專利名稱：破膠劑精確控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于石油壓裂施工輔助設(shè)備，主要是用于壓裂過程中對破 膠劑加入量的自動精確控制的破膠劑精確控制裝置。
背景技術(shù)：
壓裂依然是地層增產(chǎn)改造的主要手段，為了后期壓裂液體的順利返 排，必須在壓裂液體中加入破膠劑。國內(nèi)外油田大量使用水基壓裂液破膠 微膠囊破膠劑。微膠囊破膠劑是在過硫酸銨表面包結(jié)一層防止水侵入的絕 緣包衣，絕緣包衣對破膠劑具有屏蔽作用，并在一定的條件下釋放，從而達(dá) 到了延緩破膠的目的。微膠囊破膠劑具有良好的緩釋性能，使壓裂液在施 工中能保持較高的攜砂能力，防止壓裂液提前破膠，壓裂液破膠化水徹底， 提高壓裂液的反排效果，減少對地層及支撐劑的傷害，提高增產(chǎn)效果。盡 管微膠囊破膠劑具有很好的物理和化學(xué)性質(zhì)，但對加入的數(shù)量和方式也有 比較嚴(yán)格的要求。如果破膠劑的加入時機(jī)、數(shù)量和楔形加入斜率不正確， 要么會影響壓裂的正常施工，要么會影響后期入地液體的正常返排，壓裂 液返排在很大程度上決定了地層改造后產(chǎn)出效果，如何通過破膠劑添加量 楔形加入的精確控制、計量、記錄和跟蹤，從而探索破膠劑對施工液體攜 砂能力、摩阻等特性和后續(xù)排液效果的影響，在保證順利高效地完成壓裂 施工任務(wù)的同時，最大程度的返排入地液體是我們急需解決的問題。
由于設(shè)備和控制方面的原因，目前沒有專門針對微膠囊破膠劑加入的 專用裝置和專用楔形控制設(shè)備，我國油田的微膠囊破膠劑的加入仍大量采 用人工加入的方法，很難做到加入量的精確控制和楔形加入方式，為此， 通過該破膠劑精確控制裝置，實現(xiàn)破膠劑的楔形加入自動控制，并可實 現(xiàn)計算機(jī)監(jiān)控和記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，為更加科學(xué)的開發(fā)油氣田提供了技術(shù)保 障。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種破膠劑精確控制裝置，通過實現(xiàn)破膠劑的楔形加入自動控制，并用計算機(jī)監(jiān)控和記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，在壓裂作業(yè)以后通 過回訪現(xiàn)場實際排液效果和地層產(chǎn)能情況，得到破膠劑科學(xué)加入時機(jī)、數(shù) 量和楔形加入斜率的真實數(shù)據(jù)，為壓裂施工的順利進(jìn)行和地層液體的順利 排出提供科學(xué)數(shù)據(jù)和依據(jù)。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的， 一種破膠劑精確控制裝置，其特征 是齒輪減速機(jī)通過聯(lián)軸器與螺旋液壓馬達(dá)相連，破膠劑箱體通過法蘭固 定在齒輪減速機(jī)一端，螺桿穿入破膠劑箱體與齒輪減速機(jī)輸出軸相連，破 膠劑箱體側(cè)壁有螺桿延伸管線，管線下方有出料口，快卡封閉在破膠劑箱 體延伸管線端口上，并將螺桿限定在螺桿與齒輪減速機(jī)輸出軸水平軸線上； 螺旋液壓馬達(dá)與控制機(jī)構(gòu)電連接，通過的控制機(jī)構(gòu)控制信號帶動螺旋旋轉(zhuǎn)， 將破膠劑加入壓裂液。
所述的破膠劑箱體為兩側(cè)呈梯形狀并加有端蓋的密閉箱體，箱體下端 為可容納螺桿圓錐狀結(jié)構(gòu)。
所述的螺桿的尺寸為外徑63. 5mm，軸徑20. 0mm，葉厚2. Omm，導(dǎo)程 30. 0腿；或者為外徑55mm，軸徑20. Omm，葉厚2. 0咖，導(dǎo)程30. Omm。
所述的齒輪減速機(jī)的減速比為1/50，或者為1/15。
所述的控制機(jī)構(gòu)包括單片機(jī)控制單元、接口電路單元I/0 box、觸摸 顯示屏、液壓馬達(dá)減速和輸送螺旋機(jī)械單元、轉(zhuǎn)速傳感回饋單元，觸摸顯 示屏通過接口電路單元I/O box與單片機(jī)連接，液壓馬達(dá)減速和輸送螺旋 機(jī)械單元與單片機(jī)D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端電連接，轉(zhuǎn)速傳感回饋單元與單 片機(jī)輸入口電連接。
本實用新型的特點是通過該裝置對破膠劑的精確加入控制，可以實現(xiàn)
微膠囊破膠劑的自動控制楔形加入，在節(jié)約勞動力的同時，加入量和加入 形式更加科學(xué)合理，所有數(shù)據(jù)都可以記錄保存，通過結(jié)合后期排液效果跟 蹤，可以摸索不同區(qū)塊破膠劑的加入模式，保證最好的施工效果和后期排 液效果，使地層產(chǎn)能得到最大的釋放，創(chuàng)造更好經(jīng)濟(jì)效益。在作業(yè)中可以 進(jìn)一歩提高設(shè)備整體自動化控制水平，減少人為因素對施工的影響，提高 服務(wù)水平。

下面結(jié)合實施例附圖對本實用新型做進(jìn)一步說明。圖1為實施例螺旋執(zhí)行機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的左視圖； 圖3是圖1的俯視圖4為單片機(jī)自動控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程圖。
圖中1、齒輪減速機(jī)；2、法蘭；3、螺桿；4、快卡；5、出料口； 6、
破膠劑箱體。
具體實施方式
實施例如圖1、圖2、圖3所示，齒輪減速機(jī)1通過聯(lián)軸器與螺旋液壓 馬達(dá)相連，破膠劑箱體6通過法蘭2固定在齒輪減速機(jī)1 一端，破膠劑箱 體6為兩側(cè)呈梯形狀并加有端蓋的密閉箱體，箱體下端為可容納螺桿3圓 錐狀結(jié)構(gòu)。螺桿3穿入破膠劑箱體6與齒輪減速機(jī)1輸出軸相連，破膠劑 箱體6側(cè)壁有螺桿3延伸管線，管線下方有出料口 5，快卡4封閉在破膠劑 箱體6延伸管線端口上，并將螺桿3限定在螺桿3與齒輪減速機(jī)1輸出軸 水平軸線上；螺旋液壓馬達(dá)通過單片機(jī)或手動旋鈕的控制信號帶動螺旋旋 轉(zhuǎn)，將破膠劑加入壓裂液。
通過一套手動自動切換裝置，螺旋液壓馬達(dá)可以選擇接受來自單片機(jī) 或者手動旋鈕的控制信號，通過減速裝置齒輪減速機(jī)l，帶動螺桿3旋轉(zhuǎn)， 從而將破膠劑加入壓裂液。為了滿足破膠劑最大量程和最小量程超過一百 倍的控制范圍，我們使用了兩套不同尺寸的螺桿，螺桿3的尺寸為外徑 63. 5mm，軸徑20. 0mm，葉厚2. 0mm，導(dǎo)程30. 0mm?；蛘邽橥鈴?5mm，軸徑 20.0mm，葉厚2. Omm，導(dǎo)程30. Omm。設(shè)置的不同的減速比，齒輪減速機(jī)1的 減速比為l/50或者為1/15。由單片機(jī)自動進(jìn)行接力控制。同時，為了滿足 控制的連續(xù)性和線性，兩只螺桿3的控制范圍設(shè)定了合理的控制折疊區(qū)， 保證的全部加入過程的精確添加。
本裝置控制機(jī)構(gòu)由電控液壓系統(tǒng)組成，如圖4所示該系統(tǒng)由五個部 分組成
第一部分為單板機(jī)控制單元。單片機(jī)是自動控制中心和輸入通道，輸出 通道以及PID控制通道等所有輸入、輸出通道控制參數(shù)的存儲中心。在自 動控制模式下，目標(biāo)任務(wù)被計算成螺旋轉(zhuǎn)速控制數(shù)字信號，經(jīng)單片機(jī)附帶 D/A轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成控制電流，經(jīng)放大電路驅(qū)動電磁閥，控制液壓系統(tǒng)壓力和排量，從而控制輸送螺旋轉(zhuǎn)速，控制添加劑添加量。過程控制采用PID
控制，實現(xiàn)螺旋轉(zhuǎn)速的實時精確控制，將誤差保持在5%以下。第二部分為 接口電路單元(I/O box)。 I/O box的作用主要是實現(xiàn)觸摸顯示屏和單片 機(jī)之間的通訊。通過I/O box，單片機(jī)和觸摸顯示屏可以用RS232串口連接， 同時實現(xiàn)遠(yuǎn)程各項數(shù)據(jù)資料錄取。第三部分為顯示及輸入單元(觸摸顯示 屏)。觸摸顯示屏相當(dāng)于集中了計算機(jī)的顯示器和健盤的功能，它是單片機(jī) 的程序指令輸入和顯示輸出機(jī)構(gòu)。第四部分為液壓馬達(dá)、減速裝置和輸送 螺旋機(jī)械單元。第五部分為轉(zhuǎn)速傳感回饋單元。
K65觸摸屏是參數(shù)輸出和輸入單元，通過接口和顯示驅(qū)動模塊連接到單 片機(jī)，可以接收顯示來自單片機(jī)的各種控制數(shù)據(jù)信息，同時也可以通過觸 摸屏輸入各項控制系數(shù)、任務(wù)參數(shù)以及需要單片機(jī)完成的控制指令。單片 機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的指令，根據(jù)設(shè)定的不同種類破膠劑比重，計算成每分鐘 加入的數(shù)量，完成破膠劑加入量和螺旋轉(zhuǎn)速對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)計算，并用試 驗得到的控制修正參數(shù)得到最終的實際轉(zhuǎn)速，通過電控比例液壓閥控制液 壓系統(tǒng)流量和壓力，從而控制液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速，通過減速裝置，帶動輸送螺 旋旋轉(zhuǎn)，完成破膠劑加入量的控制。由轉(zhuǎn)速傳感器采集的監(jiān)控和反饋信號 回送到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)實際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速的差別，通過PID控制， 迅速發(fā)出控制信號，我們通過實驗得到的PID參數(shù)提前設(shè)定輸入到控制系 統(tǒng)，既可以保證控制的高速反應(yīng)，也可以防止控制信號過沖造成的結(jié)果偏 離。同時，通過專用的接口電路，將這些信息通過計算機(jī)串口送入計算機(jī)， 由裝有采集軟件的計算機(jī)完成數(shù)據(jù)的監(jiān)控和采集分析。為了完成上述工作， 還需要進(jìn)行螺旋轉(zhuǎn)速控制的標(biāo)校，得到修正參數(shù)，因為一個理想的控制應(yīng) 是完全線性的，但實際的控制系統(tǒng)都不是線性的，為得到破膠劑添加量與 添加劑泵轉(zhuǎn)速之間的相對線性控制關(guān)系，需要對控制曲線進(jìn)行線性控制修 正，用3次方線性回歸方程計算出COEFFICIENT) 、 C0EFFICIENT1 、 C0EFFICIENT2、 C0EFFICIENT3值。將它們的值依次輸入到ANALIG OUT屏添 加劑泵通道C0EFFICIENT0、 COEFFICIENTS C0EFFICIENT2、 C0EFFICIENT3 中，并在AVERAGE COUNTS選項中輸入平均控制采樣值，在LOW LIMIT選項 中輸入添加劑泵的最小轉(zhuǎn)速值，在HIGH LIMIT選項中輸入一號固體添加劑 泵的最大轉(zhuǎn)速值，并進(jìn)行確定和存儲。這些工作完成后，控制系統(tǒng)就可以根據(jù)我們的需要進(jìn)行控制?？刂品绞娇梢赃x擇手動控制和自動控制。當(dāng)自 動控制時，只要設(shè)定不同的階段加入量，計算機(jī)就可以根據(jù)設(shè)定完成階段 加入控制，根據(jù)工藝的要求，計算機(jī)也能自動計算線性增加量，完成破膠 劑的楔形加入。由此可見，它是一個交互式操作系統(tǒng)，所有的作業(yè)階段定 義的數(shù)值既可以在系統(tǒng)執(zhí)行該階段的過程中調(diào)節(jié)，也可以在作業(yè)階段開始 前調(diào)節(jié)。兩只螺旋既可以同時自動或手動工作，也可以一只手動一只自動， 工作過程中可以任意切換。它們既可以自動，也可以不依賴單片及自動控 制系統(tǒng)而單獨(dú)手動工作。在加入控制方式上既可以用步進(jìn)方式，也可以用 漸進(jìn)方式。
權(quán)利要求1、破膠劑精確控制裝置，其特征是齒輪減速機(jī)(1)通過聯(lián)軸器與螺旋液壓馬達(dá)相連，破膠劑箱體(6)通過法蘭(2)固定在齒輪減速機(jī)(1)一端，螺桿(3)穿入破膠劑箱體(6)與齒輪減速機(jī)(1)輸出軸相連，破膠劑箱體(6)側(cè)壁有螺桿(3)延伸管線，管線下方有出料口(5)，快卡(4)封閉在破膠劑箱體(6)延伸管線端口上，并將螺桿(3)限定在螺桿(3)與齒輪減速機(jī)(1)輸出軸水平軸線上；螺旋液壓馬達(dá)與控制機(jī)構(gòu)電連接，通過控制機(jī)構(gòu)控制信號帶動螺旋旋轉(zhuǎn)，將破膠劑加入壓裂液。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的破膠劑精確控制裝置，其特征是所述的破 膠劑箱體(6)為兩側(cè)呈梯形狀并加有端蓋的密閉箱體，箱體下端為可容納螺 桿(3)圓錐狀結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的破膠劑精確控制裝置，其特征是所述的螺 桿(3)的尺寸為外徑63. 5mm，軸徑20. 0mm，葉厚2. 0誦，導(dǎo)程30. 0mm; 或者為外徑55腿，軸徑20. 0mm，葉厚2. 0mm，導(dǎo)程30. 0mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的破膠劑精確控制裝置，其特征是所述的 齒輪減速機(jī)(1)的減速比為1/50，或者為1/15。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的破膠劑精確控制裝置，其特征是所述的控 制機(jī)構(gòu)包括單片機(jī)控制單元、接口電路單元工/0 box、觸摸顯示屏、液壓 馬達(dá)減速和輸送螺旋機(jī)械單元、轉(zhuǎn)速傳感回饋單元，觸摸顯示屏通過接口 電路單元1/0 box與單片機(jī)連接，液壓馬達(dá)減速和輸送螺旋機(jī)械單元與單 片機(jī)D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端電連接，轉(zhuǎn)速傳感回饋單元與單片機(jī)輸入口電 連接。
專利摘要本實用新型涉及石油壓裂施工中破膠劑加入量的破膠劑精確控制裝置，其特征是齒輪減速機(jī)(1)通過聯(lián)軸器與螺旋液壓馬達(dá)相連，破膠劑箱體(6)通過法蘭(2)固定在齒輪減速機(jī)(1)一端，螺桿(3)穿入破膠劑箱體(6)與齒輪減速機(jī)(1)輸出軸相連，破膠劑箱體(6)側(cè)壁有螺桿(3)延伸管線，管線下方有出料口(5)，快卡(4)封閉在破膠劑箱體(6)延伸管線端口上，并將螺桿(3)限定在螺桿(3)與齒輪減速機(jī)(1)輸出軸水平軸線上；螺旋液壓馬達(dá)通過單片機(jī)或手動旋鈕的控制信號帶動螺旋旋轉(zhuǎn)，將破膠劑加入壓裂液。通過實現(xiàn)破膠劑的楔形加入自動控制，并用計算機(jī)監(jiān)控和記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，得到破膠劑加入時機(jī)、數(shù)量和楔形加入斜率的真實數(shù)據(jù)。
文檔編號E21B43/26GK201372789SQ20092003202
公開日2009年12月30日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者挺 左, 平 謝, 譚愛兵 申請人:中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司