基于云平台的压裂车在线监测系统研发与应用

利用压裂车进行储层改造是解放油气藏的决定性手段,但其信息化水平普遍处于初级阶段,运维效率难以提升。基于云平台技术开发了一套压裂车运行状态在线监测系统,从功能规划、数据流方案介绍了该系统的总体架构,从硬件和软件方面介绍了该系统的数据采集设计方案。通过对PLC数据故障、振动故障、视频信号故障等的分析诊断,介绍该系统的故障诊断研发思路,并分析了现场试验情况。结果表明:该系统各项性能指标满足压裂车信息化作业需求,具备压裂泵液力端等关键部件故障辅助诊断能力,有助于保障国内页岩气安全、高效开发。

大功率压裂车副车架结构优化设计

面对出现频率越来越高的复杂地层和5000米以上的超深井作业环境,研制搭载大功率压裂设备的压裂车已成为重要发展趋势。本文运用结构优化软件Hyper Works的Optistruct模块,基于SIMP变密度法对压裂车副车架进行拓扑优化设计。在单工况单目标的拓扑优化结果下,建立基于折衷规划法的多目标多工况拓扑优化数学模型,得到压裂车副车架在多种静态工况的柔度最小化以及低阶动态最大化进行加权之后的拓扑优化结果,再根据材料分布云图重构压裂车副车架模型。成果可用于改进压裂车副车架结构以提高其承载能力,缩短研发时间、降低成本。

2500型压裂车配置的思考与建议

2500型压裂车是油气勘探开发的重要设备,在实际使用过程中,发现2500型压裂车功率配备和变速箱档位设置不尽合理。通过对2500型压裂车使用数据采集和分析,存在发动机负载率不高、变速箱档位过多的问题。为降低设备投资、提高发动机功率利用率、降低油耗和碳排放、减轻整机质量、提高行车安全,提出了优化2500型压裂车发动机功率配备和变速箱档位设置的思路和建议,其对其它型号的压裂车也有借鉴作用。

基于眼动追踪技术的压裂车外观设计评估研究

基于眼动追踪技术,利用眼动试验与主观评价相结合的方法评估采油机械压裂车外观设计。由于产品外观不同区域的视觉表现力不同,导致人对产品外观不同区域的关注度不同。在眼动试验中,眼动仪可对眼动数据进行捕捉,以反映产品外观不同区域视觉表现力的强弱,从而评价产品外观设计的优劣。利用眼动仪捕捉被测试者观察压裂车图片时的眼动数据,并利用层次分析法选出压裂车外观设计最优的品牌。结合主观评价结果,从注视点集中程度和热区分布情况两方面评估压裂车外观设计,得出产品造型主特征应表现在最受关注的区域和配色应具有层次感两点结论,并以中油科昊压裂车为例进行产品外观设计,检验了结论的有效性,为采油机械产品外观设计提供指引。

2500型压裂车车架疲劳寿命分析与预测

以2500型压裂车车架为研究对象,分析了压裂车所受动态载荷的2种典型工况。将动态载荷施加到有限元车架模型上,对其进行瞬态动力学分析,得出车架在动态载荷下每一瞬时的应力分布情况。基于上述分析结果中的数据,分别利用解析法和有限元法对车架进行了弯曲疲劳寿命分析。结果表明,该车架在运移工况下,焊接点处在循环一定次数时首先发生疲劳破坏。

油田压裂车车架的多工况疲劳寿命分析

为了分析多工况下压裂车车架的疲劳强度,进行了轮胎悬空、道路颠簸、制动、普通压力振动冲击和高压振动冲击5种工况下压裂车疲劳寿命分析,并对恶劣工况进一步拟合分析,进行疲劳损伤累积。在建立车架有限元模型的基础上,将各工况下的应力仿真数据与试验数据进行了对比,两者的误差在10%以内,验证了有限元模型的准确性。将压裂车5种工况下的动力学分析结果作为疲劳分析的随机载荷谱,得出压裂车车架有足够的强度。通过危险工况的疲劳损伤累积,拟合出压裂车疲劳寿命为完整出工104次。

压裂车作业过程耦合振动仿真分析

为了研究压裂车作业过程中车台发动机和压裂泵双振源作用对车体影响,运用集中参数法和状态空间法建立了平衡悬架、轮胎、车台发动机和压裂泵与车架的多体耦合动力学模型,并采用MATLAB/Simulink对2 500型压裂车作业过程中的转速、刚度、阻尼等参数进行了耦合振动仿真分析。结果表明,垂向振动强度比俯仰振动最大值相差2个数量级;0~10 Hz频率的振动对功率影响最明显;前、中悬挂的阻尼变化和后悬挂刚度变化主要影响振动幅值,而前、中悬挂的刚度变化和后悬挂的阻尼变化主要影响峰值对应的振动频率。

压裂车重载隔振器性能分析与系统仿真

为解决压裂泵车重载设备的隔振问题,提高现有橡胶隔振器的隔振性能,提出了一种新型隔振装置设计方案。基于隔振理论并结合压裂泵车发动机等上装设备的实际参数与要求,利用有限元软件ANSYS Workbench对该隔振装置的静、动态特性及模态进行了有限元分析。分析结果表明,该隔振器满足台上设备载荷下的强度要求,能够有效避免与上装设备和自身关键部件产生共振,确定了隔振器的危险频率为50和160 Hz。最后利用仿真软件Matlab对该隔振器的隔振性能进行了验证与分析,证明了该重载隔振器的设计具有良好的隔振性及稳定性。

压裂车的研究现状与发展方向

压裂车是压裂施工作业的核心设备,在降低开采成本、提高油气开采效率等方面发挥着重要作用。但随着压裂工艺技术水平的提高和页岩气等非常规油气井的大规模开发,压裂施工作业对压裂车的单机功率、压力、排量、可靠性及自动化水平的要求越来越高,小功率压裂车已不能适应"工厂化"作业要求。综述了压裂车的国内外研究现状,从单机功率、重量、节能、排放及施工作业成本等方面提出了新型压裂车的发展方向,可有效满足现代压裂施工作业对压裂车大功率、超高压、大排量和智能化的要求。

2500型压裂车副车架拓扑优化及分析

压裂车副车架是连接车辆底盘和安装设备的重要部件,承受压、扭及弯曲等载荷,需要足够的刚度和强度。在分析拓扑优化方法的基础上,利用变密度法对2500型压裂车副车架进行拓扑优化分析,得到副车架横梁的形式和布置位置,改进了副车架的设计方案。2种设计方案的强度对比分析结果表明:在横梁数量减少的情况下,副车架的承载能力提高了10.1%。

用于2000型压裂车的三缸泵和五缸泵试验研究

供2000型压裂车选择的柱塞泵有三缸泵和五缸泵2种。为了验证压裂车和柱塞泵的性能,进行了台架试验、出厂试验和现场工业试验。经试验研究表明,五缸泵压裂车的参数覆盖范围较三缸泵压裂车有明显优势,五缸泵的泵效优于三缸泵。

2500型压裂车车架结构多目标拓扑优化设计

针对压裂车行驶路况恶劣、整车质量大以及执行压裂作业时振动剧烈而导致车架结构容易破坏失效的情况,基于SIMP变密度法对2500型压裂车车架进行拓扑优化设计。建立车架结构多目标拓扑优化数学模型,采用折衷规划法定义多工况刚度拓扑优化目标函数,平均频率法定义动态频率拓扑优化目标函数,通过优化获得同时满足结构刚度和动态特性要求的压裂车车架拓扑结构。对比优化前后车架性能,该车架结构设计合理,同时改善了各项综合性能,从而为车架结构优化设计提供了一种行之有效的方法。

基于MFO算法的全液压压裂车功率节能匹配

针对机械式压裂车油耗和成本较高的缺点,提出全液压压裂车概念,考虑到系统功率损失,提出使用"施工比油耗"衡量压裂车实际油耗,对全液压压裂车进行全局功率匹配,分别建立发动机万有特性、变量柱塞泵效率和整机辅助功率的数学模型,采用自适应惩罚函数法构建惩罚函数,以施工比油耗最低为优化目标建立目标函数,基于MFO算法,以压裂泵需输出的压力和流量作为优化输入参数,优化输出需启动的发动机数量、各发动机转速及其柱塞泵排量共计11个调整参数的最佳组合,结果表明,在全部工况下,全液压压裂车施工比油耗维持在4.55～9.91 L/(60 MPa·m^3),且随着负载压力和排量的增加而逐渐降低;与原方案相比,新方案最高可节油35.97%,且节油率随着负载压力的增大而逐渐减小;与机械式压裂车相比,同等工况下,采用新方案的全液压压裂车最高可节油53.74%。

YLC-700I型压裂车离合器输出装置故障分析及改进

通过对YLC-700I型压裂车离合器输出装置损坏原因的分析,提出了改进离合器输出装置的具体方案,并设计加工出一种带油封箱的轴承压盖。经过改进的4台YLC-700I型压裂车使用11个月后,运转良好,有很高的推广应用价值。

2500型超高压页岩气压裂车开发研究

我国页岩气多分布在山区,不仅埋藏深、岩石抗张强度大,而且井场道路复杂、施工场地有限,所需开采压力、排量、时间均高于美国页岩气开采的技术要求,对压裂车的单机功率、压力、排量、通过性、自动化水平及可靠性有着更高的要求。针对国内页岩气压裂工艺的特点,分析了超高压页岩气压裂车开发需解决的技术难点,从2500型超高压页岩气压裂车的技术参数、结构特点、先进性及试验情况进行了研究,为解决我国页岩气开采对压裂车大功率、超高压、大排量和智能化的要求提供了技术支持。性能测试结果表明,2500型超高压页岩气压裂车设计合理,各项性能完全满足我国页岩气压裂开采要求。

基于STM32的SAE-J1939协议在压裂车中的应用

在STM32F103RBT6增强型微控制器上使用CAN总线技术,根据SAE-J1939协议,实现了压裂车的发动机和变速箱的数字化控制,提高了压裂作业的质量和精度.

基于ANSYS WORKBENCH的压裂车主副车架有限元静态分析

对压裂车主副车架有限元模型进行了静态强度分析。利用三维绘图软件Pro/E建立了压裂车主副车架的三维模型,并应用新一代多物理场协同CAE仿真环境AWE(ANSYS Workbench Environment)进行网格划分和静态强度分析,获得了压裂车在驻停工况和左前轮悬空状态下的最大变形值、最大应力值及最大应力点,此数据对主副车架强度的校核和变形校核以及压裂车底盘的改制起到非常关键的作用。

压裂车柱塞泵阀箱失效分析及对策

本文通过对柱塞泵阀座承孔的失效情况分析,总结出了原因,提出了设计的注意事项和维修更换阀座时应注意的问题。

压裂车车架结构尺度优化设计方法研究

压裂车车架作为整车主要承载部件,应当具备足够刚度、强度以及良好的动态特性。基于结构优化设计理论和方法,对某型压裂车的车架结构尺寸进行优化设计。建立优化设计数学模型,引入灵敏度分析、确定对结构性能影响较大的参数作为优化设计变量。以车架总体积为优化目标函数,选取4种典型工况下刚度、强度以及前3阶固有频率为性能约束,基于ANSYS参数化设计语言APDL创建优化分析文件,利用OPT优化模块进行优化设计。性能对比分析表明,车架优化后性能得到很大改善,对车架结构设计具有一定的指导意义。