电驱动压裂装备试验工作认识与建议.pdf

.-61第8 期电驱动压裂装备试验工作认识与建议吴汉川（中石化石油机械股份有限公司）摘要】企业承担的科研项目需要产品作为支撑并得到工程应用，电驱动压裂装备产品的性能和质量需要通过试验进行验证。系统规划试验方法和工作流程是确保试验完成的重要环节，试验数据是衡量科研项目技术水平的重要指标，试验的组织与管理可以落实项目的执行力。结合企业目前的管理流程和项目试验的要求，从试验流程、试验工作分解、数据采集、试验修正和工作管理等方面提出对科研项目试验工作的认识和建议，希望能够为企业科研试验工作的组织和管理提供参考。关键词】电驱动压裂装备；试验验证；系统规划；试验方法与数据；试验组织及管理1科研项目试验工作试验工作是企业科研项目的重要组成部分，它包括企业内部型式试验和工程现场的工业试验。长期以来，企业通常针对项目技术指标构建试验台架，并通过型式试验验证其技术指标的符合性，而工业试验是将试验样机投入到工程现场，验证装备在不同工况下的适用性和可靠性。科研项目中通过试验进行系统优化，运用数据发现运行规律是试验工作的重要环节，尤其是理论分析和选型图表在模拟和实际工况下的验证和修正才是企业科研项目试验的最终目的。如何系统开展试验工作并指导装备升级和产业化是企业管理和科研人员需要思考的问题。1.1型式试验要求项目试验目的是通过试验台架或装置对产品的主要参数和技术性能进行验证。型式试验重点是验证装备性能参数和装备运行的可靠性指标。所以，对于参与试验的装备必须保证装机的完整性，不合格零件的装配或者缺件对于试验都是不完整的。通常型式试验大纲有标准的模板进行编写，包括试验内容、试验仪器、试验程序与方法以及数据采集等。但是在执行过程中由于对试验目的、试验条件、试验方法等方面存在知识面和认识上的差异，所以试验大纲和最终所形成的报告出现一定的差异。另一方面，企业试验工作大多交给并不熟悉试验要求的车间员工和检验人员完成，研发人员大多不会操作试验装置和装备，只能现场进行监督和指导，手工记录试验数据为后续的分析总结带来不便，造成许多关键数据被忽视闲置。型式试验大纲是试验工作的重要输入文件，需要项目组进行协同编制并经过项目组的评审后实施，试验程序和方法要结合试验条件尽量模拟现场工况进行编制，尤其是装备的极限参数只能够通过试验装置完成。参加试验的人员必须由项目组成员组成并要求进行实际的操作和调试。随着物联网技术的发展，目前无论是发动机、液压系统还是执行部件都可以通过接口或传感器实现数据采集和远程传输，所以试验数据和过程要逐步实现远程实时监测。最后就是试验报告的要求，这部分的重点是结合试验形成的曲线和数据表格并与理论计算进行比对分析比对和修正，针对试验中零部件和整机出现的问题进行分类，提出优化技术方案并实施整改。需要强调的是试验工作要进行不断的修正反复才能够达到理想效果。1.2如何完成工业试验企业研发的新产品都需要进行系统工业验证才能够最终变成商品，产品的实际性能只能通过工业应用才能够体现产品成果的实际效果。科研项目工业试验的完成离不开工程和客户。首先需要将工程施工人员纳入到项目中共同开展工作，试验前需要企业与工程方协商各自工作职能，包括试验经费、作者简介：吴汉川（1 9 6 0-），男，汉族，湖北黄陂人，教授级高级工程师，本科，毕业于江汉石油学院矿机专业，现从事压裂成套装备科研及管理工作。-62-2023年第2 6 卷技术交流石油和化工设备试验内容、试验时间、达到的目标等。工业试验大纲的编制要结合工程实际工况进行编制和修正，重点突出安全和应急处理环节，其中安全、操作规范和相关标准是工业试验的必备文件。试验团队要全程参与装备的操作和调试并负责零部件的检测和问题的收集工作，要明确负责人进行人员协调，整合不同专业人员分工合作。进入现场的装备需要达到产品出厂验收的标准，包括所有技术文件、铭牌和常用备件等。工业试验是一项长期合作的过程，需要企业的售后、生产进行配合并提供及时的整改支持。工业试验前需要了解工程现场以及配套装备的接口情况，对工程施工方进行装备的试验交底和技术培训，沟通试验开展的具体工作流程和风险预估防范，试验过程中要结合工程实际与合作方进行不断的协调，修改试验方案并及时解决试验中出现的故障。试验过程中会出现装备返厂整改的情况，这也是造成试验工作停滞的重要环节，需要项目研发组成员进行全过程的跟踪并尽快将整改完善的装备及时投入工程现场再试验。项目人员深入现场，了解工程、熟悉现场工艺和流程。一方面，装备研发人员贴近现场，发现并解决装备存在问题，另一方面，统计并分析装备在连续工况下的运行数据，优化装备工作参数，为后期产品升级和工作模式的标准化做准备，工业试验完成后一定要形成系统的工业试验报告。另外与工程方良好的交流沟通是项目工业试验效果的重要部分，需要引起足够的重视。2试验系统布局和数据化项目试验工作需要结合试验的工作内容和企业自身条件进行试验流程的规划才能够保证试验的完整性，试验数据是最终验证装备性能的指标，系统和规范流程可以提升试验效率，科学的应用数据将指导项目的研发。2.1试验工作任务分解为保障试验工作系统性进行，建议采用任务分解的模式对试验全过程进行研究并制定详细的工作内容分解图，分解图的规划要从整体系统出发，落实到具体任务工作内容和完成时间，最终落实到人员的职责。通过分解图，项目组及责任人可以直观地了解试验的全过程所需要开展的具体工作细节和预期达到的效果，提升科技项目试验工作的系统性和完整性。试验工作任务分解图可以从试验准备、型式试验、工业试验和总结报告四个方面分解工作内容（图1）。工作任务要结合试验过程中的每一个细节进行划分，包括不可预见事故的紧急处理及合作单位的工作分工等。任务一定要落实到责任人，包括总负责人和分项模块责任人预期达到的效果、需要开展的具体工作和完成时间。工作流程的分解要适应企业的管理系统，包括试验流程、性能参数，零部件整改合格性等都必须经过第三方检测机构和生产车间共同参与。模块的细化要定位到试验工作的所有环节和预期达到的效果，分项越细越能够保证试验质量和按期完成。试验工作内容改安1、试验准基2.型光试验3、工业诚验4、总结抵查试验装斯试验大纳协划研究验证工作内装及抗术文及与迎论教辉工只装件出教缘正人员安排人员分工和同奶发及整玖淋范及按口接整饮光喜试总结外部迁按与数据米茶分分折以楼，现场整政产业化建议传彩挥布工计登改网这栏传输及设计整改动数保比对优化力发图1 试验工作任务分解图例-63-吴汉川电驱动压裂装备作认识与建议第8 期2.2试验数据的采集和分析试验数据是验证装备性能的重要依据。装备的运行数据一部分可以通过动力部件自身所提供的接口直接读取，其它数据的采集需要在系统和部件上增加相应的传感器，包括速度、加速度、压力、温度、密度、流量等信号，传感器的数量和精度取决于对数据的需求。对于科研项目需要进行重复试验和大量的数据收集。将试验数据数字化，通过网络传输进行远程自动采集对于试验数据后续的分析显得尤其重要。我们以石油工程压裂装备为例说明试验数据采集和分析方法。压裂车需要提供的试验数据包括：发动机和传动箱的转速、档位、功率、温度、油压、报警，冷却系统的温度和液位，液压润滑系统提供的油压、油温，压裂泵系统提供的运行时间、压力、排量、油温油压等。通过传感器采集的信号首先要进入到数据采集站，通过网络传输给远程监控和分析系统，在远程终端可以实时显示装备的工作状况并按照系统分类形成曲线和数据报表（图2），试验收集的信号除了与性能相关数据外还应该关注负荷率、热点区域、安全报警等影响装备可靠性的数据，通过试验数据采集和分析可以验证项目的技术指标，发现关键零部件的工作状况。技术指标中的极限和精度数据只能通过型式试验进行，而可靠性指标通常需要工业试验进行验证。企业数据库的构建中需要考虑试验数据部分，大数据系统的建立将并为项目验收和产业化提供支持。1928.0081.0073.6853.21数据分析0.000.000.002.00工作力股分析8.983.971.650.000.000.4入力80.800.93102.06-0.17790.6551-710.000.00O9图2 类数字化试验数据及分析曲线图例3完善试验与组织管理试验工作对项目研究成果起到验证效果，通过试验可以发现试验装置及制造环节上存在的问题并进行修正和完善，结合试验所总结的操作流程和数据可以指导装备的工程应用。试验工作离不开组织和管理，将工作落实到人和强调执行是试验工作的重要保障。3.1试验的修正与完善试验工作初期会发生试验装置的外围条件不全、零部件失效、信号失真或中断等诸多问题，每部分的整改都直接影响到试验的进度。在进行问题整改的同时，要继续进行正常单元的试验工作，才能够不断的暴露和发现问题。装备整改完成后就进入到连续试验的环节，该阶段将验证装备的极限参数和可靠性指标。试验的数据需要与设计指标进行比对，从数据的对标中发现其技术的先进性或存在的差异，通过设计修正和反复验证才能够达到试验的效果。试验工作的修正包括极限指标的修正、设计性能的修正、可靠性指标的验证三个方面。以石油工程装备部件为例，该装置在理论计算中排量2 0 m3/min，压力0.3MPa条件下所需要的功率180Kw以下，实际试验中要达到排量的要求必须增加外接吸入管汇的数量或直径，所消耗的功率达到2 5 0 Kw。反复试验发现吸入条件的改善对于排出性能指标的影响，优化零部件的制造和安装精度可提升1 0%以上的传动效率。另一方面，通过试验数据重新进行理论分析，引入吸入系数、介质系数并总结出该部件在不同工况下的性能曲线，为系列产品的研发提供参考。产品的可靠性验证需要长时间的试验，包括台架和工业试验两种方法。台架试验需要模拟工程工况下进行，重点验证的是零部件和易损件的工作寿命，目前企业在这个方面是一个薄弱环节。大多数项目的验证还是依赖于工程应用，通过工业试验数据可以分析不同工况下关键部件的运行规律和工作状-64-2023年第2 6 卷技术交流石油和化工设备况，装备的智能化操作和全生命周期管理都会依赖于工业应用的可靠性指标，所以试验数据的远程采集和分析就显得尤其重要。通过试验可以验证整机性能与设计指标的符合性，从最大输出功率、最高压力、最大排量等极限指标和相互之间的关系得出不同配置装备的最佳运行状况。工业试验和大数据分析总结出适用于工程环境和工况要求的装备最佳工作参数，避免设备在工程应用上的装备能力不足或者穴余。由于试验中直接接触系统操作和工作界面，操作员可以进行装备的实际操作培训，布局的合理性和程序控制逻辑也可以通过试验进行优化。3.2试验工作的组织与管理建议科技项目一般是由多个合作单位共同完成，每一项产品通常包含机、电、液、控等多个专业。试验工作主要是由总体科研部门负责开展工作，所以需要一个具有系统全面了解工作内容的负责人进行组织和实施。企业应该以项目长负责制进行管理，赋予项目长人事和资金权限，以试验工作要求的预期目标和实际完成情况进行考核，根据考核结果对项目负责人及项目团队予以评价和奖惩，参照工作内容分解图重点考核完成质量和时间节点。团队成员不能只是试验的指挥者而应该成为试验装备的实际操作者，只有通过装备的实际操控发现设计和制造中存在的不足，采用观察和人机交互实现对装备的全面了解。试验团队的分工和主要负责内容包括四个部分。系统连接单元：由系统工程师根据工程应用与外部装备的接口进行配套，包括外部连接所需要的管线、紧固件、动力源、控制电缆与接头等。操作控制单元：系统或控制工程师组成，试验总指挥，参照试验大纲流程进行装备试验和调试，负责整体项目的工作，包括：信号采集、软件修改、操作人性化、单元部件问题整理。试验整改单元，结构工程师负责，针对试验中零部件出现的问题进行分析和结构整改，下发通知单并协调生产整改和装备的检测验收。数据分析单元：由系统工程师负责对试验数据进行归纳总结，形成相应的曲线和表格与理论计算进行分析比对，提出再计算需要得到的结论并提出再试验的技术方案。由于企业重点关注的是生产订单，通常会影响试验工作的进度，这就需要企业领导的重点关注。对于团队核心成员除完成所负责的技术工作外，还需要协调供应、生产、制造和检验等环节，与部门之间的沟通和协调是保障试验工作完成的重要环节。科技部门要明确专项资金的支持，不仅要对试验装置进行资金投入还要对具体工作责任人进行激励，尤其的工业试验部分也需要进行专款划拨。科研项目所形成的新技术和装备关系到企业的未来，试验工作的完整性直接影响项目完成质量和产品的性能。企业的试验工作不同于科研院所，其试验的目的要落脚到产品的研发和产业化。所以试验工作在验证技术指标的基础上要侧重于工程实际工况和产品的价值提升，系统并规范的开展试验工作将提升科技项目完成质量，为企业的新产品研发打好基础。参考文献1邹才能,董大忠,王玉满,等.中国页岩气特征、挑战及前景(二).石油勘探与开发,2 0 1 6,4 3(2):1 6 6-1 7 8.2吴汉川.大型压裂装备应用问题解析及发展方向 .石油机械,2 0 1 7,4 5(1 2):5 3-5 7.3彭俊威,周青,戴启平,等.国内大型压裂装备发展现状及分析 .石油机械,2 0 1 6,4 4(5):8 2-8 6.4张斌,李磊,邱勇潮,等.电驱压裂设备在页岩气储层改造中的应用 .天然气工业,2 0 2 0,4 0(5):5 0-5 7.5张增年,李华川,郑家伟,等.压裂设备应用评价及技术发展展望 .钻采工艺,2 0 2 0,4 3(2):4 1-4 4.基金项目：国家自然科学基金企业创新发展联合基金项目-“超大功率电驱动智能压裂装备建制方法”(U19B6003-05-06-03)收稿日期：2 0 2 3-0 3-1 3修回日期2 0 2 3-0 7-1 3