CN100493877C - 固井水泥混浆的自动控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种固井水泥混浆的自动控制方法，包括清水流量计、控制并计量干水泥灰流量的下灰阀和水泥浆密度计，其要点是：按下列步骤控制水泥浆密度：采集泥浆密度信号、干灰计量阀阀位信号和水泥浆泵信号以及清水流量信号和水泥浆泵的排量信号；计算设定干灰/水的重量比；计算实际干灰/水的重量比；由实际清水流量及以上两值分别计算设定干灰传输速率及实际干灰传输速率，由微处理器的PID功能计算出一个修正后的干灰传输速率；计算实际干灰传输能力，获得干灰计量阀阀位；由微处理器输出开关量控制干灰计量阀的电磁阀，从而精确地控制水泥浆密度。

Description

固井水泥混浆的自动控制方法
技术领域
本发明涉及一种固井水泥混浆的自动控制方法，在油田固井作业时用于水泥混浆密度的自动控制。
背景技术
目前，我国固井水泥混浆作业通常是手动作业，操作复杂、劳动强度大、尤其是难以准确调节干灰计量阀，水泥浆密度波动大，直接影响混浆质量，且作业后无法对作业数据进行分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种固井水泥混浆的自动控制方法，它能够在水泥混浆密度出现波动时，进行动态密度的精确自动控制。
本发明的第二个目的是提供一种固井水泥混浆的自动控制方法，它能够提供模拟实际工况的控制模拟功能，以便于操作员培训和系统鉴定
实现本发明目的的技术方案是：一种固井水泥混浆的自动控制方法，包括清水流量计、控制并计量干水泥灰流量的下灰阀和水泥浆密度计，其独到之处是：按下列步骤控制水泥浆密度：
1.1采集泥浆密度信号、干灰计量阀阀位信号和水泥浆泵信号以及清水流量信号和水泥浆泵的排量信号；
1.2由设定密度、设定每袋水泥造浆量、设定每袋水泥需水量及清水密度来计算设定干灰/水的重量比；
1.3由实际密度、设定每袋水泥造浆量、设定每袋水泥需水量及清水密度来计算实际干灰/水的重量比；
1.4由实际清水流量及以上两值分别计算设定干灰传输速率及实际干灰传输速率，由微处理器的PID功能计算出一个修正后的干灰传输速率；
1.5由实际水泥浆密度、计算排量、实际清水流量、清水比重及实际干灰计量阀阀位来计算实际干灰传输能力，用这个值去除步骤(1.4)计算出的干灰传输速率即可得设定的干灰计量阀阀位；
1.6由微处理器比较实际干灰计量阀位和步骤(1.5)计算的设定干灰计量阀阀位，然后输出开关量控制干灰计量阀的电磁阀并通过该电磁阀启动驱动装置改变下灰阀的阀位，从而控制水泥浆密度。
而且，干灰传输能力＝({[(计算排量*实际泥浆密度)+I]-(清水密度*清水流量)}/60)/实际阀位
其中：I＝[(2520*工作时混浆槽内混浆容量)*(实际泥浆密度-1秒前泥浆密度)]/1.0，实际阀位是当前时间n秒前的一个阀位值，具体是：将当前时间前的20个阀位值存到一个连续的数组中，该数组长度为20，每秒钟存一次，每次取n秒前的实际阀位来参与计算，n＝[(DLAY*10)*工作时混浆槽内混浆容量]/[(计算排量/42)+20]，DLAY＝1～4。
而且，还包括有模拟运行模式，该模拟运行模式的实施步骤是：3.1在人机界面上输入以下作业参数：作业编号、每袋水泥造浆量、每袋水泥需水量、每袋水泥重量、清水比重、设定泥浆密度、设定泥浆排量，然后由微处理器存贮三组作业参数，其中：作业编号为每组作业的编号，其数值范围是1～3，每次作业时，通过输入作业编号值1～3并选择其中的一组数据，3.2输入模拟密度起始值及模拟清水流量值，打开清水模拟器，阀位模拟器和密度模拟器，以模拟清水、密度控制和阀位控制的整个过程，其中：实际清水流量值为模拟清水流量，实际干灰计量阀阀位为1秒钟前的设定干灰计量阀阀位，模拟密度值为由实际清水流量、清水密度、干灰混合物密度、干灰计量阀阀位、干灰传输能力及工作时混浆槽内水泥浆的体积计算出来的模拟密度。
而且，模拟密度＝密度A+((1秒前的密度-密度A)*B，
密度A＝[({C/[(D*E)*(60/F)])*G}+F)/({C/[(D*E)*(60/F)]}+1)，
其中：B＝2.7183((-1*(计算排量/2520))/工作时混浆槽内混浆容量)，C清水流量，D干灰传输能力，E干灰计量阀阀位，F干灰混合物密度，G清水密度。
而且，数据记录和传送的步骤是：以先进先出的方式每隔10s记录一次数据，该数据被分成六组，每记录一组新数据时要输入新的作业编号，作业完成后，按各作业编号下载各组数据；实时数据每隔1s由微处理器经串口和RS232电缆向PC机传送一次数据。
本发明的优点是：1.在密度变化时，能及时准确地调整干灰计量阀，以保证混浆质量。2.控制模拟功能便于操作员培训和系统鉴定。3.数据记录和实时传送功能便于作业中和作业后的数据分析。
附图说明
图1是固井水泥混浆的自动控制系统的示意图。
图2是固井水泥混浆的自动控制的流程图。
具体实施方式
参照图1和图2，实施固井水泥混浆的自动控制系统包括：微处理器1、人机界面2、下灰阀3、下灰阀编码器3.1、密度计4、流量计5、排量传感器6、7、电磁换向阀8、柱塞泵9、10、PC机11。
其中：微处理器1与PC机或笔记本电脑之间通过其串口以及标准的RS232电缆总线相沟通；微处理器通过DH485总线与人机界面2实现人机通讯。
本发明所述固井水泥混浆的自动控制方法，它包括清水流量计、控制并计量干水泥灰流量的下灰阀和水泥浆密度计，本方法按下列步骤控制水泥浆密度：
1.1采集泥浆密度信号、干灰计量阀阀位信号和水泥浆泵信号以及清水流量信号和水泥浆泵的排量信号12；
1.2由设定密度、设定每袋水泥造浆量、设定每袋水泥需水量及清水密度来计算设定干灰/水的重量比13，14；
1.3由实际密度、设定每袋水泥造浆量、设定每袋水泥需水量及清水密度来计算实际干灰/水的重量比15；
1.4由实际清水流量及以上两值分别计算设定干灰传输速率16及实际干灰传输速率17，由微处理器1的PID功能计算出一个修正后的干灰传输速率18；
1.5由实际水泥浆密度、计算排量、实际清水流量、清水比重及实际干灰计量阀阀位来计算实际干灰传输能力19，用这个值去除步(1.4)计算出的干灰传输速率即可得设定的干灰计量阀阀位20；
1.6由微处理器1比较实际干灰计量阀位和步骤(1.5)计算的设定干灰计量阀阀位，然后输出开关量控制干灰计量阀的电磁阀21并通过该电磁阀启动驱动装置改变下灰阀的阀位，从而精确地控制水泥浆密度。
所述干灰系指尚未混合的干水泥灰。
所述干灰阀位信号是一个模拟信号，它通过四通道模拟输入模块的一个通道反馈到微处理器1，并依据干灰实际密度来修正阀位。四通道模拟输入模块可选用型号：1746-N14，其功能是：采集模拟电流和电压信号。
进一步的技术方案可以是：所述干灰传输能力＝({[(计算排量*实际泥浆密度)+I]-(清水密度*清水流量)}/60)/实际阀位
其中：I＝[(2520*工作时混浆槽内混浆容量)*(实际泥浆密度-1秒前泥浆密度)]/1.0，实际阀位是当前时间n秒前的一个阀位值，具体是：将当前时间前的20个阀位值存到一个连续的数组中(长度为20)，每秒钟存一次，每次取n秒前的实际阀位来参与计算，n＝[(DLAY*10)*工作时混浆槽内混浆容量]/[(计算排量/42)+20]，DLAY＝1～4。
而且，模拟运行模式的实施步骤是：3.1在人机界面上输入以下作业参数：作业编号、每袋水泥造浆量、每袋水泥需水量、每袋水泥重量、清水比重、设定泥浆密度、设定泥浆排量，然后由微处理器存贮三组作业参数，其中：作业编号为每组作业的编号，其数值范围是1～3，每次作业时，通过输入作业编号值(1～3)选择其中的一组数据，3.2输入模拟密度起始值及模拟清水流量值，打开清水模拟器，阀位模拟器和密度模拟器，以模拟清水、密度控制和阀位控制的整个过程，其中：实际清水流量值为模拟清水流量，实际干灰计量阀阀位为1秒钟前的设定干灰计量阀阀位，模拟密度值为由实际清水流量、清水密度、干灰混合物密度、干灰计量阀阀位、干灰传输能力及工作时混浆槽内水泥浆的体积计算出来的模拟密度。
而且，模拟密度＝密度A+((1秒前的密度-密度A)*B，
密度A＝[({C/[(D*E)*(60/F)])*G}+F)/({C/[(D*E)*(60/F)]}+1)，
其中：B＝2.7183((-1*(计算排量/2520))/工作时混浆槽内混浆容量)，C清水流量，D干灰传输能力，E干灰计量阀阀位，F干灰混合物密度，G清水密度。
而且，数据记录22和传送23的步骤是：以先进先出的方式每隔10s记录一次数据，该数据被分成六组，每记录一组新数据时要输入新的作业编号，作业完成后，按各作业编号下载各组数据；实时数据每隔1s(可在人机界面上调整)由微处理器经串口和RS232电缆向PC机传送一次数据。以便作业后对作业数据进行综合分析并采取有针对性的措施。

Claims (5)

1.一种固井水泥混浆的自动控制方法，包括清水流量计、控制并计量干水泥灰流量的下灰阀和水泥浆密度计，其特征是：按下列步骤控制水泥浆密度：
1.1采集泥浆密度信号、干灰计量阀阀位信号和水泥浆泵信号以及清水流量信号和水泥浆泵的排量信号；
1.2由设定密度、设定每袋水泥造浆量、设定每袋水泥需水量及清水密度来计算设定干灰/水的重量比；
1.3由实际密度、设定每袋水泥造浆量、设定每袋水泥需水量及清水密度来计算实际干灰/水的重量比；
1.4由实际清水流量及以上两值分别计算设定干灰传输速率及实际干灰传输速率，由微处理器的PID功能计算出一个修正后的干灰传输速率；
1.5由实际水泥浆密度、计算排量、实际清水流量、清水密度及实际干灰计量阀阀位来计算实际干灰传输能力，用这个值去除步骤(1.4)计算出的干灰传输速率即可得设定的干灰计量阀阀位；
1.6由微处理器比较实际干灰计量阀位和步骤(1.5)计算的设定干灰计量阀阀位，然后输出开关量控制干灰计量阀的电磁阀并通过该电磁阀启动驱动装置改变下灰阀的阀位，从而控制水泥浆密度。
2.根据权利要求1所述的固井水泥混浆的自动控制方法，其特征是：干灰传输能力＝({[(计算排量*实际泥浆密度)+I]-(清水密度*清水流量)}/60)/实际干灰计量阀阀位，其中：I＝[(2520*工作时混浆槽内混浆容量)*(实际泥浆密度-1秒前泥浆密度)]/1.0，实际阀位是当前时间n秒前的一个阀位值，具体是：将当前时间前的20个阀位值存到一个连续的数组中，该数组长度为20，每秒钟存一次，每次取n秒前的实际阀位来参与计算，n＝[(DLAY*10)*工作时混浆槽内混浆容量]/[(计算排量/42)+20]，DLAY＝1～4。
3.根据权利要求1所述的固井水泥混浆的自动控制方法，其特征是：
还包括有模拟运行模式，该模拟运行模式的实施步骤是：3.1在人机界面上输入以下作业参数：作业编号、每袋水泥造浆量、每袋水泥需水量、每袋水泥重量、清水比重、设定泥浆密度、设定泥浆排量，然后由微处理器存贮三组作业参数，其中：作业编号为每组作业的编号，其数值范围是1～3，每次作业时，通过输入作业编号值1～3并选择其中的一组数据，3.2输入模拟密度起始值及模拟清水流量值，打开清水模拟器，阀位模拟器和密度模拟器，以模拟清水、密度控制和阀位控制的整个过程，其中：实际清水流量值为模拟清水流量，实际干灰计量阀阀位为1秒钟前的设定干灰计量阀阀位，模拟密度值为由实际清水流量、清水密度、干灰混合物密度、干灰计量阀阀位、干灰传输能力及工作时混浆槽内水泥浆的体积计算出来的模拟密度。
4.根据权利要求3所述的固井水泥混浆的自动控制方法，其特征是：
模拟密度＝密度A+((1秒前的密度-密度A)*B
密度A＝[({C/[(D*E)*(60/F)])*G}+F)/({C/[(D*E)*(60/F)]}+1)，
其中：B＝2.7183((-1*(计算排量/2520))/工作时混浆槽内混浆容量)，C清水流量，
D干灰传输能力，E干灰计量阀阀位，F干灰混合物密度，G清水密度。
5.根据权利要求1～4中任一个所述的固井水泥混浆的自动控制方法，其特征是：数据记录和传送的步骤是：以先进先出的方式每隔10s记录一次数据，该数据被分成六组，每记录一组新数据时要输入新的作业编号，作业完成后，按各作业编号下载各组数据；实时数据每隔1s由微处理器经串口和RS232电缆向PC机传送一次数据
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