一種壓井重漿的快速混配自動控制方法

2023-05-28 14:14:46

專利名稱：一種壓井重漿的快速混配自動控制方法
技術領域：
本發明涉及一種壓井重漿的快速混配自動控制方法，屬石油天然氣鑽探壓井重漿的快速混配技術領域。
背景技術：
在石油天然氣鑽探發生漏湧事故時需要用重漿進行壓井，由於我國現有的重漿混配設備混配速度慢，不能直接滿足發生漏湧事故時混配重漿的需要，因此氣井鑽井工藝要求需事先混配1000立方米的重漿以備在氣井鑽探過程中發生漏湧事故時用於壓井。但是這種事先混配的方法存在以下弊端其一，如果無漏湧事故發生，因重漿不攪拌會很快沉澱，1000立方米的重漿轉運幾乎不可能，所以現行的大多數處理辦法是就地掩埋，但就地掩埋往往又造成環境汙染，所以必須先進行處理，因此1000立方米重漿的浪費及處理費用非常巨大；其二，事先混配的1000立方米重漿需要的放置位置不僅使氣井鑽探的前期工期變長、前期費用大幅提高，而且對環境的破壞也變大，特別遇到鑽探環境的限制時，如高山、湖泊、海洋等，事先混配的1000立方米重漿需要的放置位置也變得越來越困難；其三，1000立方米的重漿混配後只要不用，就需要不停地攪拌，因此造成大量的能源浪費。為了解決上述問題，近來人們設計了有關重漿快速混配的設備，但由於操作複雜、精確控制難，致使重漿的混配質量與混配速度仍然達不到實際使用需要，再加上重漿快速混配設備的使用頻率低，又對操作員的熟練程度要求極高，因此重漿快速混配設備一直得不到推廣。發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠提高重漿混配質量與混配速度、降低重漿快速混配設備操作難度的壓井重漿的快速混配自動控制方法，從而保證重漿快速混配設備只在需要重漿壓井時才進行重漿混配，避免事先混配重漿所造成的各種巨大浪費以及對環境的汙染和破壞。
本發明是通過如下的技術方案來實現上述目的的一種壓井重漿的快速混配自動控制方法，包括對基漿吸入泵、重漿排出泵、攪拌電機、 循環泵、中繼泵、基漿吸入蝶閥、下灰蝶閥和重漿排出蝶閥的開啟與關閉的控制順序以及基漿吸入蝶閥、下灰蝶閥和重漿排出蝶閥的角度控制方法，其特徵在於，具體的控制方法如下(I)、混漿罐內無液體時的開啟順序每開啟一個泵或電機後，等待15 35秒再開啟下一個泵或電機，等待時間決定於泵或電機的軟啟動時間要求；第一步、首先開啟基漿吸入蝶閥，然後同時開啟基漿吸入泵和下灰蝶閥；第二步、開啟攪拌電機進行攪拌；第三步、待混合罐重漿達到循環高度時，開啟循環泵進行重漿循環；第四步、待混合罐重漿達到排出高度時，先開啟重漿排出蝶閥，然後開啟重漿排出泵和中繼泵；第五步、在基漿吸入蝶閥、下灰蝶閥和重漿排出蝶閥開啟後，通過其角度控制來控制重漿混配質量與混配速度；(2)、混漿罐內有液體時的開啟順序每開啟一個泵或電機後，等待15 35秒再開啟下一個泵或電機，等待時間決定於泵或電機的軟啟動時間要求第一步、開啟循環泵，同時開啟下灰蝶閥；第二步、開啟攪拌電機；第三步、先開啟重漿排出蝶閥，然後開啟重漿排出泵、中繼泵；第四步、待混漿罐液位下降到安全高度後，開啟基漿吸入蝶閥後，開啟基漿吸入泵； 第五步、在基漿吸入蝶閥、下灰蝶閥和重漿排出蝶閥開啟後，通過其角度控制來控制重漿混配質量與混配速度；(3)、停止作業時按下述順序關停各泵和電機，每關停一個泵或電機後，間隔10 20秒再關停下一個泵或電機；先停止基漿吸入泵，關閉基漿吸入蝶閥，關閉下灰蝶閥；然後順序停止循環泵、攪拌電機、重漿排出泵、重漿排出蝶閥和中繼泵；所述的基漿吸入蝶閥、下灰蝶閥和重漿排出蝶閥控制重漿混配質量與混配速度的角度控制方法如下重漿混配質量通過控制重漿密度來保證，重漿密度通過下灰蝶閥和重漿排出蝶閥的角度控制來調節，控制基於串級PID反饋控制算法；重漿混配速度通過調節重漿排出蝶閥的角度來控制，控制基於PID反饋控制算法； (I )、重漿排出蝶閥控制與混合罐液位高度、下灰蝶閥開度的關係重漿排出蝶閥控制量=A + (混合罐液位高度/混合罐高度)XK X B ;重漿排出蝶閥控制周期Ts=600 ms ；A :重漿排出蝶閥控制量O點基數；B:重漿排出蝶閥控制量最大值；K :控制係數下灰蝶閥控制量在O 25% 時K=2. O ；下灰蝶閥控制量在25 50% 時K=L 5 ；下灰蝶閥控制量在50 75% 時K=L O ；下灰蝶閥控制量在75 100%時K=O. 5 ；混合罐液位高度由混合罐液位傳感器檢測輸入；混合罐高度設備常量參數，用戶設置；(II)、下灰蝶閥控制與重漿密度的關係下灰蝶閥控制量=下灰蝶閥上周期控制量+下灰蝶閥控制增量；下灰蝶閥控制增量=(ΕΒ0 - EBl) XKBP + (ΕΒ0+ΕΒ1)ΚΒΡ/ΚΒΙ + (ΕΒ0 一 2XEBI + ΕΒ2)XKBPXKBD ；下灰蝶閥控制周期TBs=IOOO ms ；KBP :密度控制比例值；KB1:密度控制值積分；KBD :密度控制微分值；EBO :本周期密度誤差值；EBl :上周期密度誤差值；EB2 :上上周期密度誤差值；密度誤差值EB =密度實際採集值一密度控制目標值；密度實際採集值由密度傳感器檢測輸入；密度控制目標值重漿混配質量參數，用戶現場設置；(III)基漿吸入蝶閥控制與混合罐液位高度的關係基漿吸入蝶閥控制量=基漿吸入蝶閥上周期控制量+基漿吸入蝶閥控制增量；基漿吸入蝶閥控制增量=(ΕΑ0 - EAl) X KAP + (EAO + EAl) KAP/KAI + (ΕΑ0 一 2XEA1 + EA2) XKAPXKAD ；基漿吸入閥控制周期TAs=600 ms ；KAP :液位控制比例值；KA1:液位控制值積分；KAD :液位控制微分值；EAO :本周期液位誤差值；EAl :上周期液位誤差值；EA2 :上上周期液位誤差值；液位誤差值EA =混合罐液位高度一混合罐液位目標高度；混合罐液位高度由混合罐液位傳感器檢測輸入；混合罐液位目標高度控制系統根據混合罐高度(設備常量參數)所產生的常量值。
本發明與現有技術相比的有益效果在於本發明解決了現有的重漿快速混配設備因為操作複雜、操作要求高，致使實際的重漿混配速度與混配質量不能直接滿足發生漏湧事故時混配重漿的要求，仍然需要事先混配 1000立方米的重漿以備在石油天然氣鑽探過程中發生漏湧事故時用於壓井，但如果無漏湧事故發生則造成各種巨大浪費以及對環境的汙染和破壞問題。而且使用該壓井重漿的快速混配自動控制方法能使重漿快速混配設備的重漿混配質量達到最好、重漿混配速度達到最大，嚴格的控制順序既能保證設備效率和設備安全，又能降低對操作人員的要求，同時使石油天然氣鑽探作業的前期工期變短，作業費用變低。


圖1為重漿快速混配設備控制結構示意圖；圖2為重漿快速混配設備自動控制系統示意圖。
圖中1、基漿吸入泵，2、基漿吸入碟閥，3、密度傳感器，4、下灰碟閥，5、攪拌電機，6、混合罐液位傳感器，7、循環泵，8、重漿排出泵，9、重漿排出碟閥，10、中繼泵，11、手動碟閥 A，12、手動碟閥B，13、手動碟閥C，14、手動碟閥D，15、拖拉多混合器，16、混合罐，17、手動碟閥E，18、手動碟閥F，19、手動碟閥G，20、基漿吸入泵檢測與控制接口，21、基漿吸入碟閥控制接口，22、密度傳感器接口，23、下灰碟閥控制接口，24、攪拌電機檢測與控制接口，25、混合罐液位傳感器接口，26、循環泵檢測與控制接口，27、重漿排出泵檢測與控制接口，28、重漿排出碟閥控制接口，29、中繼泵檢測與控制接口，30、控制主機，31、人機界面，32、遠程PC。
具體實施方式
該壓井重漿的快速混配自動控制方法的重漿快速混配設備的自動控制系統包括基漿吸入泵檢測與控制接口 20、基漿吸入碟閥控制接口 21、密度傳感器接口 22、下灰碟閥控制接口 23、攪拌電機檢測與控制接口 24、混合罐液位傳感器接口 25、循環泵檢測與控制接口 26、重漿排出泵檢測與控制接口 27、重漿排出碟閥控制接口 28、中繼泵檢測與控制接口 29、控制主機30、人機界面31、遠程PC32。其中，控制主機30與人機界面31通過CAN總線連接，人機界面31與遠程PC32之間通過CAN總線或區域網連接。該壓井重漿的快速混配自動控制方法在操作時只需採用一鍵一次啟動。
該壓井重漿的快速混配自動控制方法是對基漿吸入泵I、基漿吸入碟閥2、下灰碟閥4、攪拌電機5、循環泵7、重漿排出泵8、重漿排出碟閥9、中繼泵10進行開啟和關停順序控制，並對基漿吸入碟閥2、下灰碟閥4、重漿排出碟閥9進行角度控制。
其中，所述的控制主機30對所有的控制進行集中控制，所述的基漿吸入泵檢測與控制接口 20對基漿吸入泵I進行控制接口轉換與狀態檢測，所述的基漿吸入碟閥控制接口 21對基漿吸入碟閥2進行控制接口轉換；所述的下灰碟閥控制接口 23用於對下灰碟閥4進行控制接口轉換，所述的攪拌電機檢測與控制接口 24對攪拌電機5進行控制接口轉換與狀態檢測，所述的循環泵檢測與控制接口 26對循環泵7進行控制接口轉換與狀態檢測；所述的重漿排出泵檢測與控制接口 27對重漿排出泵8進行控制接口轉換與狀態檢測，所述的重漿排出碟閥控制接口 28對重漿排出碟閥9進行控制接口轉換，所述的中繼泵檢測與控制接口 29對中繼泵10進行控制接口轉換與狀態檢測，所述的密度傳感器檢測接口 22對密度傳感器3的檢測進行信號轉換，為控制主機30提供控制參數；所述的混合罐液位傳感器檢測接口 25對混合罐液位傳感器6的檢測進行信號，為控制主機30提供控制參數，所述的人機界面31用於為控制主機30提供控制參數輸入和控制過程、數據與狀態的顯示，所述的遠程 PC32用於為控制主機30提供遠程的控制參數輸入和控制過程、數據與狀態的遠程顯示。
本發明的具體控制方法如下(I)、混漿罐內無液體時的開啟順序混漿罐內有無液體通過混合罐液位傳感器6檢測決定，每開啟基漿吸入泵I、攪拌電機 5、循環泵7、重漿排出泵8、中繼泵10的其中之一時，需等待15 35秒再開啟下一個泵或電機，等待時間決定於泵或電機的軟啟動時間要求。
第一步、首先開啟基漿吸入蝶閥2，然後同時開啟基漿吸入泵I和下灰蝶閥4。
第二步、開啟攪拌電機5進行攪拌。
第三步、待混合罐重漿達到循環高度時，開啟循環泵7進行重漿循環，其中循環高度值由重漿快速混配設備混合罐高度值決定，通過人機界面31或遠程PC32輸入。
第四步、待混合罐重漿達到排出高度時，先開啟重漿排出蝶閥9，然後開啟重漿排出泵8和中繼泵10，其中排出高度值由重漿快速混配設備混合罐高度值決定，通過人機界面31或遠程PC32輸入。
第五步、在基漿吸入蝶閥2、下灰蝶閥4和重漿排出蝶閥9開啟後，通過其角度控制來控制重漿混配質量與混配速度。
(2)、混漿罐內有液體時的開啟順序混漿罐內有無液體通過混合罐液位傳感器6檢測決定，每開啟基漿吸入泵I、攪拌電機 5、循環泵7、重漿排出泵8、中繼泵10其中之一個時，需等待15 35秒再開啟，等待時間決定於泵或電機的軟啟動時間要求。
第一步、開啟循環泵7，同時開啟下灰蝶閥4。
第二步、開啟攪拌電機5。
第三步、先開啟重漿排出蝶閥9，然後開啟重漿排出泵8、中繼泵10。
第四步、待混漿罐液位下降到安全高度後，開啟基漿吸入蝶閥2後，開啟基漿吸入泵1，其中安全高度值由重漿快速混配設備混合罐高度值決定，通過人機界面31或遠程 PC32輸入。
第五步、在上述步驟完成後，通過基漿吸入蝶閥2、下灰蝶閥4和重漿排出蝶閥9的角度控制來控制重漿混配質量與混配速度。
(3)、停止作業時按下述順序進行關停其中每關停基漿吸入泵I、攪拌電機5、循環泵7、重漿排出泵8、中繼泵10的其中之一個時，需等待10 20秒後再關停下一個。
先停止基漿吸入泵1，關閉基漿吸入蝶閥2，關閉下灰蝶閥4 ;然後順序停止循環泵7、攪拌電機5、重漿排出泵8、重漿排出蝶閥9和中繼泵10。
上述的(I)、的第五步和(2)、的第五步中基漿吸入蝶閥2、下灰蝶閥4和重漿排出蝶閥9控制重漿混配質量與混配速度的角度控制方法如下重漿混配質量通過控制重漿密度來保證，重漿密度通過下灰蝶閥4和重漿排出蝶閥9 的角度控制來調節，控制基於串級PID反饋控制算法；重漿混配速度通過調節重漿排出蝶閥9的角度來控制，控制基於PID反饋控制算法；(I )、重漿排出蝶閥9控制與混合罐液位高度、下灰蝶閥4開度相關聯重漿排出蝶閥控制量=A + (混合罐液位高度/混合罐高度)XK X B ;重漿排出蝶閥9控制周期:Ts=600 ms ；A :重漿排出蝶閥9控制量O點基數；B :重漿排出蝶閥9控制量最大值；K :控制係數下灰蝶閥4控制量在O 25% 時K=2. O ；下灰蝶閥4控制量在25 50% 時K=L 5 ；下灰蝶閥4控制量在50 75% 時K=L O ；下灰蝶閥4控制量在75 100%時K=O. 5 ；混合罐16液位高度由混合罐液位傳感器6檢測輸入；混合罐16高度設備常量參數，用戶設置，通過人機界面31或遠程PC32輸入。
(II)、下灰蝶閥控制與重漿密度相關聯下灰蝶閥4控制量=下灰蝶閥4上周期控制量+下灰蝶閥4控制增量下灰蝶閥 4 控制增量=(ΕΒ0 - EBl) XKBP + (ΕΒ0+ΕΒ1) ΚΒΡ/ΚΒΙ + (ΕΒ0 一 2 XEBI + ΕΒ2)XKBPXKBD ；下灰蝶閥4控制周期TBs=1000 ms KBP :密度控制比例值；KB1:密度控制值積分；KBD :密度控制微分值；EBO :本周期密度誤差值；EBl :上周期密度誤差值；EB2 :上上周期密度誤差值；密度誤差值EB =密度實際採集值一密度控制目標值；密度實際採集值由密度傳感器22檢測輸入；密度控制目標值重漿混配質量參數，用戶現場設置，通過人機界面31或遠程PC32輸入。
(III)基漿吸入蝶閥2控制與混合罐16的液位高度相關聯 基漿吸入蝶閥2控制量=基漿吸入蝶閥2上周期控制量+基漿吸入蝶閥2控制增量； 基漿吸入蝶閥 2 控制增量=(EAO - EAl) XKAP + (EAO + EA1)KAP/KAI + (ΕΑ0 一 2XEA1 + EA2) XKAPXKAD ；基漿吸入碟閥2控制周期TAs=600 ms KAP :液位控制比例值；KA1:液位控制值積分；KAD :液位控制微分值；EAO :本周期液位誤差值；EAl :上周期液位誤差值；EA2 :上上周期液位誤差值；液位誤差值EA =混合罐16的液位高度一混合罐16的液位目標高度；混合罐16液位高度由混合罐液位傳感器6檢測輸入；混合罐16液位目標高度控制系統根據混合罐16高度(設備常量參數)所產生的常量值。
以上所述只是該發明的具體實施方式
，上述舉例說明不對本發明的實質內容構成限制，所屬技術領域的普通技術人員在閱讀了本說明書後可以對上述的具體實施方式
做修改或變形，而不背離本發明的實質和範圍。
權利要求
1.一種壓井重漿的快速混配自動控制方法，包括對基漿吸入泵(I)、重漿排出泵(8)、攪拌電機(5)、循環泵(7)、中繼泵(10)、基漿吸入蝶閥(2)、下灰蝶閥(4)和重漿排出蝶閥(9)的開啟與關閉控制順序以及基漿吸入蝶閥(2)、下灰蝶閥(4)和重漿排出蝶閥(9)的角度控制方法，其特徵在於，具體的控制方法如下 (1)、混漿罐內無液體時的開啟順序 每開啟一個泵或電機後，等待15 35秒再開啟下一個泵或電機，等待時間決定於泵或電機的軟啟動時間要求； 第一步、首先開啟基漿吸入蝶閥(2)，然後同時開啟基漿吸入泵(I)和下灰蝶閥(4); 第二步、開啟攪拌電機(5)進行攪拌； 第三步、待混合罐(16)重漿達到循環高度時，開啟循環泵(7)進行重漿循環； 第四步、待混合罐(16)重漿達到排出高度時，先開啟重漿排出蝶閥(9)，然後開啟重漿排出泵(8)和中繼泵(10)； 第五步、在基漿吸入蝶閥(2)、下灰蝶閥(4)和重漿排出蝶閥(9)開啟後，通過其角度控制來控制重漿混配質量與混配速度； (2)、混漿罐內有液體時的開啟順序 每開啟一個泵或電機後，等待15 35秒再開啟下一個泵或電機，等待時間決定於泵或電機的軟啟動時間要求 第一步、開啟循環泵(7)，同時開啟下灰蝶閥(4)； 第二步、開啟攪拌電機(5); 第三步、先開啟重漿排出蝶閥(9)，然後開啟重漿排出泵(8)、中繼泵(10)； 第四步、待混漿罐液位下降到安全高度後，開啟基漿吸入蝶閥(2)後，開啟基漿吸入泵(I); 第五步、在基漿吸入蝶閥(2)、下灰蝶閥(4)和重漿排出蝶閥(9)開啟後，通過其角度控制來控制重漿混配質量與混配速度； (3)、停止作業時按下述順序關停各泵和電機，每關停一個泵或電機後，間隔10 20秒再關停下一個泵或電機； 先停止基漿吸入泵(1)，關閉基漿吸入蝶閥(2)，關閉下灰蝶閥(4);然後順序停止循環泵(7)、攪拌電機(5)、重漿排出泵(8)、重漿排出蝶閥(9)和中繼泵(10)； 所述的基漿吸入蝶閥(2)、下灰蝶閥(4)和重漿排出蝶閥(9)控制重漿混配質量與混配速度的角度控制方法如下 重漿混配質量通過控制重漿密度來保證，重漿密度通過下灰蝶閥(4)和重漿排出蝶閥(9)的角度控制來調節，控制基於串級PID反饋控制算法；重漿混配速度通過調節重漿排出蝶閥(9)的角度來控制，控制基於PID反饋控制算法； (I )、重漿排出蝶閥(9)控制與混合罐(16)液位高度、下灰蝶閥(4)開度的關係 重漿排出蝶閥(9)控制量=A +(混合罐(16)液位高度/混合罐(16)高度)XK X B ； 重漿排出蝶閥(9)控制周期:Ts=600 ms ； A 重漿排出蝶閥(9 )控制量0點基數； B :重漿排出蝶閥(9)控制量最大值； K :控制係數下灰蝶閥(4)控制量在0 25% 時K=2. 0 ；下灰蝶閥(4)控制量在25 50% 時K=L 5 ； 下灰蝶閥(4)控制量在50 75% 時K=L 0 ； 下灰蝶閥(4)控制量在75 100%時K=O. 5 ； 混合罐(16)液位高度由混合罐液位傳感器(6)檢測輸入； 混合罐(16)高度設備常量參數，用戶設置； (II)、下灰蝶閥(4)控制與重漿密度的關係 下灰蝶閥(4)控制量=下灰蝶閥(4)上周期控制量+下灰蝶閥(4)控制增量； 下灰蝶閥(4)控制增量=(EBO-EBl) XKBP+ (EB0+EB1)KBP/KBI + (EB0 - 2XEBl +EB2)XKBPXKBD ； 下灰蝶閥(4)控制周期TBs=1000 ms; KBP :密度控制比例值； KBI :密度控制值積分； KBD :密度控制微分值； EBO :本周期密度誤差值； EBl :上周期密度誤差值； EB2 :上上周期密度誤差值； 密度誤差值EB =密度實際採集值一密度控制目標值； 密度實際採集值由密度傳感器(22)檢測輸入； 密度控制目標值重漿混配質量參數，用戶現場設置； (III)基漿吸入蝶閥(2)控制與混合罐(16)液位高度的關係 基漿吸入蝶閥(2)控制量=基漿吸入蝶閥(2)上周期控制量+基漿吸入蝶閥(2)控制增量； 基漿吸入蝶閥(2)控制增量=(EA0 - EAl) XKAP + (EAO + EA1)KAP/KAI + (EA0 一.2 X EAl + EA2) X KAP X KAD ； 基漿吸入蝶閥(2)控制周期TAs=600 ms ； KAP :液位控制比例值； KAI :液位控制值積分； KAD :液位控制微分值； EAO :本周期液位誤差值； EAl :上周期液位誤差值； EA2 :上上周期液位誤差值； 液位誤差值EA =混合罐(16)液位高度一混合罐(16)液位目標高度； 混合罐(16)液位高度由混合罐液位傳感器(6)檢測輸入； 混合罐(16)液位目標高度控制系統根據混合罐(16)高度所產生的常量值。
全文摘要
本發明涉及一種壓井重漿的快速混配自動控制方法，屬石油天然氣鑽探壓井重漿的快速混配技術領域。它包括對基漿吸入泵、重漿排出泵、攪拌電機、循環泵、中繼泵、基漿吸入蝶閥、下灰蝶閥和重漿排出蝶閥的開閉控制順序及基漿吸入蝶閥、下灰蝶閥和重漿排出蝶閥的角度控制方法，解決了現有重漿快速混配設備因操作複雜、操作要求高，致使重漿混配速度與混配質量不能直接滿足發生漏湧事故時混配重漿的要求，需要事先混配1000立方米的重漿以備在發生漏湧事故時用於壓井，但如果無漏湧事故發生則造成各種巨大浪費及對環境汙染的問題。本發明能使重漿混配質量達到最好、混配速度達到最大；且操作時只需採用一鍵一次啟動，降低對操作人員的技術水平要求。
文檔編號B01F7/16GK102974245SQ20121055813
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者李家安, 餘旭陽, 李哲, 秦贇, 黃宇飛, 唐少波, 黃軍普 申請人:荊州市元澤石油設備有限公司, 荊州市元達軟體開發有限公司