畢恩梓,曹衛(wèi)東,陳全柱
(蘭州交通大學自動化與電氣工程學院,甘肅蘭州 730000)
壓裂車組是玉門油田作業(yè)公司購進的主要設備之一,主要包括壓裂泵車、混砂車和儀表車,廣泛用于油、氣、水井的壓裂、酸化作業(yè)。壓裂車組功能是向井內(nèi)注入大排量的高壓液體,使地層形成高導流裂縫,溝通油氣儲集區(qū),擴大供油面積,改變井筒周圍滲流特征,降低滲流阻力,達到提高產(chǎn)量的目的。
目前YLC105-1490 型壓裂泵車的SJ 500 控制系統(tǒng)不穩(wěn)定,SLC500 型CPU 存在丟程序缺陷,易引起壓裂車組控制系統(tǒng)癱瘓,對現(xiàn)場壓裂施工帶來很大安全隱患。該型號CPU 國外廠家已停止生產(chǎn),無法保證供貨,給系統(tǒng)維修帶來極大不便。現(xiàn)有SJ 500 控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)全過程自動化作業(yè),不具備遠程控制功能。因此對YLC105-1490 型壓裂車的控制系統(tǒng)進行升級十分必要。
(1)液位控制不夠精確,當施工排量發(fā)生變化時容易出現(xiàn)抽空或漫罐。
(2)砂比響應速度無法滿足復雜施工響應速度的需要。
(3)控制系統(tǒng)覆蓋不全面,無法完全滿足壓裂作業(yè)的工藝要求。
更換YLC105-1490 型壓裂泵車控制箱內(nèi)的電源模塊、CPU模塊、模擬輸入模塊、模擬輸出模塊、繼電器輸出模塊、直流輸入模塊和網(wǎng)關(guān)。根據(jù)電路圖重新接線,用扎帶扎緊固定(圖1);更換控制箱顯示屏,升級操作軟件(圖2);設置CPU、網(wǎng)關(guān)的IP 地址(圖3);將控制箱側(cè)面的六芯網(wǎng)線接頭,全部更換為五芯網(wǎng)線接頭(圖4),配備一套五芯線輥(圖5)。
圖1 YLC105-1490 型壓裂泵車控制箱
3.2.1 SJX5301THS 型混砂車控制箱改造
更換SJX5301THS 型混砂車控制箱內(nèi)的所有PLC 模塊,控制箱內(nèi)原有12 個輸入/輸出信號模塊,由于空間有限,只安裝7 個輸入/輸出信號模塊(圖6);另增加15 個信號變送器(圖7),將信號轉(zhuǎn)換成PLC 模塊可以接收的信號,根據(jù)電路圖重新接線,用扎帶扎緊固定;更換顯示屏,升級操控軟件;加裝1個24 V 轉(zhuǎn)10 V 的直流變換器(圖8),使控制系統(tǒng)能夠區(qū)分當前處于自動/手動狀態(tài),并在顯示屏顯示(圖9);調(diào)整混砂車控制系統(tǒng)參數(shù),使其符合施工要求。
3.2.2 SJX5301THS 型混砂車傳感器改造
將SJX5301THS 型混砂車原有的超聲波液位計更換為雷達液位計(圖10),加裝緊急開閥控制器,若液位計出現(xiàn)故障,可以關(guān)閉報警裝置,手動開閥。
為使儀表車的控制系統(tǒng)能夠和改造后的混砂車、壓裂泵車的控制系統(tǒng)匹配,需要對儀表車的控制系統(tǒng)進行升級改造。升級儀表車控制箱內(nèi)的CPU 模塊軟件,重設IP地址(圖11);升級車內(nèi)電腦上的泵車操作軟件、壓裂數(shù)據(jù)采集軟件,調(diào)試軟件參數(shù),使其符合施工要求(圖12 和圖13);由于混砂車、壓裂泵車的控制系統(tǒng)變化,更換顯示屏順序,方便員工操作(圖14);給儀表車配備一套五芯信號線輥(圖15)。
圖2 更新顯示屏軟件
圖3 設置網(wǎng)關(guān)、CPU 的IP 地址
圖4 五芯接線頭
圖5 新的五芯信號線輥
圖6 混砂車PLC 模塊
圖7 加裝的15 個信號變送器
(1)本次改造采用美國AB 公司的1756 系列PLC 模塊性能穩(wěn)定,不存在程序丟失問題。PLC 模塊均處于生產(chǎn)狀態(tài),不存在供貨難的問題。
(2)將Logix 1100 模塊更換為CAN 總線網(wǎng)關(guān)模塊,采用SAE J1939 協(xié)議進行通信,該協(xié)議的通信速率可達250 kbps,具有抗干擾能力強、性能穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點。
(3)經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試,YLC105-1490 型壓裂泵車控制系統(tǒng)可以與改造后的混砂車、儀表車控制系統(tǒng)兼容,進行編組配套使用。
(1)混砂車安裝的新顯示屏與舊顯示屏相比,新增砂比顯示參數(shù),新顯示屏反應更迅速,啟動時間只需1 min,而舊顯示屏啟動時間需要3 min。
(2)原先的控制箱內(nèi)PLC 有12 個輸入/輸出信號的模塊,現(xiàn)在只安裝7 個輸入/輸出信號的模塊。同時加裝15 個信號變送器來接收信號,經(jīng)現(xiàn)場操作,控制系統(tǒng)使用正常。
(3)改造后的混砂車控制系統(tǒng)能夠區(qū)分當前處于自動/手動狀態(tài),并在顯示屏顯示。
圖8 加裝的24 V 轉(zhuǎn)10 V 直流變換器(?。?/p>
圖9 新顯示屏
圖10 加裝的雷達液位計
(4)升級改造后的混砂車自動控制系統(tǒng),采用自適應模糊控制算法,能夠?qū)崟r精確控制各項施工參數(shù)和施工作業(yè)階段,并及時應對和處理作業(yè)過程中發(fā)生的各種調(diào)整和變化。
(5)新安裝的雷達液位計相較于原有的超聲波液位計,其工作性能不會受到水蒸汽、粉塵影響,且測量范圍更廣、更能適應復雜工況、精度更高。給雷達液位計加裝手動開閥裝置,若液位計出現(xiàn)故障,可以關(guān)閉報警裝置,緊急開閥。經(jīng)現(xiàn)場試用,雷達液位計工作正常。
(6)經(jīng)現(xiàn)場操作驗證,改造后的混砂車,成功與改造后的壓裂泵車和儀表車進行編組配套使用。
(1)升級后的CPU 軟件和顯示屏操作軟件,響應速度更快、性能更穩(wěn)定。
(2)經(jīng)現(xiàn)場使用,壓裂、酸化的數(shù)據(jù)采集軟件和壓裂泵車操控軟件使用正常,能夠滿足壓裂隊施工要求。
圖11 遠程升級CPU 軟件
圖12 更新顯示屏軟件
圖13 調(diào)試采集軟件參數(shù)
圖14 儀表車內(nèi)操作屏
(3)經(jīng)現(xiàn)場操作驗證,改造后的儀表車,可以與改造后的壓裂泵車、混砂車進行編組配套使用。
(1)此次控制系統(tǒng)升級改造,有效提高了壓裂車組控制系統(tǒng)的自動化、智能化程度,控制系統(tǒng)性能更穩(wěn)定、響應速度更快、精確度更高。為壓裂施工提供了更加安全可靠的設備保障,能夠更好地滿足壓裂施工的需求。
(2)解決了往年壓裂設備控制系統(tǒng)存在的問題,有效降低設備故障率,保證壓裂施工的高質(zhì)量、安全性。
圖15 新?lián)Q的五芯信號線輥