一種排量自適應(yīng)混砂裝置及控制方法
【專利摘要】一種排量自適應(yīng)混砂裝置及控制方法，包括：橇架、安裝在橇架上的高能混排器、螺旋輸砂器和PLC控制器，所述高能混排器的進(jìn)液管路連接供液離心泵，排液管路安裝有壓力傳感器，安裝在高能混排器進(jìn)砂口上方的砂斗與螺旋輸砂器的出砂口相連，PLC控制器分別控制高能混排器的流量和密度、螺旋輸砂器的轉(zhuǎn)速以及管路中的壓力。本發(fā)明所提供的排量自適應(yīng)混砂裝置的排出流量能夠根據(jù)排出管路中的工作壓力及時進(jìn)行自動調(diào)整，始終保持管路中的設(shè)定壓力，避免因下游壓裂泵送設(shè)備排量需求改變而導(dǎo)致管路中壓力降低，出現(xiàn)管路沉砂問題。
【專利說明】
一種排量自適應(yīng)混砂裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及到石油壓裂設(shè)備中的混砂裝置。
[0002]本發(fā)明還涉及到上述混砂裝置的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0003]壓裂是油氣田勘探、開發(fā)過程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，其原理是利用液體壓力使油氣儲層形成裂縫，然后向該裂縫內(nèi)注入攜砂液，從而提高油氣流動性而增加采收率。其具體操作是采用大排量的高壓柱塞栗，將具有一定粘度的壓裂液，以大于儲層吸收能力的排量向儲層注入，使井筒內(nèi)壓力逐漸升高，當(dāng)此壓力大于地層應(yīng)力時，便在井底附近地層產(chǎn)生裂縫，繼續(xù)注入壓裂液，裂縫向前延伸并填滿壓裂液，停止注入后，壓裂液中的支撐劑一般為石英砂或陶粒保留在裂縫內(nèi)，從而在井底附近地層內(nèi)形成具有高導(dǎo)流能力的填砂裂縫，提高油氣流動性而達(dá)到增產(chǎn)目的。其中，壓裂液是由壓裂基液、交聯(lián)劑和支撐劑通過混砂裝置混配而成。
[0004]目前，傳統(tǒng)的混砂裝置是通過向混合罐內(nèi)連續(xù)加入基液、交聯(lián)劑和支撐劑，再通過攪拌混合后由一個排出離心栗供給下游的高壓栗送設(shè)備，其控制方法是根據(jù)需要的流量設(shè)定排出離心栗工作轉(zhuǎn)速，并通過一個流量計(jì)對排出流量進(jìn)行計(jì)量。這種方式存在的問題是，在作業(yè)過程中，當(dāng)下游的高壓栗送設(shè)備需要的排量增大時，混砂裝置無法及時增大排出流量，造成供液不足，導(dǎo)致供液壓力下降，管路中出現(xiàn)沉砂問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:提供了一種排量自適應(yīng)混砂裝置及控制方法，使混砂裝置的排出流量根據(jù)壓裂栗送設(shè)備的需要自動進(jìn)行及時調(diào)整，確保排出管路中的工作壓力始終符合要求。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種排量自適應(yīng)混砂裝置及控制方法，包括:橇架1、安裝在橇架I上的高能混排器2、螺旋輸砂器3和PLC控制器8，所述高能混排器的進(jìn)液管路12連接供液離心栗5，排液管路13安裝有壓力傳感器6，安裝在高能混排器2進(jìn)砂口上方的砂斗205與螺旋輸砂器3的出砂口 301相連，PLC控制器8分別控制高能混排器2的流量和密度、螺旋輸砂器3的轉(zhuǎn)速以及管路中的壓力。
[0007]高能混排器2的排液管路13安裝有排液流量計(jì)7，排液流量計(jì)7監(jiān)測的排出流量和系統(tǒng)累計(jì)液量，顯示PLC控制器8工作界面上。
[0008]螺旋輸砂器3安裝有轉(zhuǎn)速傳感器303，轉(zhuǎn)速傳感器將螺旋輸砂器的工作轉(zhuǎn)速信號反饋給PLC控制器8，并顯示在PLC控制器8的工作界面上。
[0009]高能混排器2的排液管路13安裝有非放射性密度計(jì)10，用于計(jì)量當(dāng)前排液管路13中混合液的實(shí)時密度，并顯示在PLC控制器8的工作界面上。
[0010]高能混排器2為密閉式混合罐201，混合罐201內(nèi)有渦輪式攪拌葉片，攪拌葉片通過攪拌馬達(dá)204驅(qū)動，攪拌馬達(dá)204為電控變量馬達(dá)，由外接液壓源驅(qū)動，PLC控制器8控制攪拌馬達(dá)204的工作轉(zhuǎn)速。
[0011 ]混砂裝置的供液管路12中安裝有供液流量計(jì)4，用于對供液離心栗5的供液流量Ql進(jìn)行計(jì)量。
[0012]還包括與排液管路13連接的液體添加裝置10和干粉添加裝置9。
[0013]本發(fā)明提供的排量自適應(yīng)混砂裝置使用方法為:
在進(jìn)行壓裂作業(yè)前，將供液離心栗5的入口與上游的儲液設(shè)備連接，高能混排器2的排液管與下游的壓裂栗送設(shè)備連接，在PLC控制器8設(shè)置管路工作壓力P和混合液濃度，啟動供液離心栗5、螺旋輸砂器3和高能混排器2開始工作，混砂裝置根據(jù)下游壓裂栗送設(shè)備自動開始供液，工作時壓力傳感器6將實(shí)測排出管路壓力PI反饋給PLC控制器，PLC控制器自動判斷，當(dāng)Pl <P時，PLC控制器8自動輸出信號提高高能混排器2的工作轉(zhuǎn)速增加排量，直到排出管路壓力Pl高于設(shè)定壓力P，當(dāng)P1>1.2P時，PLC控制器8自動輸出信號降低高能混排器2工作轉(zhuǎn)速減小排量，直到排出管路壓力PKl.2P，當(dāng)PSPKl.2P時，高能混排器2保持當(dāng)前工作轉(zhuǎn)速，并通過該工作壓力繼續(xù)執(zhí)行反饋控制，使管路中的壓力始終保持在設(shè)定要求范圍內(nèi)。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:所提供的排量自適應(yīng)混砂裝置的排出流量能夠根據(jù)排出管路中的工作壓力及時進(jìn)行自動調(diào)整，始終保持管路中的設(shè)定壓力，避免因下游壓裂栗送設(shè)備排量需求改變而導(dǎo)致管路中壓力降低，出現(xiàn)管路沉砂問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2為高能混排器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖1-3，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種排量自適應(yīng)混砂裝置及控制方法，包括:橇架I，安裝在橇架上的高能混排器2、螺旋輸砂器3和PLC控制器8，所述高能混排器的進(jìn)液管路12連接有供液離心栗5，排液管路13安裝有壓力傳感器6，安裝在高能混排器2進(jìn)砂口上方的砂斗205與螺旋輸砂器3的出砂口 301相連。
[0018]高能混排器2的排液管路安裝有排液流量計(jì)7，工作時，該排液流量計(jì)7將高能混排器2的排出流量信號反饋給PLC控制器8，PLC控制器8根據(jù)該流量信號計(jì)算當(dāng)前排出流量和系統(tǒng)累計(jì)液量，并顯示在系統(tǒng)工作界面上。
[0019]螺旋輸砂器3安裝有轉(zhuǎn)速傳感器303，工作時，該轉(zhuǎn)速傳感器將螺旋輸砂器的工作轉(zhuǎn)速信號反饋給PLC控制器8，PLC控制器根據(jù)該轉(zhuǎn)速信號和系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的輸砂因子計(jì)算出當(dāng)前輸砂量，并顯示在PLC控制器的工作界面上。
[0020]高能混排器2的排液管路13還安裝有一套非放射性密度計(jì)10，該密度計(jì)的可計(jì)量當(dāng)前排液管路13中混合液的實(shí)時密度，并顯示在PLC控制器的工作界面上。
[0021]高能混排器2為密閉式混合罐，混合罐201內(nèi)有渦輪式攪拌葉片，攪拌葉片旋轉(zhuǎn)時，不僅可將罐內(nèi)的混合液攪拌均勻，還能夠?qū)⒒旌弦号懦?，并在排液管路中建立一定的工作壓力。攪拌葉片通過攪拌馬達(dá)204驅(qū)動，該攪拌馬達(dá)為電控變量馬達(dá)，由外接液壓源驅(qū)動，PLC控制器8輸出信號能夠控制該攪拌馬達(dá)的工作轉(zhuǎn)速。當(dāng)攪拌葉片工作轉(zhuǎn)速升高時，高能混排器的排出流量增大;當(dāng)攪拌葉片工作轉(zhuǎn)速降低時，高能混排器的排出流量減小。
[0022]工作時，在PLC控制器8設(shè)置高能混排器排出管路13最小工作壓力P，工作時壓力傳感器6將實(shí)測排出管路壓力PI反饋給PLC控制器，PLC控制器自動判斷，當(dāng)PI < P時，PLC控制器8自動輸出信號提高高能混排器2的工作轉(zhuǎn)速增加排量，直到排出管路壓力Pl高于設(shè)定壓力P，當(dāng)Pl > 1.2P時，PLC控制器8自動輸出信號降低高能混排器2工作轉(zhuǎn)速減小排量，直到排出管路壓力Pl < 1.2P，當(dāng)PSPl< 1.2P時，高能混排器2保持當(dāng)前工作轉(zhuǎn)速，并通過該工作壓力繼續(xù)執(zhí)行反饋控制，使管路中的壓力始終保持在設(shè)定要求范圍內(nèi)。
[0023]混砂裝置的供液管路12中安裝有一套供液流量計(jì)4，用于對供液離心栗5的供液流量Ql進(jìn)行計(jì)量?；焐把b置工作時，PLC控制器8根據(jù)排出流量信號和螺旋輸砂器3工作轉(zhuǎn)速信號計(jì)算得出供液管路流量Q，并將流量計(jì)實(shí)測的供液流量Ql與計(jì)算流量Q進(jìn)行對比，調(diào)節(jié)供液離心栗5的工作轉(zhuǎn)速，使供液管路中的實(shí)測流量Ql與計(jì)算流量Q達(dá)到一致，高能混排器2的進(jìn)液速度與排液速度達(dá)到平衡，從而保持混合罐201液面始終平穩(wěn)。
[0024]當(dāng)高能混排器2工作轉(zhuǎn)速提高或降低時，PLC控制器8會自動增大或減小供液離心栗5轉(zhuǎn)速，使高能混排器2進(jìn)液和排液速度始終保持平衡。
[0025]PLC控制器8可設(shè)置排出混合液砂濃度，PLC控制器8根據(jù)當(dāng)前排出管路流量自動計(jì)算螺旋輸砂器3的供砂速度，并自動調(diào)節(jié)螺旋輸砂器3工作轉(zhuǎn)速。當(dāng)高能混排器2工作轉(zhuǎn)速提高或降低時，PLC控制器8會自動提高或降低螺旋輸砂器3工作轉(zhuǎn)速，使排出混合液砂濃度始終達(dá)到設(shè)定要求。
[0026]壓力傳感器6始終將排出管路工作壓力Pl反饋給PLC控制器8，PLC控制器8根據(jù)該壓力執(zhí)行反饋控制，如果排出管路工作壓力Pl不在設(shè)定要求范圍P?1.2P內(nèi)，PLC控制器8及時通過調(diào)節(jié)高能混排器2工作轉(zhuǎn)速來調(diào)整排出流量，確保排出管路工作壓力Pl始終在設(shè)定要求范圍內(nèi)。
[0027]混砂裝置還包括液體添加裝置10和干粉添加裝置9，可用于壓裂施工作業(yè)時向混合液中添加相關(guān)的添加劑。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種排量自適應(yīng)混砂裝置，包括:橇架(I)、安裝在橇架(I)上的高能混排器(2)、螺旋輸砂器(3)和PLC控制器(8)，其特征在于:所述高能混排器的進(jìn)液管路(12)連接供液離心栗(5)，排液管路(13)安裝有壓力傳感器(6)，安裝在高能混排器(2)進(jìn)砂口上方的砂斗(205)與螺旋輸砂器(3 )的出砂口( 301)相連，PLC控制器(8)分別控制高能混排器(2 )的流量和密度、螺旋輸砂器(3)的轉(zhuǎn)速以及管路中的壓力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種排量自適應(yīng)混砂裝置，其特征在于:高能混排器(2)的排液管路(13)安裝有排液流量計(jì)(7)，排液流量計(jì)(7)監(jiān)測的排出流量和系統(tǒng)累計(jì)液量，顯示PLC控制器(8)工作界面上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種排量自適應(yīng)混砂裝置，其特征在于:螺旋輸砂器(3)安裝有轉(zhuǎn)速傳感器(303)，轉(zhuǎn)速傳感器將螺旋輸砂器的工作轉(zhuǎn)速信號反饋給PLC控制器(8)，并顯示在PLC控制器(8)的工作界面上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種排量自適應(yīng)混砂裝置，其特征在于:高能混排器(2)的排液管路(13 )安裝有非放射性密度計(jì)(1 )，用于計(jì)量當(dāng)前排液管路(13 )中混合液的實(shí)時密度，并顯示在PLC控制器(8)的工作界面上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種排量自適應(yīng)混砂裝置，其特征在于:高能混排器(2)為密閉式混合罐(201)，混合罐(201)內(nèi)有渦輪式攪拌葉片，攪拌葉片通過攪拌馬達(dá)(204)驅(qū)動，攪拌馬達(dá)(204)為電控變量馬達(dá)，由外接液壓源驅(qū)動，PLC控制器(8)控制攪拌馬達(dá)(204)的工作轉(zhuǎn)速。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種排量自適應(yīng)混砂裝置，其特征在于:混砂裝置的供液管路(12)中安裝有供液流量計(jì)(4)，用于對供液離心栗(5)的供液流量Ql進(jìn)行計(jì)量。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種排量自適應(yīng)混砂裝置，其特征在于:還包括與排液管路(13)連接的液體添加裝置(10)和干粉添加裝置(9)。8.一種排量自適應(yīng)混砂裝置的控制方法，其特征在于: 在進(jìn)行壓裂作業(yè)前，將供液離心栗(5)的入口與上游的儲液設(shè)備連接，高能混排器(2)的排液管與下游的壓裂栗送設(shè)備連接，在PLC控制器(8)設(shè)置管路工作壓力P和混合液濃度，啟動供液離心栗(5)、螺旋輸砂器(3)和高能混排器(2)開始工作，混砂裝置根據(jù)下游壓裂栗送設(shè)備自動開始供液，工作時壓力傳感器(6)將實(shí)測排出管路壓力Pl反饋給PLC控制器，PLC控制器自動判斷，當(dāng)P1<P時，PLC控制器(8)自動輸出信號提高高能混排器(2)的工作轉(zhuǎn)速增加排量，直到排出管路壓力Pl高于設(shè)定壓力P，當(dāng)P1>1.2P時，PLC控制器(8)自動輸出信號降低高能混排器(2)工作轉(zhuǎn)速減小排量，直到排出管路壓力PKl.2P，當(dāng)PSPKl.2P時，高能混排器(2)保持當(dāng)前工作轉(zhuǎn)速，并通過該工作壓力繼續(xù)執(zhí)行反饋控制，使管路中的壓力始終保持在設(shè)定要求范圍內(nèi)。
【文檔編號】E21B43/267GK106089175SQ201610674723
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月17日 公開號201610674723.9, CN 106089175 A, CN 106089175A, CN 201610674723, CN-A-106089175, CN106089175 A, CN106089175A, CN201610674723, CN201610674723.9
【發(fā)明人】雷剛, 蔡正志, 吳漢川
【申請人】中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠