CN205154124U - 压裂泵车控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种压裂泵车控制系统，压裂泵车上设置有底盘发动机、车台发动机、液力传动箱、压裂泵、触摸屏、PLC、交换机、网关、变速器控制模块、发动机控制模块、DO模块、DI模块、AI模块和控制箱，压裂泵的压裂液吸入管连接到混砂车的压裂液排出口，压裂泵的高压排出管接入气井内，触摸屏、网关和PLC均与交换机通信连接，变速器控制模块和发动机控制模块均与网关连接，PLC、DO模块、DI模块和AI模块依次串联，AI模块与压裂泵的多个传感器连接，DO模块和DI模块均与控制箱连接。本实用新型能单机进行施工作业，也可以多台设备组成机组与其它设备实现联机作业，控制方式统一性高，降低了施工难度，提高了机组压力，在高压区块也能够进行压裂改造。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油天然气技术领域，尤其涉及一种压裂泵车控制系统。
背景技术
国内油田在用设备中60％以上用1800型和2000型压裂车，其中进口设备占50％。
在我国西部油气田多达10台以上的2000型压裂车进行联合作业已经较为普及，连续工作时间达到4h，但是由于设备较多，控制方式不统一造成施工难度的增大。
大型施工中由于设备有限，造成发动机长时间满负荷工作，发动机如果长时间在满功率状况下工作将缩短其使用寿命，所以在实际压裂作业过程中，通常需要配置更多的备用设备以提高施工作业的安全性，但是受到井场地域和面积的限制，会给施工带来诸多的困难。
压裂设备长时间在高压环境下施工作业将加剧压裂泵损坏，降低施工作业的安全性。如果将设备的最高工作压力提高到140MPa，可以降低设备的运行区间，提高设备的使用寿命和施工作业的安全性，但是，由于受作业设备的限制，国内油气田在开发过程中当施工压力超过95MPa以上的井，只能采取放弃压裂的方式，造成在我国西南地区的高压区块目前不能进行压裂改造。
综上所述，传统技术的存在以下缺陷：
1、设备多、控制方式不统一造成施工难度增大；
2、传统压裂泵车多采用单机进行施工作业，泵车控制系统很少可以实现多台设备组成机组并和其他设备联机作业；
3、高压施工作业需要大型装备，受作业设备限制，国内油气田在开发过程中当施工压力超过95MPa时，只能采取弃压裂的方式，造成高压区块目前不能进行压裂改造。
实用新型内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种压裂泵车控制系统。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
一种压裂泵车控制系统，所述压裂泵车上设置有底盘发动机、车台发动机、液力传动箱、压裂泵、触摸屏、PLC、交换机、网关、变速器控制模块、发动机控制模块、DO模块、DI模块、AI模块和控制箱，所述底盘发动机的动力驱动端与所述车台发动机的马达驱动端连接，所述压裂泵设置有压裂泵动力输入轴，所述车台发动机的动力输出端通过液力传动箱与所述压裂泵动力输入轴连接，所述压裂泵的压裂液吸入管连接到混砂车的压裂液排出口，所述压裂泵的高压排出管接入气井内，所述触摸屏、所述网关和所述PLC均与所述交换机通信连接，所述变速器控制模块和所述发动机控制模块均与所述网关连接，所述PLC、所述DO模块、所述DI模块和所述AI模块依次串联，所述AI模块与所述压裂泵的多个传感器连接，所述DO模块和所述DI模块均与所述控制箱连接。
进一步地，所述控制箱设置有超压报警灯、启动继电器、空挡继电器、运行继电器、急停继电器、传动箱报警灯、大泵校准器、大泵报警灯、启动按钮和运行按钮，所述超压报警灯、所述启动继电器、所述空挡继电器、所述运行继电器、所述急停继电器、所述传动箱报警灯、所述大泵校准器和所述大泵报警灯均与所述DO模块连接，所述启动按钮和所述运行按钮均与所述DI模块连接。
进一步地，所述压裂泵设置有液压油温传感器、大泵油压传感器、大泵油温传感器、大泵压力传感器和柴油箱油位传感器，所述液压油温传感器、所述大泵油压传感器、所述大泵油温传感器、所述大泵压力传感器和所述柴油箱油位传感器均与所述AI模块连接。
进一步地，所述PLC、所述DO模块、所述DI模块和所述AI模块之间均通过背板总线连接。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型可以单机进行施工作业，也可以多台设备组成机组与其它设备实现联机作业，控制方式统一性高，降低了施工难度，提高了机组压力，在高压区块也能够进行压裂改造。
附图说明
图1是本实用新型所述压裂泵车控制系统的结构原理示意框图；
图2是本实用新型所述压裂泵车控制系统的控制网络示意框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1和图2所示，压裂泵车上设置有底盘发动机、车台发动机、液力传动箱、压裂泵、触摸屏、PLC、交换机、网关、变速器控制模块、发动机控制模块、DO模块、DI模块、AI模块和控制箱，底盘发动机的动力驱动端与车台发动机的马达驱动端连接，压裂泵设置有压裂泵动力输入轴，车台发动机的动力输出端通过液力传动箱与压裂泵动力输入轴连接，压裂泵的压裂液吸入管连接到混砂车的压裂液排出口，压裂泵的高压排出管接入内，触摸屏、网关和PLC均与交换机通信连接，变速器控制模块和发动机控制模块均与网关连接，PLC、DO模块、DI模块和AI模块依次串联，AI模块与压裂泵的多个传感器连接，DO模块和DI模块均与控制箱连接，PLC、DO模块、DI模块和AI模块之间均通过背板总线连接。
控制箱设置有超压报警灯、启动继电器、空挡继电器、运行继电器、急停继电器、传动箱报警灯、大泵校准器、大泵报警灯、启动按钮和运行按钮，超压报警灯、启动继电器、空挡继电器、运行继电器、急停继电器、传动箱报警灯、大泵校准器和大泵报警灯均与DO模块连接，启动按钮和运行按钮均与DI模块连接。
压裂泵设置有液压油温传感器、大泵油压传感器、大泵油温传感器、大泵压力传感器和柴油箱油位传感器，液压油温传感器、大泵油压传感器、大泵油温传感器、大泵压力传感器和柴油箱油位传感器均与AI模块连接。
本实用新型所述压裂泵车控制系统，底盘发动机、车台发动机、液力传动箱和压裂泵均安装在压裂泵车上，压裂泵车的工作原理是通过底盘发动机动力驱动车台发动机的启动马达，使车台发动机工作；车台发动机所产生的动力，通过液力传动箱和传动轴传到压裂泵动力输入轴，驱动压裂泵进行工作；混砂车供给的压裂液由吸入管汇进入压裂泵，经过压裂泵增压后由高压排出管排出，注入气井下实施压裂作业。
压裂泵车控制网络主要由触摸屏、PLC、交换机、Ethernet/IP转J1939、发动机控制模块、变速器控制模块、DI模块、DO模块和AI模块等组成。其中触摸屏选用ABpanelviewplus61500触屏，PLC选用AB1769-L24ER-QBFC1B，交换机选用EDS－508A，网关为AB7665-C。
压裂泵车控制主要包括发动机控制、液力传动箱控制、压裂泵控制、冷却系统控制、润滑系统控制、加热系统控制、气压系统控制等。此部分主要对发动机、液力传动箱和压裂泵进行控制。
发动机控制(除启动外)和液力传动箱的控制都是通过J1939总线协议控制，PLC通过Ethernet/IP转J1939去读取和发送ECM和TCM中的各种仪表指示和控制命令，将发动机和液力传动箱中的数据读取到触摸屏显示；把触摸屏设置的值发送到ECM(发动机控制模块)和TCM(变速器控制模块)控制发动机和液力传动箱。
压裂泵的控制都只是对大泵参数的监测不需要对它做出相应的动作，压裂泵液压油温、大泵油压、大泵油温、大泵压力通过L24ER的模拟输入PLC，柴油箱油位信号通过扩展模拟量模块1769－IF4输入PLC。
压裂泵车控制模式有手动控制模式、定排量控制模式和定压力控制模式。
手动控制模式
手动控制模式通过手动控制箱控制压裂泵车。
定排量控制模式
压裂泵车定排量自动控制就是将某些压裂泵车设置为自动定排量模式，然后设定一个排量值，设置为自动定排量模式的压裂泵车将根据设定的排量值自动调节档位和油门，让机组内所有大泵实际瞬时排量之和达到设定的排量，作业过程中参与工作的压裂泵车出现故障后，设置为自动的定排量的压裂泵车能自动提高排量，维持机组内所有压裂泵车的瞬时排量之和为设定排量。
定压力控制模式
压裂泵车定压力自动控制就是将某些压裂泵车设置为自动定压力模式，然后设定一个压力值，设置为自动定压力模式的压裂泵车将根据设定的压力值自动调节档位和油门，让设置为自动定压力控制的压裂泵车其实际压力达到设定的压力。
与国内现有的2000型压裂机组相比，本实用新型将机组压力从105MPa提高到140MPa，单机输出功率从2000hp提高到2500hp。机组在频繁转场移动时的机动性、越野通过性更强，控制系统软硬件的兼容性更好，操作界面更友好，作业效率更高,更适应于我国油气田压裂工艺要求；2500型数控成套压裂装备,对解决深层、高压油气资源勘探开发难题，提高老油田、复杂地层、低渗透油气资源利用率，增强我国石油和天然气的供给能力，提高我国石油钻采重大装备国产化、产业化能力。
2500型数控成套压裂机组开发主要针对我国深井和难井的压裂施工作业,也是我国大型施工作业装备的首选。整套机组的总体要求其性能达到国际领先水平,能够适应我国特殊的油田道路工况。国内各大油田已经开始高度关注2500型数控成套压裂机组。本实用新型所述压裂泵车控制系统可以单机进行施工作业，也可以多台设备组成机组与其它设备实现联机作业。每台设备通过数据线进行连接，设备之间相互串联形成环形网络，各台设备的发动机、传动箱、压裂泵等信号和数据通过网络进行双向传递，从而实现数据共享。联机作业过程中可以对单车和多车进行编组，通过事先对作业流程进行编组并设置各阶段流程，实现各组设备自动排量和自动压力控制流程。施工作业参数可以通过仪表车进行采集和打印，也可以通过任何一台控制箱上的采集数据口，使用笔记本采集施工作业参数。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种压裂泵车控制系统，其特征在于：所述压裂泵车上设置有底盘发动机、车台发动机、液力传动箱、压裂泵、触摸屏、PLC、交换机、网关、变速器控制模块、发动机控制模块、DO模块、DI模块、AI模块和控制箱，所述底盘发动机的动力驱动端与所述车台发动机的马达驱动端连接，所述压裂泵设置有压裂泵动力输入轴，所述车台发动机的动力输出端通过液力传动箱与所述压裂泵动力输入轴连接，所述压裂泵的压裂液吸入管连接到混砂车的压裂液排出口，所述压裂泵的高压排出管接入气井内，所述触摸屏、所述网关和所述PLC均与所述交换机通信连接，所述变速器控制模块和所述发动机控制模块均与所述网关连接，所述PLC、所述DO模块、所述DI模块和所述AI模块依次串联，所述AI模块与所述压裂泵的多个传感器连接，所述DO模块和所述DI模块均与所述控制箱连接。
2.根据权利要求1所述的压裂泵车控制系统，其特征在于：所述控制箱设置有超压报警灯、启动继电器、空挡继电器、运行继电器、急停继电器、传动箱报警灯、大泵校准器、大泵报警灯、启动按钮和运行按钮，所述超压报警灯、所述启动继电器、所述空挡继电器、所述运行继电器、所述急停继电器、所述传动箱报警灯、所述大泵校准器和所述大泵报警灯均与所述DO模块连接，所述启动按钮和所述运行按钮均与所述DI模块连接。
3.根据权利要求1所述的压裂泵车控制系统，其特征在于：所述压裂泵设置有液压油温传感器、大泵油压传感器、大泵油温传感器、大泵压力传感器和柴油箱油位传感器，所述液压油温传感器、所述大泵油压传感器、所述大泵油温传感器、所述大泵压力传感器和所述柴油箱油位传感器均与所述AI模块连接。
4.根据权利要求1所述的压裂泵车控制系统，其特征在于：所述PLC、所述DO模块、所述DI模块和所述AI模块之间均通过背板总线连接。
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