一种新型压裂车的电控系统设计构想

胡 诚（重庆大学光电工程学院，重庆400044）

胡述龙（长江大学机械工程学院，湖北 荆州434023）

一种新型压裂车的电控系统设计构想

胡 诚（重庆大学光电工程学院，重庆400044）

胡述龙（长江大学机械工程学院，湖北 荆州434023）

针对一种新型压裂车电气控制系统的设计要求，提出了其中电控系统的设计构想。控制箱设计分为台上控制箱（用于发动机、传动箱、大泵的状态参数显示及发动机起停等简单控制）和单车手动远控箱（用于压裂作业时远距离控制单台压裂泵车）；电控部分设计分为电源（采用底盘车电瓶提供主控箱、加热器、照明和发动机共4路直流电源）和监控（能监测到发动机、传动箱和大泵的报警信号）。

压裂；压裂车；电气控制系统；电控系统；结构设计；功能设计

压裂、酸化施工作业是改造油气藏的重要手段之一。压裂施工是通过注入高压流体使井底地层形成具有足够大的填砂裂缝，以增加油气的流动性，是提高油气采收率的一种行之有效的方法；对于低渗透油气井，需要借助于压裂、酸化作业才能达到稳产和增产的目的。

进行压裂施工作业需要成套的压裂设备［1］，其中最重要的设备之一是压裂车，而压裂车中的电气控制系统起着举足轻重的作用。一种新型压裂车电气控制系统的设计要求是，系统由台上控制箱、仪表箱、单车手动远控箱以及各传感器、插接件等组成；系统需具备泵车车台启动发动机、车台远控启动互锁、一键回怠、车台远控双停机等新型实用功能；要比以往的电气控制系统更符合油田现场作业要求，安全性更高，功能更强大，操作更便捷。下面提出其中电控系统的设计构想。

1 控制箱设计要素

1.1 台上控制箱

台上控制箱应安装于主驾驶室一侧，主要用于发动机、传动箱、大泵的状态参数显示以及发动机起停等简单控制，便于实现在非作业状态时不需要连接遥控箱而只需要启动发动机的简单操作的要求，并在作业时为巡视泵的工作人员提供可靠的发动机、传动箱、大泵的温度和压力数据。

台上控制箱是电控系统的心脏所在之处，其中容纳了核心的电气控制元件，各种信号的输入输出与控制命令的完成都依托于该控制箱。箱内可安装各种端子以及继电器、放大器、开关电源、启动继电器；箱体左侧设置70芯插座、40芯插座、35芯插座各1个；箱体右侧悬挂1个机械仪表箱，内置启动油压表1块、盘根润滑气压表1块、盘根润滑气压调节阀1个。台上控制箱应为不锈钢材料，并采用背部悬挂式钢丝绳减震器，以确保箱内的电气元件安全不受损坏。该控制箱应为密闭防水防尘，防护等级应达到54级别；箱内接线要有清晰的标记，以便检修。

1.2 单车手动远控箱

单车手动远控箱用于压裂作业时远距离控制单台压裂泵车。由于压裂作业时排出口压力高，危险性较大，远控箱可以实现压裂车的远程采集与控制［2］。单车手动远控箱可以实现单台压裂车的启动、停机、油门调节、换档、解锁、故障检测、一键怠速等控制功能，还可以采集到发动机、传动箱、大泵的故障报警与液力端低润滑油位报警、超压报警、传动箱锁定等各部件状态，以及发动机转速、大泵瞬时排量与累积排量、大泵排出压力值，并且通过仪表的设置还可以实现超压报警、超压回怠空档刹车的功能。

单车手动远控箱可采用具有防振、防潮功能的进口蓝色箱体，可以有效保护箱内电气元件不易受损。连接远控箱的电缆可采用进口抗拉拽电缆，耐油性能好，适合油田使用；电缆插座应配有防雨盖，电缆插头采用35芯，电缆总长应大于40m。

2 电控部分设计内容

该电气控制系统具体由台上控制器、台上润滑控制系统、台上加热器、底盘电瓶、照明装置、远程控制器、外围传感器以及配套插接件等组成。其中电控系统包括发动机、传动箱、大泵三大件的仪表和报警显示以及相关控制装置，要求它们能独立完成设备测试和压裂作业的所有操作。

2.1 电源部分

电控系统的电源部分采用底盘车电瓶提供24～27V左右的直流电源，发动机自带的直流发电机以及底盘车均能为底盘电瓶充电。遵照安全用电原则，每一条电路都是先开关、后保险再至各个用电装置，保险为被保护端的最大额定电流的1.5倍。从电瓶可分出4条供电线路：

第1路为主控箱电源。通过开关电源的稳压输出：24V直流给本地以及远程的控制面板，12V直流给档位开关线圈、锁定指示灯以及放大器。

第2路为加热器电源。该电源除了可以控制加热器是否工作外，还能输出信号给发动机润滑控制系统，便于发动机启车前通过润滑油泵泵油得以预润滑，可以有效延长发动机使用寿命。

第3路为照明用电。该线路通过开关控制后给5盏照明灯供电，其中2盏置于发动机风扇顶部两侧，还有2盏置于变速箱顶部两侧，另外1盏置于大泵顶部，照明范围可覆盖整台压裂车，以便于夜间作业。

第4路为发动机电源。车载发动机为卡特3512B型电控发动机，自带1套电脑控制模块；为保证发动机正常工作，必须通过一个40芯插头给其电控模块输入电瓶电压。

2.2 监控部分

电控系统的监控部分能监测到的报警信号有如下几种：

1）大泵报警信号，包括高油温和低油压报警。

2）传动箱报警信号，包括高油温和低油压报警。

3）发动机故障信号，包括高水温和低油压等，可以参照发动机故障代码表。

4）液力端报警信号，主要是低润滑油位报警。

5）超压报警信号，主要是大泵排出口压力超过设定值。

监控部分的控制对象主要是发动机、传动箱和大泵。对发动机的控制是通过输出对应信号给ECM模块来实现的，主要有发动机的启停、急停和油门调节。对传动箱的控制主要是换挡与解锁，通过给不同的档位电磁阀通断电来实现N-7档间的切换；另外，锁定指示和解锁开关为安全换档提供保证。对大泵的控制主要是通过大泵的状态参数（温度、压力、排量）显示，对大泵的高油温、低油压及排出口压力超过设定值进行控制。

［1］袁旭军，吴汉川.从我国压裂市场现状谈大型压裂机组的研制 ［J］.石油天然气学报，2010，32（3）：383～385.

［2］马秀军，纪友芳.压裂车组远程监控系统设计 ［J］.计算机测量与控制，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

胡诚（1991-），男，2009年大学入学，现主要从事光电信息工程方面的学习工作。

［编辑］ 苏开科