电脑仿真布线技术在油田开发施工中的数智化应用

摘要：在油田开发施工过程中，使用SOLIDWORKS Electrical软件对抽油机配电箱及电源电缆和信号采集电缆进行前期三维模拟，用以事先得到施工现场电缆的实际长度，对新井安装抽油机配电箱和相关电缆时测算精确数据，可以指导物资采购数量，从而在源头上进行成本的控制，达到油田开发施工智能化应用的目的。

关键词：油田开发施工 电气化 智能化 3D布线

前言

SOLIDWORKS Electrical是一套计算机辅助工程（CAE）设计工具，是 SOLIDWORKS 设计和仿真产品组合不可缺少的一部分。SOLIDWORKS Electrical 可帮助设计者减少创新的内在风险，并允许设计者减少对物理原型的需求，从而在更短时间内以更低成本将产品加以应用。通过一组强大、直观的电气设计功能，设计人员可以在设计流程早期建立集成式模型，这样有助于尽量减少甚至消除潜在缺陷，并避免成本高昂的设计返工，从而节省设计时间和材料成本。随着稠油热开采技术的进一步提高，油井配电箱作为抽油机动力源，在电源控制、信号采集等方面的作用显得愈发重要。而目前油井配电箱的制作、安装以及电源、信号电缆的敷设，还是采用现场测量的方法，效率低精度差，造成原材料的浪费。使用SOLIDWORKS Electrical进行配电箱的前期设计、安装现场的3D布线模拟，可以精确测量线缆的实际长度以及统计元器件的数量，在成批量油井配电箱安装时达到降本增效的目的。

一、 制作井场抽油机模型

我油田井场标准尺寸为40米×30米，占地面积约1.8亩。抽油机一般位于井场中间靠后位置，配电系统包括安装于变压器下方的二级保护配电箱和安装于抽油机底座尾部的电动机电源配电箱，中间使用电缆连接。使用SOLIDWORKS进行井场抽油机的1：1比例全尺寸建模，作为后期测量电缆长度的依据，如图1：

二、 制作油井配电箱模型

在SOLIDWORKS Electrical中新建项目，在新项目中的位置管理器中标明3个位置，分别是二级保护箱、电动机电源箱和油井电动机，如图2：

在工程中添加2根电缆，分别是从二级保护箱到电机配电箱的W1和从电机配电箱到电机的W2；电缆选用数据库中常用的型号，或者根据本单位的实际需要定制电缆，本例选用的电缆型号是U-1000 RVFV 4×35；在原理方框图中标明电缆走向以及连接的端子，然后根据现场情况绘制电气原理图，并给每个符号指定实际的设备型号，包括按钮、指示灯、交流接触器、端子排、开关箱等，软件数据库中没有的设备，可以根据本单位的实际需要使用电气零部件向导定制，制作时根据回路数添加连接点。目前各油田都已相继开展油井信息化工作，井场加装1个信息化控制箱及井口的温压一体化传感器，通过信号电缆传输至信息化控制箱，使用SOLIDWORKS制作信息化控制箱模型和传感器模型，同样可以做到前期布线模拟，限于篇幅此处不再赘述。

电气原理图绘制完成后，根据设备的不同位置标明位置轮廓线，检查图纸接线情况，注意端子的方向必须朝向外部，否则布线时容易出错。检查完成后选择“处理”选项卡里面的SolidWorks机柜布局，开始制作配电箱模型。

三、 3D布线

打开SOLIDWORKS软件，根据现场使用的配电箱及相关元器件实际尺寸制作三维模型，在装配体模式中按照需要进行实际位置的摆放，安排元器件位置时应注意实际操作的需要，简便、合理布局。完成后插入端子排以及线槽和导轨，制作3D布线路径（制作时注意电线之间的距离和最小折弯半径），完成后如图4：

打开项目文件，插入抽油机装配体模型，把二级保护配电箱和电动机在项目文件中做关联，配置电缆从/到，即指定电缆W1连接二级保护配电箱和电动机配电箱，W2连接电动机配电箱和电动机，完成后开始绘制电缆，如果报错，修改电缆布线路径草图的尺寸，如图5：

四、 电缆报表

完成3D布线后，再次打开SOLIDWORKS Electrical，在清单模板中选择电缆清单、按线类型的电线清单、按制造商和文件集的材料清单、图纸清单，单击“生成图纸”，软件会自动统计电缆、电线数量和长度以及元器件型号和数量，并以表格的形式罗列出来，根据需要也可以导出为Excel报表，汇总后通过ERP材料部门可以根据该报表精确采购相应电缆电线及电器元件（图6）。

五、 结束语

SOLIDWORKS Electrical 是一款机电一体化设计与管理软件，简单易用且功能强大，是很好的电气设计工具。SOLIDWORKS Electrical软件使用参数化与自动化技术取代了手工制图的繁琐工作——SOLIDWORKS Electrical软件让工程师在虚拟现场能看到产品、分析产品，并在需要的时候及时做出修正。SOLIDWORKS Electrical软件让工程参与者在生产开始之前就对产品和它的物理特性有一个完整的概念。在油田开发施工过程中，电气部分的施工设计，前期通过在SOLIDWORKS Electrical中新建工程项目，可以清晰地查看电缆走向及对应关系、零部件的型号、数量，同时在油井信息化应用领域也能轻松统计电缆、电线长度，精确物料采购，节省生产成本，是油田开发施工智能化应用的典型案例，是实现3D数字设计、机电设计一体化、设计仿真一体化、PDM/PLM研发管理一体化、PDM/ERP/MES端到端集成一体化、生产加工无纸化等的良好解决方案。

参考文献：

[1]陈超祥.胡其登.《SolidWorks电气教程》（2013版）

[2]余铁静.稠油注蒸汽开采提干提效配套技术的开发[J].化学工程与装备

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