CN110715778B - 一种压裂车变速箱用的自动试压控制方法 - Google Patents

Abstract

一种压裂车变速箱用的自动试压控制方法，包括试压控制器、压裂车整车控制器、发动机控制器和变速箱控制器，试压控制器分别和压裂车整车控制器、发动机控制器、变速箱控制器进行CAN总线连接，利用上述控制器实现自动试压的具体控制方法为，步骤1、试压控制器对试压比例值进行控制，使试压管路内的压力值逐渐增大，步骤2、随着试压管路内的压力值增大，试压控制器发送命令给发动机控制器对发动机转速进行自动调整，直至到达设定的试压压力，实现自动设定而无需人为调整，从而简化了现场工人的操作，同时保证压力增长的平稳控制。

Description

一种压裂车变速箱用的自动试压控制方法

技术领域

本发明涉及石油钻采装备压裂车应用的技术领域，具体说的是一种压裂车变速箱用的自动试压控制方法。

背景技术

压裂车属于油田增产设备，用于向井内注入高压、大排量压裂液，将地层压开并把支撑剂挤入裂缝，使油、气等渗出，主要应用于油、气、水井的各种压裂增产作业，设备能进行单机和联机作业。在压裂现场，压裂车通常以机组形式进行作业（如图2所示），压裂机组排布及连接准备工作做完之后，会将所有管路的阀门打开，将部分或所有车辆启动，发动机怠速变速箱N档，然后将启动的压裂车挂档提升转速向管路中打水，排空管路中的空气，之后将启动的压裂车发动机回到怠速，变速箱刹车。现场确认将要进行的试压工作的管线和试压压力，之后将对应管路的阀门关闭密封待测试。

试压准备工作完成之后，在其中一台压裂车上操作变速箱点动，往密封管路中逐渐的打水使其管路压力逐渐平稳升高，直到管路压力达到设定最高压力，停止打压。该试压过程主要为了确认管路有无泄漏现象，如果试压压力不能平稳上升则说明管路存在泄漏，需要停止试压，处理泄漏点，防止后续工作过程中管路泄漏造成施工事故。

目前压裂车的试压操作主要通过人工手动操作变速箱挂档及调整发动机转速来完成，变速箱挂档主要是在N档和1档之间频繁切换，N档时不传递动力保持当前压力，1档时传递动力可使试压压力升高，但是压力升高的幅度取决于试压管路中当前的压力值、试压管线的长度、单次试压持续的时间以及发动机的转速的大小，后两个参数需要人为去设定及操作，而管路中随着液体体积增加压力升高的过程是一个复杂的动态过程（非线性增长），操作者很难判断这两个因素具体设定多少合适，才能保证压力平稳增长，特别是对于新手操作者。压力增长过快可能会打坏阀门引起事故，增长过慢则会增加试压时间降低施工效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种压裂车变速箱用的自动试压控制方法，实现自动设定而无需人为调整，从而简化了现场工人的操作，同时保证压力增长的平稳控制。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种压裂车变速箱用的自动试压控制方法，包括试压控制器、压裂车整车控制器、发动机控制器和变速箱控制器，试压控制器分别和压裂车整车控制器、发动机控制器、变速箱控制器进行CAN总线连接，利用上述控制器实现自动试压的具体控制方法为：

步骤1、试压控制器对试压比例值进行控制，使试压管路内的压力值逐渐增大

步骤1.1、在试压控制器内设定试压比例值的初始比例值为S%，同时设定增长压力控制范围为F1~F2，设定增长压力控制范围的上下边界，下边界F1’＜ F1且F1’＞0，上边界F2’＞ F2；

步骤1.2、第1次进行试压时，默认按照S%试压比例值进行试压；随着多次试压的进行，根据每次真实增长压力，控制试压比例值变化，具体过程为：

步骤1.2.1、在每一次试压过程中，变速箱控制器控制档位在N档与D1档之间变换，在档位命令由N档变为D1档时，采集1次当前的大泵压力值P1，n秒结束完成一次试压，再将档位命令由D1档变为N档，再采集1次当前的大泵压力值P2，同时计算真实增长压力P3=P2-P1；

步骤1.2.2、将P3值和设定增长压力的上下边界值进行比较：

当P3≤F1’时，试压比例值在当前值的基础上增加10%；

当F1’<P3< F1时，试压比例值在当前值的基础上增加5%；

当F1≤P3≤ F2时，试压比例值保持不变；

当F2<P3< F2’时，试压比例值在当前值的基础上减小5%；

当P3≥ F2’时，试压比例值在当前值的基础上减小10%；

试压比例值范围为0%-100%，当计算值高于100%时保持100%，低于0%时保持0%；以上的过程保证在每次试压结束后能够根据实际压力的变化，计算出下一次试压应该用多大的比例值；

步骤2、随着试压管路内的压力值增大，试压控制器发送命令给发动机控制器对发动机转速进行自动调整

步骤2.1、在试压控制器内设定试压管路内的压力值对应的最优发动机转速表；

步骤2.2、根据当前试压管路内的压力值，将发动机当前的转速按最优发动机转速表调整为对应的转速，同时，将当前的试压比例值降低20%~60%。

本发明有益效果是：本发明可以实现试压时间和发动机转速的自动控制，从而实现一键完成试压，不需要在试压过程中进行人工操作调整

，并且能够保证试压过程中大泵压力的精确控制稳定上升，完全能够满足压裂现场的管路密封测试，同时简化了现场操作人员的操作过程，只需要操作试压按键就可完成试压，不需要考虑其它参数的设定，提高了施工效率。

附图说明

图1为本发明的整车控制器试压操作界面的简化图；

图2为现有技术的控制方案图；

图3为本发明的控制方案图；

图4为本发明的试压控制器硬件系统图；

图中：101、试压控制器，102、试压控制器线缆，103、试压控制器与整车电源连接插头，104、试压控制器与整车CAN总线连接插头。

具体实施方式

一种压裂车变速箱用的自动试压控制方法，包括试压控制器、压裂车整车控制器、发动机控制器和变速箱控制器，试压控制器分别和压裂车整车控制器、发动机控制器、变速箱控制器进行CAN总线连接，试压控制器硬件部分采用美国萨奥丹佛斯公司生产的MC012-110控制单元，其使用电压符合压裂车电瓶供电范围（24V直流），采用CAN总线通讯方式，能够和压裂车整车控制器、发动机控制器以及变速箱控制器进行CAN总线连接，从而简化了系统布线。该MC012-110控制单元能够自主编程，为试压软件功能的实现提供了硬件基础。硬件参数如下：

如图1所示，整车控制器的试压界面整体布局设计如下，界面由客户在压裂车整车控制器上设计，根据需要显示发动力转速、控制按键、当前压力、试压比例值、真实增长压力等信息。点击“试压模式”可进入试压或退出试压。点击“一档试压”可进入逐次的试压，点击一次发送一次持续n秒的D1档命令。

1、利用上述控制器实现自动试压的具体控制方法为：

步骤1、试压控制器对试压比例值进行控制，使试压管路内的压力值逐渐增大

步骤1.1、在试压控制器内设定试压比例值的初始比例值为S%，S%的值可根据工况进行设定，优选20%-30%，同时设定增长压力控制范围为F1~F2，设定增长压力控制范围的上下边界，下边界F1’＜ F1且F1’＞0，上边界F2’＞ F2；例如：设定增长压力范围为2-4Mpa，设定增长压力控制范围的上下边界，下边界1Mpa，上边界5Mpa。

步骤1.2、第1次进行试压时，默认按照S%试压比例值进行试压；随着多次试压的进行，根据每次真实增长压力，控制试压比例值变化，具体过程为：

步骤1.2.1、在每一次试压过程中，变速箱控制器控制档位在N档与D1档之间变换，在档位命令由N档变为D1档时，采集1次当前的大泵压力值P1，n秒结束完成一次试压，试压秒数可设定为4-6秒，再将档位命令由D1档变为N档，再采集1次当前的大泵压力值P2，同时计算真实增长压力P3=P2-P1；

步骤1.2.2、将P3值和设定增长压力的上下边界值进行比较：

当P3≤F1’时，试压比例值在当前值的基础上增加10%；

当F1’<P3< F1时，试压比例值在当前值的基础上增加5%；

当F1≤P3≤ F2时，试压比例值保持不变；

当F2<P3< F2’时，试压比例值在当前值的基础上减小5%；

当P3≥ F2’时，试压比例值在当前值的基础上减小10%；

试压比例值范围为0%-100%，当计算值高于100%时保持100%，低于0%时保持0%；以上的过程保证在每次试压结束后能够根据实际压力的变化，计算出下一次试压应该用多大的比例值；

例如：以设定增长压力范围为2-4Mpa，设定增长压力控制范围的上下边界，下边界1Mpa，上边界5Mpa为例，将P3值和设定增长压力的上下边界值进行比较：

当P3=<1Mpa时，试压比例值在当前值的基础上增加10%；

当1Mpa<P3<2Mpa时，试压比例值在当前值的基础上增加5%；

当2Mpa=<P3<=4Mpa时，试压比例值保持不变；

当4Mpa<P3<5Mpa时，试压比例值在当前值的基础上减小5%；

当P3>=5Mpa时，试压比例值在当前值的基础上减小10%；

步骤2、随着试压管路内的压力值增大，试压控制器发送命令给发动机控制器对发动机转速进行自动调整

步骤2.1、在试压控制器内设定试压管路内的压力值对应的最优发动机转速表；

步骤2.2、根据当前试压管路内的压力值，将发动机当前的转速按最优发动机转速表调整为对应的转速，同时，将当前的试压比例值降低20%~60%。

根据整车的匹配，在发动机每个转速下，变速箱D1档情况下，每个转速都对应有输出的最大压力值，故在试压的过程中，随着大泵压力的提升，当压力接近或超出了当前转速能够承受的范围时，就要及时提升调整发动机的转速值，保证试压效果；

发动机转速的调整控制原理：

首先设定每个转速对应的试压管路内的压力范围，如下表所示，具体范围根据整车匹配或现场测试结果而定；

依据上表中的设定值，在初始进入试压模式后，初始化发动机转速为最低转速800RPM，之后实时检测压力的变化，比如在发动机800RPM下，大泵压力大于等于35Mpa时，自动控制发动机转速提升到900RPM；压力范围之间留出一定的间隔，如5Mpa，主要是为了防止压力波动造成频繁升降转速；

在进行转速调整的过程中，也需要对比例值进行调整，比如在发动机800RPM下，大泵压力大于等于35Mpa，此时比例值为60%，在控制发动机转速提升到900RPM的时候，同时将比例值减少40%（经验值），变为20%，保证不会因为转速的上升比例值未变，造成压力突然上升过大；

此功能和比例值计算功能同步进行，互不干涉。

在实际试压测试过程中，当管路存在泄漏的时候，1次试压过程中，压力会上升后再下降，此时比例值的计算可能存在持续增大的情况，在程序中可以考虑增加泄漏判断的功能；

管路泄漏判断的原理：

首先设定泄漏判断压力范围，比如当1次试压过程中压力变化的最大值和最小值差值大于2Mpa（经验值）时，认为管路存在泄漏，此时试压比例值保持不变；

在进行1次试压过程中，在D1档持续5S的过程中，每隔50ms(经验值)采集记录一次大泵压力值，采用求最大值的算法，得出此过程中大泵压力的峰值，之后用这个最大值和最后1次采集到值相减得到P4值，当P4>2Mpa时，试压比例值保持不变；当P4=<2Mpa时，不进行任何处理；

如果增加此项功能，则其计算试压比例值的优先级高于前面所述的比例值计算功能，即在前述的比例值计算程序中增加一个判断条件，判断是否存在泄漏；

2.现场测试

根据现场测试，设定试压比例值的初始比例值为30%，设定增长压力范围为2-4Mpa，初始化发动机转速为最低转速900RPM，设定每个转速对应的试压管路内的压力范围，如下表所示：

2018年12月09日在川庆井下威202h15压裂平台进行实际使用测试，测试数据如下：

测试结论：由测试曲线和数据可知，试压控制器能够实现对于试压压力的精确平稳控制，试压过程中控制泵压增长变化在4Mpa以下；由曲线可以看出，按本发明方法，整个试压过程自动调整，直至达到规定的试压压力。

Claims (1)

1.一种压裂车变速箱用的自动试压控制方法，其特征在于：包括试压控制器、压裂车整车控制器、发动机控制器和变速箱控制器，试压控制器分别和压裂车整车控制器、发动机控制器、变速箱控制器进行CAN总线连接，利用上述控制器实现自动试压的具体控制方法为：

步骤1、试压控制器对试压比例值进行控制，使试压管路内的压力值逐渐增大；

步骤1.1、在试压控制器内设定试压比例值的初始比例值为S%，同时设定增长压力控制范围为F1~F2，设定增长压力控制范围的上下边界，下边界F1’＜ F1且F1’＞0，上边界F2’＞F2；

步骤1.2、第1次进行试压时，默认按照S%试压比例值进行试压；随着多次试压的进行，根据每次真实增长压力，控制试压比例值变化，具体过程为：

步骤1.2.1、在每一次试压过程中，变速箱控制器控制档位在N档与D1档之间变换，在档位命令由N档变为D1档时，采集1次当前的大泵压力值P1，n秒结束完成一次试压，再将档位命令由D1档变为N档，再采集1次当前的大泵压力值P2，同时计算真实增长压力P3=P2-P1；

步骤1.2.2、将P3值和设定增长压力的上下边界值进行比较：

当P3≤F1’时，试压比例值在当前值的基础上增加10%；

当F1’<P3< F1时，试压比例值在当前值的基础上增加5%；

当F1≤P3≤ F2时，试压比例值保持不变；

当F2<P3< F2’时，试压比例值在当前值的基础上减小5%；

当P3≥ F2’时，试压比例值在当前值的基础上减小10%；

试压比例值范围为0%-100%，当计算值高于100%时保持100%，低于0%时保持0%；步骤1.2.2的过程保证在每次试压结束后能够根据实际压力的变化，计算出下一次试压应该用多大的比例值；

步骤2、随着试压管路内的压力值增大，试压控制器发送命令给发动机控制器对发动机转速进行自动调整；

步骤2.1、在试压控制器内设定试压管路内的压力值对应的最优发动机转速表；

步骤2.2、根据当前试压管路内的压力值，将发动机当前的转速按最优发动机转速表调整为对应的转速，同时，将当前的试压比例值降低20%~60%。

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