控制
  ·自动监听总控指令
  ·提供泵控设备分组控制。
  (四)数据远程系统
  数据远程传输装置主要实现单车远程无线数据监控,主要功能包含系统运行数据的监控、设备GPS信息的监控、系统报警信息的监控。
  二、现场应用情况
  现场试验、应用情况:
  现场试验地点:重庆市涪陵区礁石镇82号平台
  现场试验时间:2018.11.19-2018.11.22
  5000型电动压裂撬已发运至82号平台,现场已连接4台电动压裂泵橇和12台柴驱压裂车等设备,通过便携式远程控制器可实现单台或多台压裂橇的启动、调速、离合、停机等控制功能,也可显示电机、压裂泵等系统的故障报警功能,电机转速、压裂泵输出理论排量、实际施工压力、超压保护等显示和安全装置等。
  控制箱面板及便携式远程控制器可实时显示电机、大泵、变频器、系统等各部位报警信息,可通过面板停机控制、操作屏停机控制、面板紧急停机控制、操作屏紧急停机控制以及断电自动停机进行设备安全保护。
  通过现场施工,充分验证了设备的性能,设备的各项技术指标达到了设备设计要求。设备操作舒适性、可靠性、稳定性高,得到了客户的肯定。
  三、经济效益分析
  根据国内外石油行业分析及评估,结合此类产品往年的同类销售情况和对未来市场的预测,预计年销售额1500W。
  四、结论及建议
  该项目设备已通过工业试验及客户现场验收,达到了项目设定的技术要求、技术参数和技术指标。
  随着国家对页岩气的政策支持和石油公司的勘探开发投资使得我国页岩气产业得到了突破性进展,已经进入到大规模商业开发时期,技术研发、装备制造只有不断的投入和攻关才能使我们的产品处于国际国内领先水平。随着油价的上升,大型集中控制中心需求也是持續攀升。电驱机组做为国家十三五重大专项势必为国家能源发展提供最为强有力的保障,具有战略性意义。
  鉴于该产品各方面的优势,及国内外油田对此类产品的需求,该产品的市场前景广阔。
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