页岩气井加砂压裂组合砂罐下砂自动化控制探讨.docx

页岩气井加砂压裂组合砂罐下砂自动化控制探讨 李朝荣 江南 胡杰 朱强 付云鹏摘 要 本文论述了采用PLC控制系统控制大型组合砂罐出砂口的理论，介绍通过际操作编写逻辑控制程序，配置相应的触屏或按键，集成安装于混砂车操作室内进行操作控制的设计思路，并分析了紧急情况下的应急措施，确保页岩气大规模加砂压裂作业多种支撑剂精准加入关键词 页岩气压裂;组合砂罐;PLC;HSE引言目前大型水力加砂压裂增产作业已成为页岩气井增产、稳产的主要技术措施，大规模加砂压裂作业施工已是常态组合砂罐是压裂加砂设备重要组成，其储砂、下砂功能关系到压裂作业的质量和效果，在职业健康、安全、环保前提下，提速、创效地开发组合砂罐自动化下砂控制系统装置迫在眉睫1 页岩气井加砂压裂组合砂罐下砂现状（1）大型页岩气井加砂压裂施工作业时间长，单段施工需3小时左右每日2-3段;页岩气压裂施工作业需分阶段加入不同类型的支撑剂，按施工设计要求将不同类型支撑剂精准切换加入对于整体施工质量尤为重要因不同类型支撑剂分别预装于3砂罐内，为达到支撑剂精准控制加入要求，加砂作业期间砂罐下砂口至少需二人操作3个砂罐的出口闸板，负责按施工设计或实际施工要求开/关砂罐口闸板及不同类型支撑剂切换加入操作[1]。

2）组合砂罐靠近主要泵车/撬组摆放，作业区域存在高分贝噪声、有害粉尘、高处作业、日晒雨淋、作业时间长等问题，对长期负责砂罐操作的人员身体健康存在安全隐患3）人工手动操作砂罐出砂口闸板临时切换，倒砂响应速度较慢，其作业方式时效性差同时因现场噪声较大，易出现操作指令传达/接收失真，导致相关操作准确响应速度，现场多次出现因未能及时按指挥要求切换的情况2 改进目的改变现行砂罐出砂口操作切换作业模式，采用全电气化精准控制操作，使砂口操作工作更加精准、便捷、高效同时可减少砂罐下砂操作员人工成本，使下砂作业内容符合HSE管理要求，提高压裂施工作业工程质量[2]3 设计思路（1）对于页岩气工区所使用砂罐出砂口手动闸板进行相应的电气化升级改造，设计选用技术成熟、稳定可靠、性价比高的西门子S7-200 PLC加上位机触屏控制系统其PLC主机及相应的控制系统主设备安装在混砂车操作室内，上位机触屏控制显示器和各手动控制开关、旋钮等安装于混砂车操作台合适位置，便于混砂车操作人员观察、操作在砂罐出口闸板现有手动转盘开关基础上加装电动驱动装置如图3-1所示设计在出砂口闸板完全开/关到位位置安装相应的限位开关，当步进电机驱动闸板开/关到位时，闸板一侧的限位块会接触到相当的限位开关，触发控制系统预设的逻辑控制程序，实现自动停机控制等，可有效保障步进电机驱动装置安全。

如图3-2所示为提高系统对于闸板开启高度的精准控制，在闸板另一侧安装一套用于测量闸板行进位置的光栅尺，可实时将检测到的闸板位移距离转换为模拟信号传送至PLC控制系统经PLC系统解析显示到上位机触屏显示界面上，便于混砂车操作手观察、掌握砂口闸板开启/关闭情况2）控制系统针对实际操作要求编写逻辑控制程序，配置相应的触屏显示器、预置简洁明了的操作及参数显示画面，并配置对应的手动按键/旋钮开关辅助进行操作控制，混砂车操作人员在操作室内根据实际施工需要可实现对于多套砂罐不同出砂模式的操作控制PLC控制系統硬件设施配置如图3-3所示4 应急处理刀板阀丝杆顶部加装手轮，若供电动驱动系统装置出现故障无法使用时，现场可及时手动切换至手动控制操作模式通过人工手动操作转轮驱动出砂口闸板开启或关闭，保障加砂压裂作业施工需要5 结束语完成下砂自动化控制改装后，下砂工作由混砂车操作手完成，其高清视频监控系统配合PLC控制系统可对砂罐下砂口闸板实现精准操控，在有效提高各类型支撑剂切换速度的同时亦能降低现场作业人员劳动强度，并且可最大限度减少操作人员进入输砂区域滞留时间，从而消除加砂作业过程中噪声、支撑剂粉尘及长时间高处作业对于操作人员人身健康影响，达到压裂施工作业现场HSE管理方针要求。

参考文献[1] 吴汉川，高文金.混砂车自动控制系统研究[J].石油机械，2003， （S1）：63-65.[2] 王震宇.PLC在工业自动化控制应用的探讨[J].中国新通信， 2015， （6）：92.科学与信息化2020年1期科学与信息化的其它文章对长输天然气管道氮气置换技术的几点探讨测控技术与仪器的发展及特点分析基于多媒介融合的传统天气预报节目优化思考10kV配网架空线路运行维护与检修探讨关于影响电容器级钽丝脆性因素的分析研究建筑电气智能化系统联动控制技术 -全文完-。