專利名稱：油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法，主要用于油田壓裂作業(yè)時(shí)壓裂 液的自動(dòng)混配控制。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，一些大、中型油田紛紛進(jìn)入二次采油階段，最有效的增產(chǎn)措施就是采取壓 裂酸化作業(yè)。而壓裂酸化作業(yè)的成功與否很大程度上取決于壓裂液質(zhì)量的好壞。壓裂液 的傳統(tǒng)配制方法為在固定配液站內(nèi)或井場(chǎng)內(nèi)，按配液總量和混配比例加入水和稠化劑，強(qiáng) 制循環(huán)后放置一段時(shí)間，使稠化劑和水充分溶脹，從而使粘度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。目前壓裂液高 質(zhì)量連續(xù)混配仍是難題，難點(diǎn)在于稠化劑(胍爾粉等)不易與水快速親合，易形成大量水包 粉(魚眼)，不能循環(huán)后再混合，自然溶脹時(shí)間長(zhǎng)，需40分鐘以上等。生產(chǎn)的壓裂液還存在 以下問(wèn)題含有大量水包粉，粉料浪費(fèi)大，混配質(zhì)量差，水合粘度低；加料不均勻，粘度不均 勻；溶脹速度慢，作業(yè)前須預(yù)先混配，若壓裂工況改變，預(yù)先混配的壓裂液難以滿足新的工 況，易造成浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種油田壓裂液的自動(dòng) 混配控制方法，用于在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)壓裂液的連續(xù)混配，滿足現(xiàn)配現(xiàn)壓施工作業(yè)，本方法不僅可 以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確連續(xù)均勻加料和高質(zhì)量連續(xù)配液，有效除去水包粉，還可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)全自動(dòng) 控制，配比和混配速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，配液參數(shù)儲(chǔ)存、回放等。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本方法設(shè)計(jì)了 一個(gè)混合罐和一個(gè)水合罐。在混合罐中，經(jīng)過(guò)噴 射器高壓噴射的水和粉經(jīng)過(guò)初步溶合，再經(jīng)過(guò)傳輸泵剪切抽取到水合罐，再在水合罐中進(jìn) 行第二次溶合。當(dāng)配比精度在士 內(nèi)，而水和粉經(jīng)過(guò)充分溶合時(shí)，出口黏度就能滿足要求。 其具體技術(shù)方案如下。油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法，包括喂料機(jī)控制裝置、清水吸入泵控制裝置、傳 輸泵控制裝置、排出泵控制裝置、液添泵控制裝置，該方法通過(guò)調(diào)節(jié)喂料機(jī)輸出速率來(lái)控制 下粉速度，通過(guò)調(diào)節(jié)清水吸入泵控制清水吸入流量，從而控制混合罐液位，通過(guò)調(diào)節(jié)傳輸泵 控制水合罐液位，根據(jù)實(shí)際排出流量和設(shè)定液添配比來(lái)調(diào)節(jié)液添的流量，根據(jù)實(shí)際排出流 量和設(shè)定排出流量來(lái)控制排出泵，該方法包括以下步驟(1)設(shè)定作業(yè)參數(shù)；(2)采集混合罐液位和清水流量信號(hào)，計(jì)算出需要設(shè)定的清水流量，根據(jù)設(shè)定的清 水流量對(duì)清水吸入泵控制裝置進(jìn)行控制，從而控制混合罐液位；(3)采集干粉罐中干粉重量信號(hào)，利用失重法計(jì)算下粉總量，并根據(jù)清水流量，計(jì) 算出干粉設(shè)定速率，根據(jù)干粉設(shè)定速率對(duì)喂料機(jī)控制裝置進(jìn)行控制；(4)采集水合罐液位和排出流量信號(hào)，計(jì)算出需要設(shè)定的傳輸泵排出流量，根據(jù)設(shè) 定的傳輸泵排出流量對(duì)傳輸泵控制裝置進(jìn)行控制，從而控制水合罐液位；
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(5)微處理器判斷設(shè)置為批混即混配好的混合物先儲(chǔ)存在罐中時(shí)，采集排出流量 信號(hào)，根據(jù)設(shè)定的排出流量，利用PID指令對(duì)排出泵控制裝置進(jìn)行控制；(6)采集液添流量信號(hào)，根據(jù)排出流量，計(jì)算出液添設(shè)定流量，根據(jù)液添設(shè)定流量 對(duì)液添泵控制裝置進(jìn)行控制；(7)作業(yè)完成后，記錄歷史數(shù)據(jù)。在上述技術(shù)方案中，步驟(2)所述對(duì)清水吸入泵控制裝置進(jìn)行控制的方法為2. 1在傳輸泵工作前，將設(shè)定清水流量作為PID控制的設(shè)定值W(sp)；同時(shí)計(jì)算此 時(shí)W(sp)上限=設(shè)定清水流量+30gpm，ff(sp)下限=設(shè)定清水流量-30gpm ；2. 2待傳輸泵工作后，若排出流量傳感器測(cè)得的排出流量在2秒內(nèi)改變量大于 80gpm后，將排出流量傳感器測(cè)得的實(shí)時(shí)值作為清水吸入泵PID控制的設(shè)定值W(sp)，同時(shí) 計(jì)算此時(shí)W(sp)上限=排出流量+30gpm，W(sp)下限=排出流量-30gpm;2. 3待傳輸泵工作后，比較混合罐液位計(jì)測(cè)得的液位和混合罐設(shè)定的液位，若測(cè) 得實(shí)際液位比設(shè)定液位高0.5inch，則W(sp) = W(sp)-13.2gpm;若測(cè)得實(shí)際液位比設(shè)定 液位低0. 5inch，則W(sp) = ff(sp)+13. 2gpm ；同時(shí)根據(jù)實(shí)際液位和設(shè)定液位差計(jì)算W(sp) 上下限若實(shí)際液位比設(shè)定液位高2inch，則W(sp)下限=W(sp)下限-(液位差X13. 2) gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高8inch，則W(sp)下限=W(sp)下限-(液位差X13. 2) gpm-(2X13. 2)gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位高lOinch，則W(sp)下限=ff(sp)下限-(液位 差X 13. 2) gpm-(4X 13. 2) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位高15inch，則W(sp)下限=W(sp)下 限_(液位差X 13. 2) gpm-(6X13. 2) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位低2inch,則W(sp)上限= W(sp)上限+ (液位差X13. 2)8 111;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低8111油，則1(印)上限=W(sp) 上限+ (液位差X 13. 2) + (2 X 13. 2) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位低lOinch,則ff (sp)上限= ff(sp)上限+(液位差X13. 2)+ (4X13. 2) gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低15inch，則W(sp) 上限=W(sp)上限+(液位差 X13. 2)+ (6X13. 2) gpm ；2.4在設(shè)定清水流量？10控制的1(印)過(guò)程中，若W(sp) >ff(sp)上限，則W(sp) = W(sp)上限；若 W(sp) <ff(sp)上限，則 W(sp) = ff(sp)下限；2. 5再根據(jù)實(shí)際測(cè)得的清水流量作為PID控制的反饋值，利用PID指令計(jì)算出清水 吸入泵控制電壓數(shù)字量，從而控制清水吸入泵轉(zhuǎn)速。在上述技術(shù)方案中，步驟(3)所述對(duì)喂料機(jī)控制裝置進(jìn)行控制的方法為3. 1待清水流量瞬時(shí)值高于211gpm，且設(shè)定干粉配比大于0，根據(jù)公式干粉速率= 清水流量X清水密度X干粉配比，計(jì)算出設(shè)定干粉速率，根據(jù)計(jì)算出的設(shè)定干粉速率，利 用干粉速率和輸出控制電壓數(shù)字量的線性關(guān)系計(jì)算出喂料機(jī)對(duì)應(yīng)的控制電壓數(shù)字量；3. 2計(jì)算此時(shí)干粉實(shí)際配比=下粉重量/ (清水總量X清水密度)，計(jì)算此時(shí)干粉 配比精度=(設(shè)定配比-實(shí)際配比)/設(shè)定配比；若干粉配比精度>1%，則在間隔時(shí)間t后 控制電壓數(shù)字量=控制電壓數(shù)字量-設(shè)定電壓數(shù)字量；若干粉配比精度< _1%，則在間隔 時(shí)間t后控制電壓數(shù)字量=控制電壓數(shù)字量+設(shè)定電壓數(shù)字量；間隔時(shí)間t為，若配比精度 絕對(duì)值> 2%，則為0. 05秒；若配比精度絕對(duì)值< 2%，則為0. 45秒；設(shè)定電壓數(shù)字量為 若配比精度絕對(duì)值> 2%，則為16 ；若配比精度絕對(duì)值< 2%，則為32. 7 ；3. 3在控制喂料機(jī)過(guò)程中，若配比精度由正值變?yōu)樨?fù)值或是由負(fù)值變?yōu)檎?，則重 復(fù)步驟3. 1和3. 2。
在上述技術(shù)方案中，步驟(4)所述對(duì)傳輸泵控制裝置進(jìn)行控制的方法為4. 1待混合罐液位達(dá)到設(shè)定液位值后，傳輸泵開始工作；設(shè)定傳輸泵排出流量初 始值為T(sp)=排出流量瞬時(shí)值；4. 2比較水合罐液位計(jì)測(cè)得的液位和水合罐設(shè)定的液位，若測(cè)得實(shí)際液位比設(shè)定 液位高0. 5inch,則T (sp) = T (sp) _8gpm ；若測(cè)得實(shí)際液位比設(shè)定液位低0. 5inch,則T (sp) =T (sp) +8gpm ；若混合罐液位高于64inch，則T (sp) = T (sp) +30gpm ；同時(shí)根據(jù)實(shí)際液位和 設(shè)定液位差計(jì)算T(sp)上下限若實(shí)際液位比設(shè)定液位高2inch，則T(sp)下限=T(sp)下 限_(液位差X85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高4inch，則T(sp)下限=T(sp)下限-(液 位差X85)gpm-(2X85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高8inch，則T(sp)下限=T(sp)下 限_ (液位差X 85) gpm- (5 X 85) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位高10inch，則T (sp)下限= T(sp)下限_(液位差X85) gpm-(8X85) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位高12inch，則T (sp) 下限=T(sp)下限_(液位差X85)gpm-(llX85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高15inch, 則T(sp)下限=T(sp)下限_(液位差X85)gpm-(14X85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低 2inch，則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X 85) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位低4inch, 則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X85)gpm+(2X85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低 8inch，則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X85) gpm+(5X85) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液 位低lOinch，則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X 85) gpm+(8X85) gpm;若實(shí)際液位比 設(shè)定液位低15inch，則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X85) gpm+(14X85) gpm ；4. 3在設(shè)定傳輸泵排出流量T(sp)過(guò)程中，若T(sp) >T(sp)上限，則T(sp)= T (sp)上限；若 T (sp) < T (sp)上限，則 T (sp) = T (sp)下限；4. 4再根據(jù)設(shè)定傳輸泵排出流量和傳輸泵控制電壓數(shù)字量的線性關(guān)系，計(jì)算出傳 輸泵的控制電壓數(shù)字量，從而控制傳輸泵。在上述技術(shù)方案中，步驟(5)所述對(duì)排出泵控制裝置進(jìn)行控制的方法為若作業(yè) 設(shè)置為批混且排出泵為自動(dòng)工作，在水合罐液位達(dá)到設(shè)定排出泵工作液位后，將設(shè)定排出 流量作為PID控制的設(shè)定值，排出流量傳感器測(cè)得的排出流量作為反饋值，利用PID指令計(jì) 算出排出泵的控制電壓數(shù)字量。在上述技術(shù)方案中，步驟(6)所述對(duì)液添泵控制裝置進(jìn)行控制的方法為待排出 流量傳感器測(cè)出有排出流量后，根據(jù)排出流量和設(shè)定的液添配比，根據(jù)公式設(shè)定液添流量 =排出流量X設(shè)定液添配比，計(jì)算出設(shè)定液添流量，根據(jù)測(cè)得的實(shí)時(shí)液添流量，將設(shè)定液 添流量作為PID控制的設(shè)定值，實(shí)時(shí)液添流量作為反饋值，利用PID指令計(jì)算出液添泵的控 制電壓數(shù)字量。其中g(shù)pm (加侖/分鐘)、inch (英寸)為國(guó)際石油行業(yè)常用的英制單位，對(duì)應(yīng)的公 制單位為M3/MIN(方/分鐘)及M(米)。其中1加侖/分鐘=0. 003785方/分鐘，1英 寸=0. 0254 米。本發(fā)明一種油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)采用 自動(dòng)控制，大大節(jié)省了勞動(dòng)強(qiáng)度；采用即混即配，不會(huì)因工況忽然改變?cè)斐稍侠速M(fèi)；作業(yè) 過(guò)程中能根據(jù)工況實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)，重新進(jìn)行控制；作業(yè)過(guò)程中均勻連續(xù)加粉，保證出口混合 液黏度均勻，充分保證了壓裂過(guò)程的順利進(jìn)行和完成；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為本發(fā)明油田壓裂液的自動(dòng)混配控制系統(tǒng)圖。圖2為本發(fā)明油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式油田壓裂液的自動(dòng)混配控制系統(tǒng)的工作原理如下干粉罐中的干粉通過(guò)螺旋喂料 機(jī)下到干粉漏斗中，噴射器產(chǎn)生負(fù)壓將干粉抽到高能恒壓混合器內(nèi)與高速噴射的水進(jìn)行混 合。清水流量及干粉的量可由清水吸入泵(簡(jiǎn)稱吸入泵)、螺旋喂料機(jī)(簡(jiǎn)稱喂料機(jī))來(lái)調(diào) 節(jié)，液添流量由液添泵來(lái)控制。在混合罐內(nèi)，清水和干粉經(jīng)過(guò)初步溶脹水合，通過(guò)混合罐底 部的傳輸泵，將混合罐內(nèi)混合液抽取到水合罐中。在水合罐中經(jīng)過(guò)最終的溶脹水合，混合好 的混合物及液體添加劑由排出泵排出到排出管匯中。液體添加劑同時(shí)由液添泵按設(shè)計(jì)配比 抽取到排出管匯中。在具體實(shí)施過(guò)程中，需要進(jìn)行下粉精確控制，混合罐液位控制和水合罐 液位自動(dòng)控制，液體添加劑控制和排出泵控制。如圖1所示，油田壓裂液的自動(dòng)混配控制系統(tǒng)包括有微處理器1，人機(jī)界面2，喂料 機(jī)控制裝置3，稱重傳感器4，清水吸入泵控制裝置5，混合罐液位計(jì)5. 1，吸入流量傳感器 5. 2，傳輸泵控制裝置6，水合罐液位計(jì)6. 1，排出泵控制裝置7，排出流量傳感器7. 1，液添泵 控制裝置8，液添流量傳感器8. 1。其中微處理器1通過(guò)DH485端口與人機(jī)界面2實(shí)現(xiàn)人 機(jī)通訊，方便遠(yuǎn)程輸入作業(yè)參數(shù)和實(shí)時(shí)工序操控。人機(jī)界面2可以根據(jù)需要設(shè)置功能按鍵供工作人員使用，例如在人機(jī)界面2上通 過(guò)按鍵在校準(zhǔn)屏面進(jìn)行校準(zhǔn)的相關(guān)設(shè)置；在人機(jī)界面2上通過(guò)按鍵在數(shù)據(jù)記錄屏面輸入數(shù) 據(jù)記錄編號(hào)；在人機(jī)界面2上通過(guò)按鍵作業(yè)設(shè)置屏面設(shè)置作業(yè)參數(shù)；在人機(jī)界面2上通過(guò) 按鍵在主屏面上開始作業(yè)或停止作業(yè)。通過(guò)軟件程序設(shè)置，微處理器1可以控制混配作業(yè)自動(dòng)按以下步驟進(jìn)行微處理器1通過(guò)混合罐液位計(jì)5. 1采集混合罐液位和吸入流量傳感器5. 2采集清 水流量，計(jì)算出需要設(shè)定的清水流量，對(duì)清水吸入泵控制裝置5進(jìn)行控制，從而控制混合罐 液位。微處理器1通過(guò)稱重傳感器4測(cè)得干粉罐中干粉重量，利用失重法計(jì)算下粉總量， 并通過(guò)吸入流量傳感器5. 2采集清水流量，計(jì)算出干粉設(shè)定速率，對(duì)喂料機(jī)控制裝置進(jìn)行 控制。微處理器1通過(guò)水合罐液位計(jì)6. 1采集水合罐液位數(shù)據(jù)，并根據(jù)排出流量傳感器 7. 1采集排出流量，計(jì)算出設(shè)定的傳輸泵排出流量，對(duì)傳輸泵控制裝置6進(jìn)行控制，從而控 制水合罐液位。微處理器1通過(guò)液添流量傳感器8. 1測(cè)出液添流量，根據(jù)排出流量傳感器7. 1測(cè) 出排出流量，計(jì)算出設(shè)定液添流量，對(duì)液添泵控制裝置8進(jìn)行控制。上述微處理器可同時(shí)控制多個(gè)液添泵。本實(shí)施例中微處理器可同時(shí)控制4個(gè)液添泵。微處理器1判斷設(shè)置為批混即混好的混合物先儲(chǔ)存在罐中時(shí)，通過(guò)排出流量傳感 器1. 1測(cè)出排出流量，根據(jù)設(shè)定的排出流量，利用PID指令對(duì)排出泵控制裝置7進(jìn)行控制。
在啟動(dòng)作業(yè)的同時(shí)，傳感器采集各數(shù)據(jù)并將其傳送給微處理器1，并在人機(jī)界面2 上顯示；操作員通過(guò)人機(jī)界面2的按鍵根據(jù)工藝要求輸入作業(yè)數(shù)據(jù)；微處理器1將自動(dòng)控 制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；在人機(jī)界面2上通過(guò)按鍵發(fā)出停止作業(yè)命令，停止作業(yè)，從而對(duì)混配作業(yè) 進(jìn)行精確、動(dòng)態(tài)、全面的自動(dòng)控制。如圖2所示，本實(shí)施例提供的油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法的具體步驟如下，— .開始后，程序進(jìn)行初始化；二 .開始發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；三.根據(jù)設(shè)計(jì)輸入作業(yè)參數(shù)；四.當(dāng)工作人員按下“開始”鍵，系統(tǒng)開始記錄作業(yè)數(shù)據(jù)；五.程序啟動(dòng)自動(dòng)控制模式；操作人員在操作面板上旋動(dòng)手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)，并切換 到自動(dòng)控制方式，計(jì)算機(jī)輸出控制清水吸入泵，喂料機(jī)，傳輸泵，液添，排出泵(在作業(yè)設(shè)置 為批混時(shí))等執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)控制；六.當(dāng)工作人員在人機(jī)界面上按“停止”鍵停止作業(yè)或是設(shè)置為批混且設(shè)定配液 量達(dá)到后；七.喂料機(jī)停止工作，等待10秒后，清水泵停止工作；八.待混合罐液位達(dá)到設(shè)定傳輸泵停止工作液位后，傳輸泵停止工作；九.待排出流量計(jì)測(cè)得流量為0后，液添泵停止工作；十.作業(yè)過(guò)程中在人機(jī)界面上按急停健后，所有執(zhí)行結(jié)構(gòu)均將停止工作；十一.作業(yè)完成后；下載歷史數(shù)據(jù)；結(jié)束。其中對(duì)清水吸入泵控制裝置進(jìn)行控制的方法為2. 1在傳輸泵工作前，將設(shè)定清水流量作為PID控制的設(shè)定值W(sp)；同時(shí)計(jì)算此 時(shí)W(sp)上限=設(shè)定清水流量+30gpm，ff(sp)下限=設(shè)定清水流量-30gpm ；2. 2待傳輸泵工作后，若排出流量傳感器測(cè)得的排出流量在2秒內(nèi)改變量大于 80gpm后，將排出流量傳感器測(cè)得的實(shí)時(shí)值作為清水吸入泵PID控制的設(shè)定值W(sp)，同時(shí) 計(jì)算此時(shí)W(sp)上限=排出流量+30gpm，W(sp)下限=排出流量-30gpm;2. 3待傳輸泵工作后，比較混合罐液位計(jì)測(cè)得的液位和混合罐設(shè)定的液位，若測(cè) 得實(shí)際液位比設(shè)定液位高0.5inch，則W(sp) = W(sp)-13.2gpm;若測(cè)得實(shí)際液位比設(shè)定 液位低0. 5inch，則W(sp) = ff(sp)+13. 2gpm ；同時(shí)根據(jù)實(shí)際液位和設(shè)定液位差計(jì)算W(sp) 上下限若實(shí)際液位比設(shè)定液位高2inch，則W(sp)下限=W(sp)下限-(液位差X13. 2) gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高8inch，則W(sp)下限=W(sp)下限-(液位差X13. 2) gpm-(2X13. 2)gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位高lOinch，則W(sp)下限=ff(sp)下限-(液位 差X13. 2)gpm-(4X13. 2) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位高15inch，則W(sp)下限=W(sp)下 限_(液位差X 13. 2) gpm-(6X13. 2) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位低2inch,則W(sp)上限= W(sp)上限+ (液位差X13. 2)8 111;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低8111油，則1(印)上限=W(sp) 上限+ (液位差X 13. 2) + (2 X 13. 2) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位低lOinch,則ff (sp)上限= ff(sp)上限+(液位差X13. 2)+ (4X13. 2) gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低15inch，則W (sp) 上限=W(sp)上限+(液位差 X13. 2)+ (6X13. 2) gpm ；2.4在設(shè)定清水流量？10控制的1(印)過(guò)程中，若W(sp) >ff(sp)上限，則W(sp) = W(sp)上限；若 W(sp) <ff(sp)上限，則 W(sp) = ff(sp)下限；
2. 5再根據(jù)實(shí)際測(cè)得的清水流量作為PID控制的反饋值，利用PID指令計(jì)算出清水 吸入泵控制電壓數(shù)字量，從而控制清水吸入泵轉(zhuǎn)速。其中對(duì)喂料機(jī)控制裝置進(jìn)行控制的方法為3. 1待清水流量瞬時(shí)值高于211gpm，且設(shè)定干粉配比大于0，根據(jù)公式干粉速率= 清水流量X清水密度X干粉配比，計(jì)算出設(shè)定干粉速率，根據(jù)計(jì)算出的設(shè)定干粉速率，利 用干粉速率和輸出控制電壓數(shù)字量的線性關(guān)系計(jì)算出喂料機(jī)對(duì)應(yīng)的控制電壓數(shù)字量；3. 2計(jì)算此時(shí)干粉實(shí)際配比=下粉重量/ (清水總量X清水密度)，計(jì)算此時(shí)干粉 配比精度=(設(shè)定配比-實(shí)際配比)/設(shè)定配比；若干粉配比精度>1%，則在間隔時(shí)間t后 控制電壓數(shù)字量=控制電壓數(shù)字量-設(shè)定電壓數(shù)字量；若干粉配比精度< _1%，則在間隔 時(shí)間t后控制電壓數(shù)字量=控制電壓數(shù)字量+設(shè)定電壓數(shù)字量；間隔時(shí)間t為，若配比精度 絕對(duì)值> 2%，則為0. 05秒；若配比精度絕對(duì)值< 2%，則為0. 45秒；設(shè)定電壓數(shù)字量為 若配比精度絕對(duì)值> 2%，則為16 ；若配比精度絕對(duì)值< 2%，則為32. 7 ；3. 3在控制喂料機(jī)過(guò)程中，若配比精度由正值變?yōu)樨?fù)值或是由負(fù)值變?yōu)檎?，則重 復(fù)步驟3. 1和3. 2。其中對(duì)傳輸泵控制裝置進(jìn)行控制的方法為4. 1待混合罐液位達(dá)到設(shè)定液位值后，傳輸泵開始工作；設(shè)定傳輸泵排出流量初 始值為T(sp)=排出流量瞬時(shí)值；4. 2比較水合罐液位計(jì)測(cè)得的液位和水合罐設(shè)定的液位，若測(cè)得實(shí)際液位比設(shè)定 液位高0. 5inch,則T (sp) = T (sp) _8gpm ；若測(cè)得實(shí)際液位比設(shè)定液位低0. 5inch,則T (sp) =T (sp) +8gpm ；若混合罐液位高于64inch，則T (sp) = T (sp) +30gpm ；同時(shí)根據(jù)實(shí)際液位和 設(shè)定液位差計(jì)算T(sp)上下限若實(shí)際液位比設(shè)定液位高2inch，則T(sp)下限=T(sp)下 限_(液位差X85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高4inch，則T(sp)下限=T(sp)下限-(液 位差X85)gpm-(2X85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高8inch，則T(sp)下限=T(sp)下 限“(液位差X 85) gpm- (5 X 85) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位高lOinch,則T (sp)下限= T (sp)下限-(液位差X 85) gpm- (8 X 85) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位高12inch，則T (sp) 下限=T(sp)下限_(液位差X85)gpm-(llX85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高15inch, 則T(sp)下限=T(sp)下限_(液位差X85)gpm-(14X85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低 2inch，則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X85) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位低4inch, 則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X85)gpm+(2X85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低 8inch，則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X85) gpm+(5X85) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液 位低lOinch，則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X 85) gpm+(8X85) gpm;若實(shí)際液位比 設(shè)定液位低15inch，則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X85) gpm+(14X85) gpm ；4. 3在設(shè)定傳輸泵排出流量T(sp)過(guò)程中，若T(sp) >T(sp)上限，則T(sp)= T (sp)上限；若 T (sp) < T (sp)上限，則 T (sp) = T (sp)下限；4. 4再根據(jù)設(shè)定傳輸泵排出流量和傳輸泵控制電壓數(shù)字量的線性關(guān)系，計(jì)算出傳 輸泵的控制電壓數(shù)字量，從而控制傳輸泵。其中對(duì)排出泵控制裝置進(jìn)行控制的方法為若作業(yè)設(shè)置為批混且排出泵為自動(dòng) 工作，在水合罐液位達(dá)到設(shè)定排出泵工作液位后，將設(shè)定排出流量作為PID控制的設(shè)定值， 排出流量傳感器測(cè)得的排出流量作為反饋值，利用PID指令計(jì)算出排出泵的控制電壓數(shù)字
10量。其中所述對(duì)液添泵控制裝置進(jìn)行控制的方法為待排出流量傳感器測(cè)出有排出流 量后，根據(jù)排出流量和設(shè)定的液添配比，根據(jù)公式設(shè)定液添流量=排出流量X設(shè)定液添配 比，計(jì)算出設(shè)定液添流量，根據(jù)測(cè)得的實(shí)時(shí)液添流量，將設(shè)定液添流量作為PID控制的設(shè)定 值，實(shí)時(shí)液添流量作為反饋值，利用PID指令計(jì)算出液添泵的控制電壓數(shù)字量。其中g(shù)pm (加侖/分鐘)、inch (英寸)為國(guó)際石油行業(yè)常用的英制單位，對(duì)應(yīng)的公 制單位為M3/MIN(方/分鐘)及M(米)。其中1加侖/分鐘=0. 003785方/分鐘，1英 寸=0. 0254 米。
權(quán)利要求
1.油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法，包括喂料機(jī)控制裝置、清水吸入泵控制裝置、傳輸 泵控制裝置、排出泵控制裝置、液添泵控制裝置，其特征在于該方法包括以下步驟(1)設(shè)定作業(yè)參數(shù)；(2)采集混合罐液位和清水流量信號(hào)，計(jì)算出需要設(shè)定的清水流量，根據(jù)設(shè)定的清水流 量對(duì)清水吸入泵控制裝置進(jìn)行控制，從而控制混合罐液位；(3)采集干粉罐中干粉重量信號(hào)，利用失重法計(jì)算下粉總量，并根據(jù)清水流量，計(jì)算出 干粉設(shè)定速率，根據(jù)干粉設(shè)定速率對(duì)喂料機(jī)控制裝置進(jìn)行控制；(4)采集水合罐液位和排出流量信號(hào)，計(jì)算出需要設(shè)定的傳輸泵排出流量，根據(jù)設(shè)定的 傳輸泵排出流量對(duì)傳輸泵控制裝置進(jìn)行控制，從而控制水合罐液位；(5)微處理器判斷設(shè)置為批混即混配好的混合物先儲(chǔ)存在罐中時(shí)，采集排出流量信號(hào)， 根據(jù)設(shè)定的排出流量，利用PID指令對(duì)排出泵控制裝置進(jìn)行控制；(6)采集液添流量信號(hào)，根據(jù)排出流量，計(jì)算出液添設(shè)定流量，根據(jù)液添設(shè)定流量對(duì)液 添泵控制裝置進(jìn)行控制；(7)作業(yè)完成后，記錄歷史數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法，其特征是步驟(2)所述對(duì) 清水吸入泵控制裝置進(jìn)行控制的方法為2. 1在傳輸泵工作前，將設(shè)定清水流量作為PID控制的設(shè)定值W(sp)；同時(shí)計(jì)算此時(shí) W(sp)上限=設(shè)定清水流量+30gpm，W(sp)下限=設(shè)定清水流量-30gpm;2. 2待傳輸泵工作后，若排出流量傳感器測(cè)得的排出流量在2秒內(nèi)改變量大于80gpm 后，將排出流量傳感器測(cè)得的實(shí)時(shí)值作為清水吸入泵PID控制的設(shè)定值W(sp)，同時(shí)計(jì)算此 時(shí)W(sp)上限=排出流量+30gpm，W(sp)下限=排出流量-30gpm;2. 3待傳輸泵工作后，比較混合罐液位計(jì)測(cè)得的液位和混合罐設(shè)定的液位，若測(cè)得實(shí) 際液位比設(shè)定液位高0. 5inch,則W(sp) = ff(sp)-13. 2gpm ；若測(cè)得實(shí)際液位比設(shè)定液位低 0. 5inch，則W(sp) = ff(sp)+13. 2gpm ；同時(shí)根據(jù)實(shí)際液位和設(shè)定液位差計(jì)算W(sp)上下限 若實(shí)際液位比設(shè)定液位高2inch，則W(sp)下限=W(sp)下限-(液位差X13. 2)gpm;若實(shí) 際液位比設(shè)定液位高8inch，則W(sp)下限=W(sp)下限_(液位差X13. 2)gpm-(2X13. 2) gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高lOinch，則W(sp)下限=W(sp)下限-(液位差X 13. 2) gpm-(4X13. 2) gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高15inch，則W(sp)下限=ff(sp)下限-(液 位差X 13. 2)gpm-(6X 13. 2) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位低2inch，則ff(sp)上限=ff(sp) 上限+(液位差X13. 2)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低8inch，則W(sp)上限=W(sp)上 限+(液位差X13. 2)+ (2X13. 2)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低lOinch，則W(sp)上限= ff(sp)上限+(液位差X13. 2) + (4X13. 2) gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低15inch，則W(sp) 上限=W(sp)上限+(液位差 X13. 2)+ (6X13. 2) gpm ；2.4在設(shè)定清水流量？10控制的1(印)過(guò)程中，若W(sp) >ff(sp)上限，則W(sp)= ff(sp)上限；若 W(sp) <ff(sp)上限，則 W(sp) =ff(sp)下限；2. 5再根據(jù)實(shí)際測(cè)得的清水流量作為PID控制的反饋值，利用PID指令計(jì)算出清水吸入 泵控制電壓數(shù)字量，從而控制清水吸入泵轉(zhuǎn)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法，其特征是步驟(3)所述對(duì) 喂料機(jī)控制裝置進(jìn)行控制的方法為(3. 1待清水流量瞬時(shí)值高于211gpm，且設(shè)定干粉配比大于0，根據(jù)公式干粉速率=清水 流量X清水密度X干粉配比，計(jì)算出設(shè)定干粉速率，根據(jù)計(jì)算出的設(shè)定干粉速率，利用干 粉速率和輸出控制電壓數(shù)字量的線性關(guān)系計(jì)算出喂料機(jī)對(duì)應(yīng)的控制電壓數(shù)字量；(3. 2計(jì)算此時(shí)干粉實(shí)際配比=下粉重量/ (清水總量X清水密度)，計(jì)算此時(shí)干粉配比 精度=(設(shè)定配比_實(shí)際配比)/設(shè)定配比；若干粉配比精度> 1%，則在間隔時(shí)間t后控 制電壓數(shù)字量=控制電壓數(shù)字量-設(shè)定電壓數(shù)字量；若干粉配比精度<_1%，則在間隔時(shí) 間t后控制電壓數(shù)字量=控制電壓數(shù)字量+設(shè)定電壓數(shù)字量；間隔時(shí)間t為，若配比精度絕 對(duì)值> 2%，則為0. 05秒；若配比精度絕對(duì)值< 2%，則為0. 45秒；設(shè)定電壓數(shù)字量為若 配比精度絕對(duì)值> 2%，則為16 ；若配比精度絕對(duì)值< 2%，則為32. 7 ；(3.3在控制喂料機(jī)過(guò)程中，若配比精度由正值變?yōu)樨?fù)值或是由負(fù)值變?yōu)檎?，則重復(fù)步 驟 3. 1 和 3. 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法，其特征是步驟(4)所述對(duì) 傳輸泵控制裝置進(jìn)行控制的方法為(4. 1待混合罐液位達(dá)到設(shè)定液位值后，傳輸泵開始工作；設(shè)定傳輸泵排出流量初始值 為T(sp)=排出流量瞬時(shí)值;(4. 2比較水合罐液位計(jì)測(cè)得的液位和水合罐設(shè)定的液位，若測(cè)得實(shí)際液位比設(shè)定液位 高0. 5inch，則T(sp) = T(sp)-8gpm ；若測(cè)得實(shí)際液位比設(shè)定液位低0. 5inch，則T(sp)= T (sp) +8gpm ；若混合罐液位高于64inch，則T (sp) = T (sp) +30gpm ；同時(shí)根據(jù)實(shí)際液位和設(shè) 定液位差計(jì)算T(sp)上下限若實(shí)際液位比設(shè)定液位高2inch，則T(sp)下限=T(sp)下 限_(液位差X85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高4inch，則T(sp)下限=T(sp)下限-(液 位差X85)gpm-(2X85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高8inch，則T(sp)下限=T(sp)下 限“(液位差X 85) gpm- (5 X 85) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位高lOinch,則T (sp)下限= T(sp)下限_(液位差X85) gpm-(8X85) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位高12inch，則T (sp) 下限=T(sp)下限_(液位差X 85) gpm-(11X85) gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位高15inch, 則T(sp)下限=T(sp)下限_(液位差X85)gpm-(14X85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低 2inch，則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X 85) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液位低4inch, 則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X85)gpm+(2X85)gpm;若實(shí)際液位比設(shè)定液位低 8inch，則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X85) gpm+(5X85) gpm ；若實(shí)際液位比設(shè)定液 位低lOinch，則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X 85) gpm+(8X85) gpm;若實(shí)際液位比 設(shè)定液位低15inch，則T(sp)上限=T(sp)上限+(液位差X85) gpm+(14X85) gpm ；(4. 3在設(shè)定傳輸泵排出流量T(sp)過(guò)程中，若T(sp) >T(sp)上限，則T(sp) =T(sp) 上限；若 T (sp) < T (sp)上限，則 T (sp) = T (sp)下限；(4.4再根據(jù)設(shè)定傳輸泵排出流量和傳輸泵控制電壓數(shù)字量的線性關(guān)系，計(jì)算出傳輸泵 的控制電壓數(shù)字量，從而控制傳輸泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法，其特征是步驟(5)所述對(duì) 排出泵控制裝置進(jìn)行控制的方法為若作業(yè)設(shè)置為批混且排出泵為自動(dòng)工作，在水合罐液 位達(dá)到設(shè)定排出泵工作液位后，將設(shè)定排出流量作為PID控制的設(shè)定值，排出流量傳感器 測(cè)得的排出流量作為反饋值，利用PID指令計(jì)算出排出泵的控制電壓數(shù)字量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法，其特征是步驟(6)所述對(duì)液添泵控制裝置進(jìn)行控制的方法為待排出流量傳感器測(cè)出有排出流量后，根據(jù)排出流量 和設(shè)定的液添配比，根據(jù)公式設(shè)定液添流量=排出流量X設(shè)定液添配比，計(jì)算出設(shè)定液添 流量，根據(jù)測(cè)得的實(shí)時(shí)液添流量，將設(shè)定液添流量作為PID控制的設(shè)定值，實(shí)時(shí)液添流量作 為反饋值，利用PID指令計(jì)算出液添泵的控制電壓數(shù)字量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油田壓裂液的自動(dòng)混配控制方法，主要用于油田壓裂作業(yè)時(shí)壓裂液的自動(dòng)混配控制，該方法主要通過(guò)調(diào)節(jié)喂料機(jī)輸出速率來(lái)控制下粉速度，通過(guò)調(diào)節(jié)清水吸入泵控制清水吸入流量，從而控制混合罐液位，通過(guò)調(diào)節(jié)傳輸泵控制水合罐液位，根據(jù)實(shí)際排出流量和設(shè)定液添配比來(lái)調(diào)節(jié)液添的流量，根據(jù)實(shí)際排出流量和設(shè)定排出流量來(lái)控制排出泵。本方法不僅可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確連續(xù)均勻加料和高質(zhì)量連續(xù)配液，有效除去水包粉，還可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制，配比和混配速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，配液參數(shù)儲(chǔ)存、回放等。
文檔編號(hào)E21B43/26GK102003167SQ20101055576
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者丁曉珍, 劉艷榮, 葉紀(jì)東, 唐軍, 張金霞, 李磊, 楊瑾, 熊丹, 榮峰, 陳春霞 申請(qǐng)人:四機(jī)賽瓦石油鉆采設(shè)備有限公司