油田混砂車自動控制系統的研究與應用

楊小濤 白田增 任勇強 陳如鶴

摘? 要：石油作為不可再生資源，成為了國家的重點需求資源。隨著技術的不斷發展，混砂車是壓裂施工的重要環節，該環節是否可以自動化，很大程度上影響了壓裂施工的進程與效果。基于此，該文先介紹了混砂車控制系統的特點，然后對混砂車自動系統進行研究與設計，并通過現場的應用對其進行評價。通過現場實驗，效果良好。

關鍵詞：混砂車;液面高度;變量泵

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

目前，各大油田的開發已逐漸進入中后期，為了有效地提高石油的采收率，提升油井產量，必須采取一定的增產、增效措施。壓裂技術是將壓裂液壓入地層，形成裂縫，進而改善油井的滲透性，提高采收率。該技術已經成為各大油田普遍使用的方法之一。混砂車是壓裂施工的重要環節，它主要用于配制各種壓裂液，并向各型壓裂車泵送不同需求的壓裂液，該環節是否可以自動化，很大程度上影響了壓裂施工的進程與效果。是確保壓裂施工質量的關鍵。傳統的混砂車主要采用手動操作，需要大量的人力在現場操作及控制混合液面高度及砂比等參數，這就難免會使得重要參數產生一定的誤差，進而很難達到壓裂施工的設計參數和理想效果。而混砂車的自動控制系統可以有效地改善這一問題，從混合液液壓、砂比以及添加劑等方面均由系統自動控制完成[1]，可以確保各個環節零誤差，使得壓裂施工質量大大提高。

1 混砂車控制系統特點及核心裝置

混砂車控制系統包括混砂車加料系統和排除壓力控制系統[2]。混砂車加料系統可以確保壓裂液的輸出量不受人為因素的影響，而排除壓力系統可以有效地解決由于混合液排量不足而引起的壓裂車抽空等問題。以下是混砂車控制系統的3個特點。1）該系統由計算機全程控制，配備了簡單、明了的人機操作界面，在此界面上，可以通過調整控制的方式根據施工設計要求實施調整罐內液位壓力等參數，并提取整個系統的相關參數，進而全面、實時地了解并掌握壓裂施工的進程，確保混砂液的質量符合施工要求，另外，也大大的節省了人力，方便了操作人員的使用。2）在壓裂施工過程中，偶爾會遇到控制系統回路出現異常的問題，或者用戶臨時需要改變控制方式，這就對整個自動控制系統提出了一定的要求，因此，為了保證施工的正常進行，該系統對重要的控制回路采用了冗余設計。一旦出現上述情況，系統將開啟部分控制設備。3）系統中的相關參數，顯示單位分為公制和英制2種，該系統可以將2種單位互相切換，以便應付各類壓裂施工現場。

除了混砂車的自動控制系統外，還必須配備一些核心裝置[3]來支持該系統的運行。以下是部分核心裝置：

1.1 計量設備

混砂車內部空間有限，使用電子稱和螺旋輸送喂料機配合的稱重方法可以使加料的精度提高±0.5%。

1.2 高能恒壓混合器

高能恒壓混合器是針對壓裂液配液而專門設計的一種新型混合器，它可以自動調節流量，為負壓抽吸液體，并通過噴嘴的左右移動來控制壓裂液流量的大小。

1.3 在線黏度測量

由于壓裂液的配制是一個動態的過程，必須隨時根據液體的黏度情況隨時調整液體的添加比例，以確保其黏度保持在一個穩定的狀態，因此需要安裝在線粘度計，實時了解粘度參數。

2 混砂車自動控制研究

按照功能進行區分，可以將混砂車自動控制系統分為5個控制子系統，即動力系統、液壓系統、粉料系統、混合（配液）系統、液體添加劑系統和自動控制系統[4]。由于篇幅有限，僅列舉部分控制子系統的原理圖，如圖1所示。

2.1 混砂液液壓控制系統

在壓裂施工過程中，為了確保混砂車與壓裂各機組之間達到協同作業的效果，混砂車必須以穩定的壓力將壓裂液連續性的泵送給各壓裂車。在這個過程中，混合罐一邊進料，一邊出料，是一個動態的、連續的過程，因此，通過該控制系統，可以設定液面高度，當實際液面高度與設定液面高度不一致時，系統會自動通過算法，進行對基液的吸入及排量進行調整，進而確保混合管內的液面高度恒定。

2.2? 液體添加劑控制系統

在油田壓裂施工過程中，壓裂液除了基液和支撐劑（各類壓裂砂）以外，還需要各種添加劑（如黏土穩定劑等），這些添加劑必須按照比例進行添加，因此必須對其添加的量進行嚴格控制。因此，通過該控制系統，可以設定基液與添加劑的比例，當實際比例與設定比例不一致時，系統會自動通過算法，進行對基液的排量及混合液排量進行調整，進而確保基液和添加劑的比例恒定，如圖2所示。

2.3 粉料添加劑控制系統

同1）、2）原理相似，通過該控制系統，可以設定干粉比例，當實際比例與設定比例不一致時，系統會自動通過算法，進行對基液的排量及混合液排量進行調整，進而確保干粉比例的恒定，如圖3所示。

3 系統的應用

對于新產品來說，產品試驗非常重要，對于滿足研究要求，具備安全可靠的產品才能推廣應用。本次試驗選取了C油田的苗28井、苗39井和勝106井，在其長61油層進行壓裂施工，加砂量共計71 m3，整個壓裂施工過程中，混砂車運轉情況良好，自動控制系統采集的各項參數與實際測試的數據波動不大，基本吻合。此次施工現場的應用取得了很好的效果。

該混砂車的自動控制系統有效地改善了壓裂施工的總體性能，大大提升了配液的可靠性，節省了人力成本，并且在此次的現場應用過程中反饋較好。在當前施工任務不斷增加的大背景下，該系統給壓裂作業所帶來的經濟效益非常可觀。

4 結論

混砂車自動控制系統的使用，省去了人工配液的中間環節，降低了工人的勞動強度，減少了粉塵對員工健康的危害，還可以減少人為操作的誤差，有效縮短了壓裂施工的作業周期，大大提升了壓裂施工的精度，提高了生產效率與施工質量[5]。1）該自動控制系統優點甚多，且壓裂設備級地面流程也進行了相關配套，很大程度上滿足了壓裂施工的具體要求，這幾口油井壓裂作業的成功，為今后的工作提供了一定的借鑒經驗。2）當前雖然實現了自動化、電氣化的更新，但是一些配套設備還是不能實現即配即注壓裂施工，而且返排液也隨意排放，缺乏處理設備。3）今后還需要不對加強對壓裂設備的配套升級與完善，以達到防止壓裂液浪費、實現環境保護的目的。

參考文獻

[1]林蕾，付剛.MC-75混砂車管匯系統的改進與應用[J].設備管理與維修，2019（15）：88-89.

[2]王燕燕，代洲，徐天賜，等.大型壓裂輸砂現狀及新型輸砂系統設計[J].設備管理與維修，2018（24）：129-130.

[3]韓增平，王洪力，張懷智.HSC40型混砂車的研制與應用[J].石油機械，2018，46（6）：89-93.

[4]付萬志，郭海濤，楊泉華，等.壓裂成套裝備用超高壓試驗平臺的開發與研制[J].企業技術開發，2017，36（2）：28-30.

[5]徐錚，趙永林，安磊，等.恒壓變量系統在混砂車中的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2016，36（19）：70-71.