專利名稱：固井水泥混漿的自動(dòng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固井水泥混漿的自動(dòng)控制方法，在油田固井作業(yè)時(shí)用于水泥混漿密度的自動(dòng)控制。
背景技術(shù)：
目前，我國固井水泥混漿作業(yè)通常是手動(dòng)作業(yè)，操作復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大、尤其是難以準(zhǔn)確調(diào)節(jié)干灰計(jì)量閥，水泥漿密度波動(dòng)大，直接影響混漿質(zhì)量，且作業(yè)后無法對作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種固井水泥混漿的自動(dòng)控制方法，它能夠在水泥混漿密度出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)密度的精確自動(dòng)控制。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種固井水泥混漿的自動(dòng)控制方法，它能夠提供模擬實(shí)際工況的控制模擬功能，以便于操作員培訓(xùn)和系統(tǒng)鑒定實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種固井水泥混漿的自動(dòng)控制方法，包括清水流量計(jì)、控制并計(jì)量干水泥灰流量的下灰閥和水泥漿密度計(jì)，其獨(dú)到之處是按下列步驟控制水泥漿密度1.1采集泥漿密度信號(hào)、干灰計(jì)量閥閥位信號(hào)和水泥漿泵信號(hào)以及清水流量信號(hào)和水泥漿泵的排量信號(hào)；1.2由設(shè)定密度、設(shè)定每袋水泥造漿量、設(shè)定每袋水泥需水量及清水密度來計(jì)算設(shè)定干灰/水的重量比；1.3由實(shí)際密度、設(shè)定每袋水泥造漿量、設(shè)定每袋水泥需水量及清水密度來計(jì)算實(shí)際干灰/水的重量比；1.4由實(shí)際清水流量及以上兩值分別計(jì)算設(shè)定干灰傳輸速率及實(shí)際干灰傳輸速率，由微處理器的PID功能計(jì)算出一個(gè)修正后的干灰傳輸速率；1.5由實(shí)際水泥漿密度、計(jì)算排量、實(shí)際清水流量、清水比重及實(shí)際干灰計(jì)量閥閥位來計(jì)算實(shí)際干灰傳輸能力，用這個(gè)值去除步(1.4)計(jì)算出的干灰傳輸速率即可得設(shè)定的干灰計(jì)量閥閥位；1.6由微處理器比較實(shí)際干灰計(jì)量閥位和步驟(1.5)計(jì)算的設(shè)定干灰計(jì)量閥閥位，然后輸出開關(guān)量控制干灰計(jì)量閥的電磁閥并通過該電磁閥啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置改變下灰閥的閥位，從而精確地控制水泥漿密度。
而且，干灰傳輸能力＝({[(計(jì)算排量*實(shí)際泥漿密度)+I]-(清水密度*清水流量)}/60)/實(shí)際閥位其中I＝[(2520*工作時(shí)混漿槽內(nèi)混漿容量)*(實(shí)際泥漿密度-1秒前泥漿密度)]/1.0，實(shí)際閥位是當(dāng)前時(shí)間n秒前的一個(gè)閥位值，具體是將當(dāng)前時(shí)間前的20個(gè)閥位值存到一個(gè)連續(xù)的數(shù)組中(長度為20)，每秒鐘存一次，每次取n秒前的實(shí)際閥位來參與計(jì)算，n＝[(DLAY*10)*工作時(shí)混漿槽內(nèi)混漿容量]/[(計(jì)算排量/42)+20]，DLAY＝1～4。
而且，模擬運(yùn)行模式的實(shí)施步驟是3.1在人機(jī)界面上輸入以下作業(yè)參數(shù)作業(yè)編號(hào)、每袋水泥造漿量、每袋水泥需水量、每袋水泥重量、清水比重、設(shè)定泥漿密度、設(shè)定泥漿排量，然后由微處理器存貯三組作業(yè)參數(shù)，其中作業(yè)編號(hào)為每組作業(yè)的編號(hào)，其數(shù)值范圍是1～3，每次作業(yè)時(shí)，通過輸入作業(yè)編號(hào)值(1～3)選擇其中的一組數(shù)據(jù)，3.2輸入模擬密度起始值及模擬清水流量值，打開清水模擬器，閥位模擬器和密度模擬器，以模擬清水、密度控制和閥位控制的整個(gè)過程，其中實(shí)際清水流量值為模擬清水流量，實(shí)際干灰計(jì)量閥閥位為1秒鐘前的設(shè)定干灰計(jì)量閥閥位，模擬密度值為由實(shí)際清水流量、清水密度、干灰混合物密度、干灰計(jì)量閥閥位、干灰傳輸能力及工作時(shí)混漿槽內(nèi)水泥漿的體積計(jì)算出來的模擬密度。
而且，模擬密度＝密度A+((1秒前的密度-密度A)*B，密度A＝[({C/[(D*E)*(60/F)])*G}+F)/({C/[(D*E)*(60/F)]}+1)，其中B＝2.7183((-1*(計(jì)算排量/2520))/工作時(shí)混漿槽內(nèi)混漿容量)，C清水流量，D干灰傳輸能力，E干灰計(jì)量閥閥位，F(xiàn)干灰混合物密度，G清水密度。
而且，數(shù)據(jù)記錄和傳送的步驟是以先進(jìn)先出的方式每隔10s記錄一次數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)被分成六組，每記錄一組新數(shù)據(jù)時(shí)要輸入新的作業(yè)編號(hào)，作業(yè)完成后，按各作業(yè)編號(hào)下載各組數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)每隔1s(可在人機(jī)界面上調(diào)整)由微處理器經(jīng)串口和RS232電纜向PC機(jī)傳送一次數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.在密度變化時(shí)，能及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)整干灰計(jì)量閥，以保證混漿質(zhì)量。2.控制模擬功能便于操作員培訓(xùn)和系統(tǒng)鑒定。3.數(shù)據(jù)記錄和實(shí)時(shí)傳送功能便于作業(yè)中和作業(yè)后的數(shù)據(jù)分析。


圖1是固井水泥混漿的自動(dòng)控制系統(tǒng)的示意圖。
圖2是固井水泥混漿的自動(dòng)控制的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1和圖2，實(shí)施固井水泥混漿的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括微處理器1、人機(jī)界面2、下灰閥3、下灰閥編碼器3.1、密度計(jì)4、流量計(jì)5、排量傳感器6、7、電磁換向閥8、柱塞泵9、10、PC機(jī)11。
其中微處理器1與PC機(jī)或筆記本電腦之間通過其串口以及標(biāo)準(zhǔn)的RS232電纜總線相溝通；微處理器通過DH485總線與人機(jī)界面2實(shí)現(xiàn)人機(jī)通訊。
本發(fā)明所述固井水泥混漿的自動(dòng)控制方法，它包括清水流量計(jì)、控制并計(jì)量干水泥灰流量的下灰閥和水泥漿密度計(jì)，本方法按下列步驟控制水泥漿密度1.1采集泥漿密度信號(hào)、干灰計(jì)量閥閥位信號(hào)和水泥漿泵信號(hào)以及清水流量信號(hào)和水泥漿泵的排量信號(hào)12；1.2由設(shè)定密度、設(shè)定每袋水泥造漿量、設(shè)定每袋水泥需水量及清水密度來計(jì)算設(shè)定干灰/水的重量比13，14；1.3由實(shí)際密度、設(shè)定每袋水泥造漿量、設(shè)定每袋水泥需水量及清水密度來計(jì)算實(shí)際干灰/水的重量比15；1.4由實(shí)際清水流量及以上兩值分別計(jì)算設(shè)定干灰傳輸速率16及實(shí)際干灰傳輸速率17，由微處理器1的PID功能計(jì)算出一個(gè)修正后的干灰傳輸速率18；1.5由實(shí)際水泥漿密度、計(jì)算排量、實(shí)際清水流量、清水比重及實(shí)際干灰計(jì)量閥閥位來計(jì)算實(shí)際干灰傳輸能力19，用這個(gè)值去除步(1.4)計(jì)算出的干灰傳輸速率即可得設(shè)定的干灰計(jì)量閥閥位20；1.6由微處理器1比較實(shí)際干灰計(jì)量閥位和步驟(1.5)計(jì)算的設(shè)定干灰計(jì)量閥閥位，然后輸出開關(guān)量控制干灰計(jì)量閥的電磁閥21并通過該電磁閥啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置改變下灰閥的閥位，從而精確地控制水泥漿密度。
所述干灰系指尚未混合的干水泥灰。
所述干灰閥位信號(hào)是一個(gè)模擬信號(hào)，它通過四通道模擬輸入模塊的一個(gè)通道反饋到微處理器1，并依據(jù)干灰實(shí)際密度來修正閥位。四通道模擬輸入模塊可選用型號(hào)1746-NI4，其功能是采集模擬電流和電壓信號(hào)。
進(jìn)一步的技術(shù)方案可以是所述干灰傳輸能力＝({[(計(jì)算排量*實(shí)際泥漿密度)+I]-(清水密度*清水流量)}/60)/實(shí)際閥位其中I＝[(2520*工作時(shí)混漿槽內(nèi)混漿容量)*(實(shí)際泥漿密度-1秒前泥漿密度)]/1.0，實(shí)際閥位是當(dāng)前時(shí)間n秒前的一個(gè)閥位值，具體是將當(dāng)前時(shí)間前的20個(gè)閥位值存到一個(gè)連續(xù)的數(shù)組中(長度為20)，每秒鐘存一次，每次取n秒前的實(shí)際閥位來參與計(jì)算，n＝[(DLAY*10)*工作時(shí)混漿槽內(nèi)混漿容量]/[(計(jì)算排量/42)+20]，DLAY＝1～4。
而且，模擬運(yùn)行模式的實(shí)施步驟是3.1在人機(jī)界面上輸入以下作業(yè)參數(shù)作業(yè)編號(hào)、每袋水泥造漿量、每袋水泥需水量、每袋水泥重量、清水比重、設(shè)定泥漿密度、設(shè)定泥漿排量，然后由微處理器存貯三組作業(yè)參數(shù)，其中作業(yè)編號(hào)為每組作業(yè)的編號(hào)，其數(shù)值范圍是1～3，每次作業(yè)時(shí)，通過輸入作業(yè)編號(hào)值(1～3)選擇其中的一組數(shù)據(jù)，3.2輸入模擬密度起始值及模擬清水流量值，打開清水模擬器，閥位模擬器和密度模擬器，以模擬清水、密度控制和閥位控制的整個(gè)過程，其中實(shí)際清水流量值為模擬清水流量，實(shí)際干灰計(jì)量閥閥位為1秒鐘前的設(shè)定干灰計(jì)量閥閥位，模擬密度值為由實(shí)際清水流量、清水密度、干灰混合物密度、干灰計(jì)量閥閥位、干灰傳輸能力及工作時(shí)混漿槽內(nèi)水泥漿的體積計(jì)算出來的模擬密度。
而且，模擬密度＝密度A+((1秒前的密度-密度A)*B，密度A＝[({C/[(D*E)*(60/F)])*G}+F)/({C/[(D*E)*(60/F)]}+1)，其中B＝2.7183((-1*(計(jì)算排量/2520))/工作時(shí)混漿槽內(nèi)混漿容量)，C清水流量，D干灰傳輸能力，E干灰計(jì)量閥閥位，F(xiàn)干灰混合物密度，G清水密度。
而且，數(shù)據(jù)記錄22和傳送23的步驟是以先進(jìn)先出的方式每隔10s記錄一次數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)被分成六組，每記錄一組新數(shù)據(jù)時(shí)要輸入新的作業(yè)編號(hào)，作業(yè)完成后，按各作業(yè)編號(hào)下載各組數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)每隔1s(可在人機(jī)界面上調(diào)整)由微處理器經(jīng)串口和RS232電纜向PC機(jī)傳送一次數(shù)據(jù)。以便作業(yè)后對作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析并采取有針對性的措施。
權(quán)利要求
1.一種固井水泥混漿的自動(dòng)控制方法，包括清水流量計(jì)、控制并計(jì)量干水泥灰流量的下灰閥和水泥漿密度計(jì)，其特征是按下列步驟控制水泥漿密度1.1采集泥漿密度信號(hào)、干灰計(jì)量閥閥位信號(hào)和水泥漿泵信號(hào)以及清水流量信號(hào)和水泥漿泵的排量信號(hào)；1.2由設(shè)定密度、設(shè)定每袋水泥造漿量、設(shè)定每袋水泥需水量及清水密度來計(jì)算設(shè)定干灰/水的重量比；1.3由實(shí)際密度、設(shè)定每袋水泥造漿量、設(shè)定每袋水泥需水量及清水密度來計(jì)算實(shí)際干灰/水的重量比；1.4由實(shí)際清水流量及以上兩值分別計(jì)算設(shè)定干灰傳輸速率及實(shí)際干灰傳輸速率，由微處理器的PID功能計(jì)算出一個(gè)修正后的干灰傳輸速率；1.5由實(shí)際水泥漿密度、計(jì)算排量、實(shí)際清水流量、清水密度及實(shí)際干灰計(jì)量閥閥位來計(jì)算實(shí)際干灰傳輸能力，用這個(gè)值去除步(1.4)計(jì)算出的干灰傳輸速率即可得設(shè)定的干灰計(jì)量閥閥位；1.6由微處理器比較實(shí)際干灰計(jì)量閥位和步驟(1.5)計(jì)算的設(shè)定干灰計(jì)量閥閥位，然后輸出開關(guān)量控制干灰計(jì)量閥的電磁閥并通過該電磁閥啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置改變下灰閥的閥位，從而精確地控制水泥漿密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固井水泥混漿的自動(dòng)控制方法，其特征是干灰傳輸能力＝({[(計(jì)算排量*實(shí)際泥漿密度)+I]-(清水密度*清水流量)}/60)/實(shí)際干灰計(jì)量閥閥位，其中I＝[(2520*工作時(shí)混漿槽內(nèi)混漿容量)*(實(shí)際泥漿密度-1秒前泥漿密度)]/1.0，實(shí)際閥位是當(dāng)前時(shí)間n秒前的一個(gè)閥位值，具體是將當(dāng)前時(shí)間前的20個(gè)閥位值存到一個(gè)連續(xù)的數(shù)組中(長度為20)，每秒鐘存一次，每次取n秒前的實(shí)際閥位來參與計(jì)算，n＝[(DLAY*10)*工作時(shí)混漿槽內(nèi)混漿容量]/[(計(jì)算排量/42)+20]，DLAY＝1～4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固井水泥混漿的自動(dòng)控制方法，其特征是模擬運(yùn)行模式的實(shí)施步驟是3.1在人機(jī)界面上輸入以下作業(yè)參數(shù)作業(yè)編號(hào)、每袋水泥造漿量、每袋水泥需水量、每袋水泥重量、清水比重、設(shè)定泥漿密度、設(shè)定泥漿排量，然后由微處理器存貯三組作業(yè)參數(shù)，其中作業(yè)編號(hào)為每組作業(yè)的編號(hào)，其數(shù)值范圍是1～3，每次作業(yè)時(shí)，通過輸入作業(yè)編號(hào)值(1～3)選擇其中的一組數(shù)據(jù)，3.2輸入模擬密度起始值及模擬清水流量值，打開清水模擬器，閥位模擬器和密度模擬器，以模擬清水、密度控制和閥位控制的整個(gè)過程，其中實(shí)際清水流量值為模擬清水流量，實(shí)際干灰計(jì)量閥閥位為1秒鐘前的設(shè)定干灰計(jì)量閥閥位，模擬密度值為由實(shí)際清水流量、清水密度、干灰混合物密度、干灰計(jì)量閥閥位、干灰傳輸能力及工作時(shí)混漿槽內(nèi)水泥漿的體積計(jì)算出來的模擬密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固井水泥混漿的自動(dòng)控制方法，其特征是模擬密度＝密度A+((1秒前的密度-密度A)*B密度A＝[({C/[(D*E)*(60/F)])*G}+F)/({C/[(D*E)*(60/F)]}+1)，其中B＝2.7183((-1*(計(jì)算排量/2520))/工作時(shí)混漿槽內(nèi)混漿容量)，C清水流量，D干灰傳輸能力，E干灰計(jì)量閥閥位，F(xiàn)干灰混合物密度，G清水密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一個(gè)所述的固井水泥混漿的自動(dòng)控制方法，其特征是數(shù)據(jù)記錄和傳送的步驟是以先進(jìn)先出的方式每隔10s記錄一次數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)被分成六組，每記錄一組新數(shù)據(jù)時(shí)要輸入新的作業(yè)編號(hào)，作業(yè)完成后，按各作業(yè)編號(hào)下載各組數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)每隔1s(可在人機(jī)界面上調(diào)整)由微處理器經(jīng)串口和RS232電纜向PC機(jī)傳送一次數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種固井水泥混漿的自動(dòng)控制方法，包括清水流量計(jì)、控制并計(jì)量干水泥灰流量的下灰閥和水泥漿密度計(jì)，其要點(diǎn)是按下列步驟控制水泥漿密度采集泥漿密度信號(hào)、干灰計(jì)量閥閥位信號(hào)和水泥漿泵信號(hào)以及清水流量信號(hào)和水泥漿泵的排量信號(hào)；計(jì)算設(shè)定干灰/水的重量比；計(jì)算實(shí)際干灰/水的重量比；由實(shí)際清水流量及以上兩值分別計(jì)算設(shè)定干灰傳輸速率及實(shí)際干灰傳輸速率，由微處理器的PID功能計(jì)算出一個(gè)修正后的干灰傳輸速率；計(jì)算實(shí)際干灰傳輸能力，獲得干灰計(jì)量閥閥位；由微處理器輸出開關(guān)量控制干灰計(jì)量閥的電磁閥，從而精確地控制水泥漿密度。
文檔編號(hào)B28C7/12GK1810478SQ20061001839
公開日2006年8月2日 申請日期2006年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月22日
發(fā)明者唐軍, 陳春霞 申請人:四機(jī)賽瓦石油鉆采設(shè)備有限公司