CN101493004B - 破胶剂精确控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油压裂施工中对破胶剂加入量的自动精确控制方法，其特征是：齿轮减速机(1)通过联轴器与螺旋液压马达相连，破胶剂箱体(6)通过法兰(2)固定在齿轮减速机(1)一端，螺杆(3)穿入破胶剂箱体(6)与齿轮减速机(1)输出轴相连，破胶剂箱体(6)侧壁有螺杆(3)延伸管线，管线下方有出料口(5)，快卡(4)封闭在破胶剂箱体(6)延伸管线端口上，并将螺杆(3)限定在螺杆(3)与齿轮减速机(1)输出轴水平轴线上；螺旋液压马达通过单片机或手动旋钮的控制信号带动螺旋旋转，将破胶剂加入压裂液。通过实破胶剂的楔形加入自动控制，并用计算机监控和记录相关数据，得到破胶剂加入时机、数量和楔形加入斜率的真实数据。

Description

破胶剂精确控制方法

技术领域

本发明属于石油压裂施工辅助设备，主要是用于压裂过程中对破胶剂加入量的自动精确控制的破胶剂精确控制方法。

背景技术

压裂依然是地层增产改造的主要手段，为了后期压裂液体的顺利返排，必须在压裂液体中加入破胶剂。国内外油田大量使用水基压裂液破胶微胶囊破胶剂。微胶囊破胶剂是在过硫酸铵表面包结一层防止水侵入的绝缘包衣，绝缘包衣对破胶剂具有屏蔽作用，并在一定的条件下释放，从而达到了延缓破胶的目的。微胶囊破胶剂具有良好的缓释性能，使压裂液在施工中能保持较高的携砂能力，防止压裂液提前破胶，压裂液破胶化水彻底，提高压裂液的反排效果，减少对地层及支撑剂的伤害，提高增产效果。尽管微胶囊破胶剂具有很好的物理和化学性质，但对加入的数量和方式也有比较严格的要求。如果破胶剂的加入时机、数量和楔形加入斜率不正确，要么会影响压裂的正常施工，要么会影响后期入地液体的正常返排，压裂液返排在很大程度上决定了地层改造后产出效果，如何通过破胶剂添加量楔形加入的精确控制、计量、记录和跟踪，从而探索破胶剂对施工液体携砂能力、摩阻等特性和后续排液效果的影响，在保证顺利高效地完成压裂施工任务的同时，最大程度的返排入地液体是我们急需解决的问题。

由于设备和控制方面的原因，目前没有专门针对微胶囊破胶剂加入的专用装置和专用楔形控制设备，我国油田的微胶囊破胶剂的加入仍大量采用人工加入的方法，很难做到加入量的精确控制和楔形加入方式，为此，通过该破胶剂精确控制方法，实现破胶剂的楔形加入自动控制，并可实现计算机监控和记录相关数据，为更加科学的开发油气田提供了技术保障。

发明内容

本发明的目的是提供一种破胶剂精确控制方法，通过实破胶剂的楔形加入自动控制，并用计算机监控和记录相关数据，在压裂作业以后通过回访现场实际排液效果和地层产能情况，得到破胶剂科学加入时机、数量和楔形加入斜率的真实数据，为压裂施工的顺利进行和地层液体的顺利排出提供科学数据和依据。

本发明的目的是这样实现的，一种破胶剂精确控制方法，其特征是：齿轮减速机通过联轴器与螺旋液压马达相连，破胶剂箱体通过法兰固定在齿轮减速机一端，螺杆穿入破胶剂箱体与齿轮减速机输出轴相连，破胶剂箱体侧壁有螺杆延伸管线，管线下方有出料口，快卡封闭在破胶剂箱体延伸管线端口上，并将螺杆限定在螺杆与齿轮减速机输出轴水平轴线上；螺旋液压马达与控制机构电连接，通过的控制机构控制信号带动螺旋旋转，将破胶剂加入压裂液。

所述的破胶剂箱体为两侧呈梯形状并加有端盖的密闭箱体，箱体下端为可容纳螺杆圆锥状结构。

所述的螺杆的尺寸为外径63.5mm，轴径20.0mm，叶厚2.0mm，导程30.0mm；或者为外径55mm，轴径20.0mm，叶厚2.0mm，导程30.0mm。

所述的齿轮减速机的减速比为1/50，或者为1/15。

所述的控制机构包括单片机控制单元、接口电路单元I/O box、显示及输入单元触摸显示屏、液压马达减速装置和输送螺旋机械单元、转速传感回馈单元，触摸显示屏通过接口电路单元I/O box与单片机连接，液压马达减速和输送螺旋机械单元与单片机D/A转换电路的输出端电连接，转速传感回馈单元与单片机输入口电连接；触摸显示屏通过接口和显示驱动模块连接到单片机，经单片机附带D/A转换电路，转换成控制电流，经放大电路驱动电磁阀，控制液压***压力和排量，从而控制输送螺旋转速，控制添加剂添加量。

所述的单片机根据预先设定的指令，根据设定的不同种类破胶剂比重，计算成每分钟加入的数量，完成破胶剂加入量和螺旋转速对应关系的数据计算，并用试验得到的控制修正参数得到最终的实际转速，通过电控比例液压阀控制液压***流量和压力，从而控制液压马达转速，通过减速装置，带动输送螺旋旋转，完成破胶剂加入量的控制；由转速传感器采集的监控和反馈信号回送到单片机，单片机根据实际转速和目标转速的差别，通过PID控制，迅速发出控制信号。

本发明的特点是：通过该装置对破胶剂的精确加入控制，可以实现微胶囊破胶剂的自动控制楔形加入，在节约劳动力的同时，加入量和加入形式更加科学合理，所有数据都可以记录保存，通过结合后期排液效果跟踪，可以摸索不同区块破胶剂的加入模式，保证最好的施工效果和后期排液效果，使地层产能得到最大的释放，创造更好经济效益。在作业中可以进一步提高设备整体自动化控制水平，减少人为因素对施工的影响，提高服务水平。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。

图1为实施例螺旋执行机械结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4为单片机自动控制数据采集***流程图。

图中：1、齿轮减速机；2、法兰；3、螺杆；4、快卡；5、出料口；6、破胶剂箱体。

具体实施方式

实施例如图1、图2、图3所示，齿轮减速机1通过联轴器与螺旋液压马达相连，破胶剂箱体6通过法兰2固定在齿轮减速机1一端，破胶剂箱体6为两侧呈梯形状并加有端盖的密闭箱体，箱体下端为可容纳螺杆3圆锥状结构。螺杆3穿入破胶剂箱体6与齿轮减速机1输出轴相连，破胶剂箱体6侧壁有螺杆3延伸管线，管线下方有出料口5，快卡4封闭在破胶剂箱体6延伸管线端口上，并将螺杆3限定在螺杆3与齿轮减速机1输出轴水平轴线上；螺旋液压马达通过单片机或手动旋钮的控制信号带动螺旋旋转，将破胶剂加入压裂液。

通过一套手动自动切换装置，螺旋液压马达可以选择接受来自单片机或者手动旋钮的控制信号，通过减速装置齿轮减速机1，带动螺杆3旋转，从而将破胶剂加入压裂液。为了满足破胶剂最大量程和最小量程超过一百倍的控制范围，我们使用了两套不同尺寸的螺杆，螺杆3的尺寸为外径63.5mm，轴径20.0mm，叶厚2.0mm，导程30.0mm。或者为外径55mm，轴径20.0mm，叶厚2.0mm，导程30.0mm。设置的不同的减速比，齿轮减速机1的减速比为1/50或者为1/15。由单片机自动进行接力控制。同时，为了满足控制的连续性和线性，两只螺旋的控制范围设定了合理的控制折叠区，保证的全部加入过程的精确添加。

本装置控制机构由电控液压***组成，如图4所示：该***由五个部分组成：

第一部分为单板机控制单元。单片机是自动控制中心和输入通道，输出通道以及PID控制通道等所有输入、输出通道控制参数的存储中心。在自动控制模式下，目标任务被计算成螺旋转速控制数字信号，经单片机附带D/A转换电路，转换成控制电流，经放大电路驱动电磁阀，控制液压***压力和排量，从而控制输送螺旋转速，控制添加剂添加量。过程控制采用PID控制，实现螺旋转速的实时精确控制，将误差保持在5％以下。第二部分为接口电路单元(I/O box)。I/O box的作用主要是实现触摸显示屏和单片机之间的通讯。通过I/O box，单片机和触摸显示屏可以用RS232串口连接，同时实现远程各项数据资料录取。第三部分为显示及输入单元(触摸显示屏)。触摸显示屏相当于集中了计算机的显示器和健盘的功能，它是单片机的程序指令输入和显示输出机构。第四部分为液压马达、减速装置和输送螺旋机械单元。第五部分为转速传感回馈单元。

K65触摸屏是参数输出和输入单元，通过接口和显示驱动模块连接到单片机，可以接收显示来自单片机的各种控制数据信息，同时也可以通过触摸屏输入各项控制系数、任务参数以及需要单片机完成的控制指令。单片机根据预先设定的指令，根据设定的不同种类破胶剂比重，计算成每分钟加入的数量，完成破胶剂加入量和螺旋转速对应关系的数据计算，并用试验得到的控制修正参数得到最终的实际转速，通过电控比例液压阀控制液压***流量和压力，从而控制液压马达转速，通过减速装置，带动输送螺旋旋转，完成破胶剂加入量的控制。由转速传感器采集的监控和反馈信号回送到单片机，单片机根据实际转速和目标转速的差别，通过PID控制，迅速发出控制信号，我们通过实验得到的PID参数提前设定输入到控制***，既可以保证控制的高速反应，也可以防止控制信号过冲造成的结果偏离。同时，通过专用的接口电路，将这些信息通过计算机串口送入计算机，由装有采集软件的计算机完成数据的监控和采集分析。为了完成上述工作，还需要进行螺旋转速控制的标校，得到修正参数，因为一个理想的控制应是完全线性的，但实际的控制***都不是线性的，为得到破胶剂添加量与添加剂泵转速之间的相对线性控制关系，需要对控制曲线进行线性控制修正，用3次方线性回归方程计算出COEFFICIENT0、COEFFICIENT1、COEFFICIENT2、COEFFICIENT3值。将它们的值依次输入到ANALIG OUT屏添加剂泵通道COEFFICIENT0、COEFFICIENT1、COEFFICIENT2、COEFFICIENT3中，并在AVERAGE COUNTS选项中输入平均控制采样值，在LOW LIMIT选项中输入添加剂泵的最小转速值，在HIGH LIMIT选项中输入一号固体添加剂泵的最大转速值，并进行确定和存储。这些工作完成后，控制***就可以根据我们的需要进行控制。控制方式可以选择手动控制和自动控制。当自动控制时，只要设定不同的阶段加入量，计算机就可以根据设定完成阶段加入控制，根据工艺的要求，计算机也能自动计算线性增加量，完成破胶剂的楔形加入。由此可见，它是一个交互式操作***，所有的作业阶段定义的数值既可以在***执行该阶段的过程中调节，也可以在作业阶段开始前调节。两只螺旋既可以同时自动或手动工作，也可以一只手动一只自动，工作过程中可以任意切换。它们既可以自动，也可以不依赖单片及自动控制***而单独手动工作。在加如控制方式上既可以用步进方式，也可以用渐进方式。

Claims (4)

1.破胶剂精确控制方法，其特征是：齿轮减速机(1)通过联轴器与螺旋液压马达相连，破胶剂箱体(6)通过法兰(2)固定在齿轮减速机(1)一端，螺杆(3)穿入破胶剂箱体(6)与齿轮减速机(1)输出轴相连，破胶剂箱体(6)侧壁有螺杆(3)延伸管线，管线下方有出料口(5)，快卡(4)封闭在破胶剂箱体(6)延伸管线端口上，并将螺杆(3)限定在螺杆(3)与齿轮减速机(1)输出轴水平轴线上；螺旋液压马达与控制机构电连接，通过的控制机构控制信号带动螺旋旋转，将破胶剂加入压裂液；所述的控制机构包括单片机控制单元、接口电路单元、显示及输入单元、液压马达减速装置和输送螺旋机械单元、转速传感回馈单元，触摸显示屏通过接口电路单元与单片机连接，液压马达减速和输送螺旋机械单元与单片机D/A转换电路的输出端电连接，转速传感回馈单元与单片机输入口电连接；触摸显示屏通过接口和显示驱动模块连接到单片机，经单片机附带D/A转换电路，转换成控制电流，经放大电路驱动电磁阀，控制液压***压力和排量，从而控制输送螺旋转速，控制添加剂添加量；所述的单片机根据预先设定的指令，根据设定的不同种类破胶剂比重，计算成每分钟加入的数量，完成破胶剂加入量和螺旋转速对应关系的数据计算，并用试验得到的控制修正参数得到最终的实际转速，通过电控比例液压阀控制液压***流量和压力，从而控制液压马达转速，通过减速装置，带动输送螺旋旋转，完成破胶剂加入量的控制；由转速传感器采集的监控和反馈信号回送到单片机，单片机根据实际转速和目标转速的差别，通过PID控制，迅速发出控制信号。

2.根据权利要求1所述的破胶剂精确控制方法，其特征是：所述的破胶剂箱体(6)为两侧呈梯形状并加有端盖的密闭箱体，箱体下端为可容纳螺杆(3)圆锥状结构。

3.根据权利要求1所述的破胶剂精确控制方法，其特征是：所述的螺杆(3)的尺寸为外径63.5mm，轴径20.0mm，叶厚2.0mm，导程30.0mm；或者为外径55mm，轴径20.0mm，叶厚2.0mm，导程30.0mm。

4.根据权利要求1所述的破胶剂精确控制方法，其特征是：所述的齿轮减速机(1)的减速比为1/50，或者为1/15。

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