石油壓裂車作業(yè)工況振動建模與控制研究.pdf

1、隨著頁巖氣田開采技術(shù)的飛速發(fā)展，壓裂技術(shù)作為一項常規(guī)的油氣田增產(chǎn)技術(shù)得到廣泛的關(guān)注。壓裂作業(yè)是一項高壓高負(fù)荷的野外作業(yè)，需要有專門的作業(yè)設(shè)備作為助力，其中首要的設(shè)備即專用的壓裂車組。在國外，尤其北美地區(qū)，壓裂設(shè)備的研發(fā)與制造開始的較早。而國內(nèi)，壓裂工藝與設(shè)備制造技術(shù)也在近些年得到了飛速發(fā)展。
　　壓裂車組中的核心設(shè)備是壓裂車，往往是由上裝工作設(shè)備安裝在二類底盤卡車上組合而成。壓裂車是一種重要的工程車輛，往往體積龐大，如本文中選用的

2、2500型壓裂車，其整車質(zhì)量達(dá)到了40噸以上。壓裂車的工作環(huán)境往往非常惡劣，并且其自身的高負(fù)荷作業(yè)也容易對工程一線的作業(yè)人員甚至周圍的居民及建筑造成不利的影響。因此，本文將選取壓裂車在作業(yè)工況下的振動情況作為主要研究的內(nèi)容，分析其在作業(yè)工況下的振動特點，找出影響壓裂車振動的主要誘因，并針對這些因素提出減小壓裂車振動的方法，以期可對壓裂車的減振設(shè)計起到一定的指導(dǎo)意義。
　　本文中選用的研究對象為目前應(yīng)用的較為廣泛的2500型壓裂車。

3、壓裂車在作業(yè)工況下，振動主要來自于車臺上裝的柴油發(fā)動機與壓裂泵。分析其匹配原理可以發(fā)現(xiàn)，振動激勵主要來自于其自身的運動對機體產(chǎn)生的激振力，在MATLAB/Simulink中分別搭建發(fā)動機與壓裂泵的運動學(xué)與動力學(xué)分析模型，以分析各自主要的激勵頻率特征，作為后續(xù)研究的理論支撐。
　　根據(jù)集中參數(shù)法的理論，分別建立發(fā)動機懸置系統(tǒng)與壓裂泵隔振系統(tǒng)的數(shù)學(xué)振動模型及臺上設(shè)備與整車耦合的振動模型。基于這些模型，可以得到兩個振動系統(tǒng)在6個自由度上

4、的固有特性及振動能量耦合情況，并對比與整車耦合前后其固有頻率變化的情況。
　　由于發(fā)動機與壓裂泵的激勵在作業(yè)中變化十分復(fù)雜，所以不對激勵特征依賴過多的解耦優(yōu)化理論，近年來多被用在懸置系統(tǒng)的優(yōu)化方面的研究。根據(jù)解耦優(yōu)化理論及線性規(guī)劃理論中的多目標(biāo)到達(dá)法，從在符合工程實際的基礎(chǔ)上可以最大程度上能量解耦的角度，分別取各個振動系統(tǒng)的解耦率作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，通過改變懸置元件的結(jié)構(gòu)與物理參數(shù)，達(dá)到改變隔振效果的目的。結(jié)果表明，優(yōu)化隔振系統(tǒng)各個