專利名稱：用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于油田壓裂、酸化、防砂混合液的混配控制方法，主要用于陸地或海洋油田的壓裂、酸化、防砂施工的自動(dòng)控制。
背景技術(shù)：
我國(guó)油田疏松砂巖油藏分布范圍較廣，儲(chǔ)量大，產(chǎn)量占有重要的地位。油井出砂是這類油藏開(kāi)采的主要矛盾。出砂危害極大，砂埋油層或井筒砂堵造成油井停產(chǎn)作業(yè)；出砂后大大提高了原油生長(zhǎng)成本，因而油井防砂等是這類油藏的基本采油工藝，也是正常生產(chǎn)的重要保證。隨著油田疏松砂巖油藏勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，對(duì)壓裂、酸化、防砂工藝技術(shù)的要求也越來(lái)越高。在傳統(tǒng)壓裂、酸化、防砂作業(yè)中，由于地層井下情況復(fù)雜多變，該作業(yè)一直由經(jīng)驗(yàn)豐富的工人手工操作，其不足之處主要表現(xiàn)在操作通過(guò)手動(dòng)按鈕完成，無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換?？刂浦饕揽拷?jīng)驗(yàn)判斷，控制點(diǎn)多，不易操作。由于判斷失誤或是操作的熟練程度不高，操作人員的協(xié)調(diào)不好，達(dá)不到設(shè)定的理想的混配比和設(shè)定的添加劑濃度，將影響整個(gè)壓裂、酸化、防砂質(zhì)量，重者將導(dǎo)致油層堵塞、油井減產(chǎn)甚至油層破壞，油井報(bào)廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)混配作業(yè)的自動(dòng)控制，而且還具有更高的可靠性和易維修性，并能對(duì)混合液的混配工況變化實(shí)時(shí)地進(jìn)行監(jiān)視和控制。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，按設(shè)定配比將基液、液態(tài)和干粉狀添加劑和支撐劑混合成混合液并送入井下，其其獨(dú)到之處是(1)設(shè)定混合液液位，根據(jù)超聲波液位計(jì)采集到的實(shí)時(shí)液位信號(hào)調(diào)節(jié)基液流量，并在作業(yè)過(guò)程中使混合罐的液位保持在設(shè)定高度；(2)根據(jù)設(shè)定的支撐劑起始濃度、結(jié)尾濃度、階段基液總量，采集的實(shí)時(shí)基液流量，計(jì)算出設(shè)定的絞龍轉(zhuǎn)速以確定支撐劑輸送量；(3)根據(jù)設(shè)定的添加劑配比和采集的基液實(shí)時(shí)流量計(jì)算出設(shè)定的添加劑流量，并根據(jù)采集的實(shí)時(shí)添加劑的流量，以PID控制方式自動(dòng)調(diào)節(jié)各種添加劑的流量。
而且，根據(jù)采集的絞龍轉(zhuǎn)速，在階段作業(yè)過(guò)程中，自動(dòng)讓支撐劑濃度成一條均勻變化的曲線，用PID控制方式調(diào)節(jié)絞龍轉(zhuǎn)速。
而且，支撐劑濃度曲線的關(guān)系式為設(shè)定支撐劑濃度＝設(shè)定起始濃度+[(設(shè)定結(jié)尾濃度-設(shè)定起始濃度)/(設(shè)定階段基液總量-階段基液起始總量)]。
而且，設(shè)有2臺(tái)輸送支撐劑的絞龍。
而且，5.1將采集的絞龍轉(zhuǎn)速(單位轉(zhuǎn)/分)經(jīng)微處理器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，作為過(guò)程變量PV；根據(jù)設(shè)定的支撐劑起始濃度、支撐劑結(jié)尾濃度、階段基液總量，即算出對(duì)應(yīng)不同階段基液總量時(shí)支撐劑設(shè)定的濃度，再用計(jì)算出的設(shè)定支撐劑濃度乘以采集的基液流量，得出設(shè)定支撐劑速度(方/分鐘)，再除以絞龍因子(方/轉(zhuǎn))，得出設(shè)定絞龍轉(zhuǎn)速，最后乘以絞龍速比，得出單個(gè)絞龍的設(shè)定轉(zhuǎn)速，再將這個(gè)設(shè)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的設(shè)定值SP，根據(jù)SP和PV，用PID進(jìn)行控制，將計(jì)算的數(shù)字量的結(jié)果轉(zhuǎn)化為電壓后，經(jīng)微處理器的控制輸出模塊輸出給外部電路，經(jīng)過(guò)外部電路的放大，輸出給液力馬達(dá)，從而控制絞龍轉(zhuǎn)速。
5.2將設(shè)定的混合液液位作為設(shè)定值并轉(zhuǎn)化為數(shù)字量SP；采集的實(shí)際液位，經(jīng)微處理器處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的PV，用PID指令進(jìn)行控制，將計(jì)算出的數(shù)字量結(jié)果轉(zhuǎn)化為電壓后，經(jīng)微處理器的控制輸出模塊輸出給外部電路，經(jīng)過(guò)外部電路的放大，輸出給變量泵來(lái)控制基液流量大??；而且，在人機(jī)界面上設(shè)定最低液位上、下限值和最高液位上、下限值；當(dāng)測(cè)量液位達(dá)到最低液位下限時(shí)，基液流量控制直接為最大值；直到測(cè)量液位回復(fù)到設(shè)定最低液位上限，再采用PID控制；當(dāng)測(cè)量液位達(dá)到最高液位上限時(shí)，基液流量控制為最小，直到測(cè)量液位回復(fù)到設(shè)定最大液位下限，再采用PID控制。
5.3添加劑包括2個(gè)液體添加劑和1個(gè)干粉添加劑，根據(jù)設(shè)定的添加劑濃度，采集的基液流量，計(jì)算出設(shè)定添加劑的流量，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量SP，根據(jù)流量計(jì)測(cè)得的實(shí)時(shí)添加劑流量，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量作為PV，用PID進(jìn)行控制，計(jì)算出一個(gè)控制電壓并由微處理器的模擬輸出模塊輸出給多路閥，從而控制添加劑流量。
而且，按以下方式確定支撐劑的設(shè)定濃度當(dāng)一個(gè)階段開(kāi)始時(shí)，也就是階段基液總量為0時(shí)，支撐劑濃度為設(shè)定的支撐劑起始濃度；當(dāng)一個(gè)階段結(jié)束時(shí)，也就是階段基液總量為設(shè)定的階段基液總量時(shí)，支撐劑濃度為設(shè)定的支撐劑結(jié)尾濃度，從支撐劑起始濃度到支撐劑結(jié)尾濃度變化過(guò)程中，根據(jù)不同的階段基液總量呈一個(gè)線性變化關(guān)系即設(shè)定支撐劑濃度＝設(shè)定起始濃度+[(設(shè)定結(jié)尾濃度-設(shè)定起始濃度)/(設(shè)定階段基液總量-階段基液起始總量)]。
而且，根據(jù)設(shè)定混合液排出口壓力，采集的排出口壓力，當(dāng)排出口壓力小于設(shè)定壓力時(shí)，增大混合液排出流量；當(dāng)排出口壓力大于設(shè)定的壓力時(shí)，減少混合液排出流量；當(dāng)排出口壓力在設(shè)定的壓力范圍內(nèi)時(shí)，保持當(dāng)前的混合液排出流量。
而且，PID方程為OUTPUT=Kc[e(t)+1TI∫e(t)d(t)+TDde(t)dt]]]>式中OUTPUT為計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字量輸出，得到此控制輸出值后，再轉(zhuǎn)化為電流或電壓輸出，，Kc為控制比例系數(shù)，TI為控制微分系數(shù)，TD為控制積分系數(shù)。e(t)為對(duì)應(yīng)不同時(shí)刻的偏差(error)。
而且，在微處理器的存儲(chǔ)器的不同地址中，分別存入至多20個(gè)階段的作業(yè)數(shù)據(jù)，每個(gè)階段包括支撐劑起始濃度、支撐劑結(jié)尾濃度、階段基液體積、設(shè)定液位值、添加劑濃度、絞龍速比，以備調(diào)用或修改。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.能根據(jù)液位實(shí)時(shí)的調(diào)整基液流量，控制液位在設(shè)定液位。保證了不抽空，不滿罐；避免了傳統(tǒng)控制方式下混合罐滿罐而造成的浪費(fèi)，混合罐抽空而對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的危害；2.能根據(jù)測(cè)量的實(shí)時(shí)的基液流量和設(shè)定砂比有效的控制絞龍轉(zhuǎn)速，保證加砂的勻變性。從而也保證了密度的均勻變化；3.能根據(jù)測(cè)量的基液流量和設(shè)定添加劑濃度自動(dòng)調(diào)整添加劑的流量；4.能根據(jù)設(shè)定的排出口壓力實(shí)時(shí)的調(diào)整排出液流量；5.能按用戶要求準(zhǔn)確高效地對(duì)混合液中3至10種固體和/或液體介質(zhì)進(jìn)行混配；6.在一次作業(yè)中，可以預(yù)先輸入設(shè)定最多達(dá)20個(gè)階段的參數(shù)，在控制過(guò)程中根據(jù)實(shí)時(shí)的工況進(jìn)行調(diào)用。避免了操作工臨時(shí)輸入?yún)?shù)時(shí)手慌腳亂，提高了工作效率；7.友好，直觀簡(jiǎn)單，動(dòng)畫(huà)形象的監(jiān)控人機(jī)界面，能給操作者有效的提示幫助。


圖1是本發(fā)明的程序流程圖。
圖2是混砂自動(dòng)控制系統(tǒng)的示意圖。
圖3是PID控制示意圖。
圖4是防砂控制系統(tǒng)曲線圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1～圖4，在圖1所示的程序流程圖中1.1.開(kāi)始，2.1.數(shù)據(jù)采集，3.1.控制方式是否自動(dòng)，若否，則4.1手動(dòng)按鈕自行調(diào)節(jié)，若是，則5.1根據(jù)設(shè)定液位調(diào)節(jié)基液流量，6.1.由設(shè)定支撐劑起始、結(jié)尾濃度，實(shí)測(cè)基液流量、總量，調(diào)節(jié)支撐劑速率，7.1由設(shè)定添加劑濃度、實(shí)測(cè)基液流量調(diào)節(jié)添加劑流量，8.1.由設(shè)定排出口壓力上下限調(diào)節(jié)混合液排出流量，9.1.是否停止作業(yè)，若否，則返回，若是，則10.1停止。
實(shí)施本發(fā)明所述控制方法的控制系統(tǒng)可包括(見(jiàn)圖2)1.混合液排出口的壓力傳感器，2.絞龍A轉(zhuǎn)速傳感器，3.絞龍B轉(zhuǎn)速傳感器，4.測(cè)量混合液流量的渦輪流量計(jì)，5.控制電纜，6.控制電纜，7.混合液密度計(jì)，8.干添絞龍轉(zhuǎn)速傳感器，9.液添渦輪流量計(jì)，10.液添渦輪流量計(jì)，11.基液渦輪流量計(jì)，12.混合液渦輪流量計(jì)，13.測(cè)量混合液液位的超聲波液位計(jì)，14.通迅總線(型號(hào)DH485)，15.通迅總線(型號(hào)RS232)，16.人機(jī)界面(觸摸屏)，17.PLC可編程邏輯控制器(programmablelogic controller)；通過(guò)編制下載到微處理器中的程序，控制各種變量，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換成模擬量輸出控制，18.便攜式數(shù)據(jù)采集器，19.絞龍A液力馬達(dá)(變量泵)，20.絞龍B液力馬達(dá)(變量泵)，21.基液吸入液力馬達(dá)(變量泵)，22.混合液排出液力馬達(dá)(變量泵)，23.控制固體添加劑加入量的多路閥。圖3中的標(biāo)記含意24.設(shè)定值SP，25.輸入，26.偏差，27.PID方程，28.前饋或偏差，29.輸出，30.反饋PV，31.傳感器，32.數(shù)字量結(jié)果，33.控制。
本發(fā)明所述用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，按設(shè)定配比將基液、液態(tài)和干粉狀添加劑和支撐劑混合成混合液并送入井下，其獨(dú)到之處是(1)設(shè)定混合液液位，根據(jù)超聲波液位計(jì)采集到的實(shí)時(shí)液位信號(hào)調(diào)節(jié)基液流量5.1，并在作業(yè)過(guò)程中使混合罐的液位保持在設(shè)定高度8.1；(2)根據(jù)設(shè)定的支撐劑起始濃度、結(jié)尾濃度、階段基液總量，采集的實(shí)時(shí)基液流量，計(jì)算出設(shè)定的絞龍轉(zhuǎn)速以確定支撐劑輸送量6.1；(3)根據(jù)設(shè)定的添加劑配比和采集的基液實(shí)時(shí)流量計(jì)算出設(shè)定的添加劑流量，并根據(jù)采集的實(shí)時(shí)添加劑的流量，以PID控制方式自動(dòng)調(diào)節(jié)各種添加劑的流量7.1；而且，根據(jù)采集的絞龍轉(zhuǎn)速，在階段作業(yè)過(guò)程中，自動(dòng)讓支撐劑濃度成一條均勻變化的曲線，用PID控制方式調(diào)節(jié)絞龍轉(zhuǎn)速。
圖4中曲線標(biāo)記的含意34.混合液排量，35.泵壓，36.砂濃度。在砂(支撐劑)濃度曲線中，曲線忽然向下的是在換砂罐。圖中套壓指井口壓力，泵壓指混合液輸送泵的泵壓力。
所述基液可以是水，也可以是水與胍爾粉的混合物；所述添加劑可以是胍爾粉，胍膠，田箐等；所述支撐劑可以是砂或陶礫；所述混合液是基液、添加劑和支撐劑的混合物。用戶在使用時(shí)，它們的配比可能會(huì)各不相同，但只要使用本發(fā)明就能夠滿足其要求的配比，并能按要求準(zhǔn)確高效地對(duì)混合液中3至10種固體和/或液體介質(zhì)進(jìn)行混配。
進(jìn)一步的技術(shù)方案可以是支撐劑濃度曲線的關(guān)系式為設(shè)定支撐劑濃度＝設(shè)定起始濃度+[(設(shè)定結(jié)尾濃度-設(shè)定起始濃度)/(設(shè)定階段基液總量-階段基液起始總量)]。
而且，設(shè)有2臺(tái)輸送支撐劑的絞龍A、B。
而且，5.1將采集的絞龍轉(zhuǎn)速(單位轉(zhuǎn)/分)經(jīng)微處理器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，作為過(guò)程變量PV；根據(jù)設(shè)定的支撐劑起始濃度、支撐劑結(jié)尾濃度、階段基液總量，即算出對(duì)應(yīng)不同階段基液總量時(shí)支撐劑設(shè)定的濃度，再用計(jì)算出的設(shè)定支撐劑濃度乘以采集的基液流量，得出設(shè)定支撐劑速度(方/分鐘)，再除以絞龍因子(方/轉(zhuǎn))，得出設(shè)定絞龍轉(zhuǎn)速，最后乘以絞龍速比，得出單個(gè)絞龍的設(shè)定轉(zhuǎn)速，再將這個(gè)設(shè)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的設(shè)定值(SP)，根據(jù)SP和PV，用PID進(jìn)行控制，將計(jì)算的數(shù)字量的結(jié)果轉(zhuǎn)化為電壓后，經(jīng)微處理器的控制輸出模塊輸出給外部電路，經(jīng)過(guò)外部電路的放大，輸出給液力馬達(dá)，從而控制絞龍轉(zhuǎn)速。
5.2將設(shè)定的混合液液位作為設(shè)定值并轉(zhuǎn)化為數(shù)字量SP；采集的實(shí)際液位，經(jīng)微處理器處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的PV，用PID指令進(jìn)行控制，將計(jì)算出的數(shù)字量結(jié)果轉(zhuǎn)化為電壓后，經(jīng)微處理器的控制輸出模塊輸出給外部電路，經(jīng)過(guò)外部電路的放大，輸出給變量泵來(lái)控制基液流量大小；而且，在人機(jī)界面上設(shè)定最低液位上、下限值和最高液位上、下限值；當(dāng)測(cè)量液位達(dá)到最低液位下限時(shí)，基液流量控制直接為最大值；直到測(cè)量液位回復(fù)到設(shè)定最低液位上限，再采用PID控制；當(dāng)測(cè)量液位達(dá)到最高液位上限時(shí)，基液流量控制為最小，直到測(cè)量液位回復(fù)到設(shè)定最大液位下限，再采用PID控制。
5.3添加劑包括2個(gè)液體添加劑和1個(gè)干粉添加劑，根據(jù)設(shè)定的添加劑濃度，采集的基液流量，計(jì)算出設(shè)定添加劑的流量，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量SP，根據(jù)流量計(jì)測(cè)得的實(shí)時(shí)添加劑流量，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量作為PV，用PID進(jìn)行控制，計(jì)算出一個(gè)控制電壓并由微處理器的模擬輸出模塊輸出給多路閥，從而控制添加劑流量。
而且，按以下方式確定支撐劑的設(shè)定濃度當(dāng)一個(gè)階段開(kāi)始時(shí)，也就是階段基液總量為0時(shí)，支撐劑濃度為設(shè)定的支撐劑起始濃度；當(dāng)一個(gè)階段結(jié)束時(shí)，也就是階段基液總量為設(shè)定的階段基液總量時(shí)，支撐劑濃度為設(shè)定的支撐劑結(jié)尾濃度，從支撐劑起始濃度到支撐劑結(jié)尾濃度變化過(guò)程中，根據(jù)不同的階段基液總量呈一個(gè)線性變化關(guān)系即設(shè)定支撐劑濃度＝設(shè)定起始濃度+[(設(shè)定結(jié)尾濃度-設(shè)定起始濃度)/(設(shè)定階段基液總量-階段基液起始總量)]。
而且，根據(jù)設(shè)定混合液排出口壓力，采集的排出口壓力，當(dāng)排出口壓力小于設(shè)定壓力時(shí)，增大混合液排出流量；當(dāng)排出口壓力大于設(shè)定的壓力時(shí)，減少混合液排出流量；當(dāng)排出口壓力在設(shè)定的壓力范圍內(nèi)時(shí)，保持當(dāng)前的混合液排出流量8.1。
而且，PID方程為OUTPUT=Kc[e(t)+1TI∫e(t)d(t)+TDde(t)dt]]]>式中OUTPUT為計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字量輸出，得到此控制輸出值后，再轉(zhuǎn)化為電流或電壓輸出，，Kc為控制比例系數(shù)，TI為控制微分系數(shù)，TD為控制積分系數(shù)。e(t)為對(duì)應(yīng)不同時(shí)刻的偏差(error)。
在控制過(guò)程中，傳感器測(cè)量的模擬量值經(jīng)微處理器數(shù)據(jù)采集模塊處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，作為PID控制的反饋(process variable，簡(jiǎn)稱PV)；一個(gè)由人機(jī)界面直接設(shè)定的或是微處理器計(jì)算的為工程單位的設(shè)定值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后作為設(shè)定值(set point簡(jiǎn)稱SP)進(jìn)行比較得出一個(gè)偏差(error)。
PID控制的比例項(xiàng)是用偏差直接乘以一個(gè)比例系數(shù)PID控制的微分項(xiàng)是求偏差根據(jù)時(shí)間變化的累加和，然后用計(jì)算的累加和乘以一個(gè)微分系數(shù)。
PID控制的積分項(xiàng)是偏差對(duì)應(yīng)于時(shí)間的變化率。用這個(gè)變化率乘以積分系數(shù)。
在本控制系統(tǒng)中，沒(méi)有用到此參數(shù)。
將計(jì)算的數(shù)字量結(jié)果(OUTPUT)，轉(zhuǎn)化為執(zhí)行元件對(duì)應(yīng)的控制電壓或電流，由微處理器的控制模塊輸出。
而且，在微處理器的存儲(chǔ)器的不同地址中，分別存入至多20個(gè)階段的作業(yè)數(shù)據(jù)，每個(gè)階段包括支撐劑起始濃度、支撐劑結(jié)尾濃度、階段基液體積、設(shè)定液位值、添加劑濃度、絞龍速比，以備調(diào)用或修改。
具體可以是設(shè)置20個(gè)階段作業(yè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及調(diào)用，即先從人機(jī)界面上輸入階段號(hào)1～20，然后依次輸入需要設(shè)定的數(shù)據(jù)，每輸入一個(gè)設(shè)定的數(shù)據(jù)，將在微處理器中根據(jù)階段號(hào)的不同而存儲(chǔ)在不同的地址中；當(dāng)所有的數(shù)據(jù)設(shè)定完后，若需要修改，輸入需要修改的階段號(hào)，設(shè)定的作業(yè)數(shù)據(jù)將會(huì)被調(diào)用并在人機(jī)界面上顯示，以供修改并由微處理器保存修改后的數(shù)據(jù)；在人機(jī)界面輸入至多20個(gè)階段的作業(yè)數(shù)據(jù)包括支撐劑起始濃度、支撐劑結(jié)尾濃度、階段基液體積、設(shè)定液位值、添加劑濃度、絞龍A速比。
根據(jù)基液實(shí)時(shí)流量，設(shè)定的支撐劑起始濃度，設(shè)定支撐劑結(jié)尾濃度，可以算出當(dāng)前需要的支撐劑流量V，此流量＝絞龍A對(duì)應(yīng)的流量+絞龍B對(duì)應(yīng)的流量。假設(shè)當(dāng)前絞龍A速比為X，則絞龍B的速比為100％-X，絞龍A流量＝V×X，絞龍B流量＝V×(100％-X)。
在作業(yè)運(yùn)行過(guò)程中，一個(gè)階段作業(yè)數(shù)據(jù)完成后，根據(jù)操作者的選擇或設(shè)定，若進(jìn)入下一個(gè)階段，清零當(dāng)前的階段累計(jì)量，調(diào)用設(shè)定的階段作業(yè)參數(shù)；若結(jié)束當(dāng)前作業(yè)，則保持當(dāng)前的階段累計(jì)量，停止作業(yè)。
作業(yè)前可按照工藝要求設(shè)置好每個(gè)階段的作業(yè)參數(shù)(共可設(shè)置20階段的作業(yè)參數(shù))。設(shè)置好起始階段作業(yè)號(hào)，按鍵開(kāi)始作業(yè)。若所有控制設(shè)置為自動(dòng)控制方式，作業(yè)開(kāi)始后根據(jù)用戶輸入的設(shè)定液位，超聲波液位計(jì)采集到的實(shí)時(shí)液位信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)基液流量；根據(jù)設(shè)定的添加劑配比和采集的基液實(shí)時(shí)流量計(jì)算出設(shè)定的添加劑流量，并根據(jù)采集的實(shí)時(shí)添加劑的流量，PID控制自動(dòng)的調(diào)節(jié)各種添加劑的流量；根據(jù)設(shè)定的支撐劑起始濃度、結(jié)尾濃度、階段基液總量，采集的實(shí)時(shí)基液流量，計(jì)算出設(shè)定的絞龍轉(zhuǎn)速，并根據(jù)采集的絞龍A、B轉(zhuǎn)速，在階段作業(yè)過(guò)程中，自動(dòng)讓支撐劑濃度成一條均勻變化的曲線(曲線圖如圖4所示)，用PID控制自動(dòng)調(diào)節(jié)絞龍A、B轉(zhuǎn)速。作業(yè)進(jìn)行中，可根據(jù)用戶需要按鍵保持后，保持在當(dāng)前濃度；根據(jù)設(shè)定排出口壓力上下限，采集的排出口壓力值，自動(dòng)的調(diào)節(jié)排量，確保打入井下的混合液壓力的正常。根據(jù)設(shè)定的階段基液總量，在一個(gè)階段基液總量達(dá)到后，若階段控制設(shè)置為自動(dòng)控制，自動(dòng)進(jìn)行下一個(gè)階段的作業(yè)。若下階段的基液設(shè)定總量為0，則自動(dòng)停止整個(gè)作業(yè)過(guò)程。若階段控制設(shè)置為手動(dòng)控制，在當(dāng)前階段作業(yè)完成后，整個(gè)作業(yè)過(guò)程自動(dòng)停止。
若用戶需要單獨(dú)手動(dòng)進(jìn)行操作，將該控制對(duì)應(yīng)的控制方式設(shè)置為手動(dòng)即可。這些過(guò)程用戶只需要作業(yè)前在混砂監(jiān)控人機(jī)顯示軟件面板上輸入用戶需要的幾組參數(shù)就可自動(dòng)完成。整個(gè)作業(yè)過(guò)程的參數(shù)和狀態(tài)在一個(gè)10”彩色顯示屏上即可顯示。
權(quán)利要求
1.一種用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，按設(shè)定配比將基液、液態(tài)和干粉狀添加劑和支撐劑混合成混合液并送入井下，其特征是(1)設(shè)定混合液液位，根據(jù)超聲波液位計(jì)采集到的實(shí)時(shí)液位信號(hào)調(diào)節(jié)基液流量，并在作業(yè)過(guò)程中使混合罐的液位保持在設(shè)定高度；(2)根據(jù)設(shè)定的支撐劑起始濃度、結(jié)尾濃度、階段基液總量，采集的實(shí)時(shí)基液流量，計(jì)算出設(shè)定的絞龍轉(zhuǎn)速以確定支撐劑輸送量；(3)根據(jù)設(shè)定的添加劑配比和采集的基液實(shí)時(shí)流量計(jì)算出設(shè)定的添加劑流量，并根據(jù)采集的實(shí)時(shí)添加劑的流量，以PID控制方式自動(dòng)調(diào)節(jié)各種添加劑的流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，其特征是根據(jù)采集的絞龍轉(zhuǎn)速，在階段作業(yè)過(guò)程中，自動(dòng)讓支撐劑濃度成一條均勻變化的曲線，用PID控制方式調(diào)節(jié)絞龍轉(zhuǎn)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，其特征是支撐劑濃度曲線的關(guān)系式為設(shè)定支撐劑濃度＝設(shè)定起始濃度+[(設(shè)定結(jié)尾濃度-設(shè)定起始濃度)/(設(shè)定階段基液總量-階段基液起始總量)]。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，其特征是設(shè)有2臺(tái)輸送支撐劑的絞龍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，其特征是5.1將采集的絞龍轉(zhuǎn)速經(jīng)微處理器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，作為過(guò)程變量PV；根據(jù)設(shè)定的支撐劑起始濃度、支撐劑結(jié)尾濃度、階段基液總量，即算出對(duì)應(yīng)不同階段基液總量時(shí)支撐劑設(shè)定的濃度，再用計(jì)算出的設(shè)定支撐劑濃度乘以采集的基液流量，得出設(shè)定支撐劑速度，再除以絞龍因子，得出設(shè)定絞龍轉(zhuǎn)速，最后乘以絞龍速比，得出單個(gè)絞龍的設(shè)定轉(zhuǎn)速，再將這個(gè)設(shè)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的設(shè)定值SP，根據(jù)SP和PV，用PID進(jìn)行控制，將計(jì)算的數(shù)字量的結(jié)果轉(zhuǎn)化為電壓后，經(jīng)微處理器的控制輸出模塊輸出給外部電路，經(jīng)過(guò)外部電路的放大，輸出給液力馬達(dá)，從而控制絞龍轉(zhuǎn)速。5.2將設(shè)定的混合液液位作為設(shè)定值并轉(zhuǎn)化為數(shù)字量SP；采集的實(shí)際液位，經(jīng)微處理器處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的PV，用PID指令進(jìn)行控制，將計(jì)算出的數(shù)字量結(jié)果轉(zhuǎn)化為電壓后，經(jīng)微處理器的控制輸出模塊輸出給外部電路，經(jīng)過(guò)外部電路的放大，輸出給變量泵來(lái)控制基液流量大??；而且，在人機(jī)界面上設(shè)定最低液位上、下限值和最高液位上、下限值；當(dāng)測(cè)量液位達(dá)到最低液位下限時(shí)，基液流量控制直接為最大值；直到測(cè)量液位回復(fù)到設(shè)定最低液位上限，再采用PID控制；當(dāng)測(cè)量液位達(dá)到最高液位上限時(shí)，基液流量控制為最小，直到測(cè)量液位回復(fù)到設(shè)定最大液位下限，再采用PID控制。5.3添加劑包括2個(gè)液體添加劑和1個(gè)干粉添加劑，根據(jù)設(shè)定的添加劑濃度，采集的基液流量，計(jì)算出設(shè)定添加劑的流量，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量SP，根據(jù)流量計(jì)測(cè)得的實(shí)時(shí)添加劑流量，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量作為PV，用PID進(jìn)行控制，計(jì)算出一個(gè)控制電壓并由微處理器的模擬輸出模塊輸出給多路閥，從而控制添加劑流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，其特征是按以下方式確定支撐劑的設(shè)定濃度當(dāng)一個(gè)階段開(kāi)始時(shí)，也就是階段基液總量為0時(shí)，支撐劑濃度為設(shè)定的支撐劑起始濃度；當(dāng)一個(gè)階段結(jié)束時(shí)，也就是階段基液總量為設(shè)定的階段基液總量時(shí)，支撐劑濃度為設(shè)定的支撐劑結(jié)尾濃度，從支撐劑起始濃度到支撐劑結(jié)尾濃度變化過(guò)程中，根據(jù)不同的階段基液總量呈一個(gè)線性變化關(guān)系即設(shè)定支撐劑濃度＝設(shè)定起始濃度+[(設(shè)定結(jié)尾濃度-設(shè)定起始濃度)/(設(shè)定階段基液總量-階段基液起始總量)]。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，其特征是根據(jù)設(shè)定混合液排出口壓力，采集的排出口壓力，當(dāng)排出口壓力小于設(shè)定壓力時(shí)，增大混合液排出流量；當(dāng)排出口壓力大于設(shè)定的壓力時(shí)，減少混合液排出流量；當(dāng)排出口壓力在設(shè)定的壓力范圍內(nèi)時(shí)，保持當(dāng)前的混合液排出流量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，其特征是PID方程為OUTPUT=Kc[e(t)+1TI∫e(t)d(t)+TDde(t)dt]]]>式中OUTPUT為計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字量輸出，得到此控制輸出值后，再轉(zhuǎn)化為電流或電壓輸出，，Kc為控制比例系數(shù)，TI為控制微分系數(shù)，TD為控制積分系數(shù)，e(t)為對(duì)應(yīng)不同時(shí)刻的偏差。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，其特征是在微處理器的存儲(chǔ)器的不同地址中，分別存入至多20個(gè)階段的作業(yè)數(shù)據(jù)，每個(gè)階段包括支撐劑起始濃度、支撐劑結(jié)尾濃度、階段基液體積、設(shè)定液位值、添加劑濃度、絞龍速比，以備調(diào)用或修改。
全文摘要
一種用于油田壓裂酸化防砂混合液的混配控制方法，按設(shè)定配比將基液、液態(tài)和干粉狀添加劑和支撐劑混合成混合液并送入井下，其特征是(1)設(shè)定混合液液位，根據(jù)超聲波液位計(jì)采集到的實(shí)時(shí)液位信號(hào)調(diào)節(jié)基液流量，并在作業(yè)過(guò)程中使混合罐的液位保持在設(shè)定高度；(2)根據(jù)設(shè)定的支撐劑起始濃度、結(jié)尾濃度、階段基液總量，采集的實(shí)時(shí)基液流量，計(jì)算出設(shè)定的絞龍轉(zhuǎn)速以確定支撐劑輸送量；(3)根據(jù)設(shè)定的添加劑配比和采集的基液實(shí)時(shí)流量計(jì)算出設(shè)定的添加劑流量，并根據(jù)采集的實(shí)時(shí)添加劑的流量，以PID控制方式自動(dòng)調(diào)節(jié)各種添加劑的流量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能根據(jù)液位實(shí)時(shí)的調(diào)整基液流量，控制液位在設(shè)定液位。保證了不抽空，不滿罐。
文檔編號(hào)C09K8/60GK1877079SQ20061001951
公開(kāi)日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者唐軍, 丁曉珍 申請(qǐng)人:四機(jī)賽瓦石油鉆采設(shè)備有限公司