CN106089175A - 一种排量自适应混砂装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种排量自适应混砂装置及控制方法，包括：橇架、安装在橇架上的高能混排器、螺旋输砂器和PLC控制器，所述高能混排器的进液管路连接供液离心泵，排液管路安装有压力传感器，安装在高能混排器进砂口上方的砂斗与螺旋输砂器的出砂口相连，PLC控制器分别控制高能混排器的流量和密度、螺旋输砂器的转速以及管路中的压力。本发明所提供的排量自适应混砂装置的排出流量能够根据排出管路中的工作压力及时进行自动调整，始终保持管路中的设定压力，避免因下游压裂泵送设备排量需求改变而导致管路中压力降低，出现管路沉砂问题。
Description
技术领域
本发明涉及到石油压裂设备中的混砂装置。
本发明还涉及到上述混砂装置的控制方法。
背景技术
压裂是油气田勘探、开发过程中的一项重要技术，其原理是利用液体压力使油气储层形成裂缝，然后向该裂缝内注入携砂液，从而提高油气流动性而增加采收率。其具体操作是采用大排量的高压柱塞泵，将具有一定粘度的压裂液，以大于储层吸收能力的排量向储层注入，使井筒内压力逐渐升高，当此压力大于地层应力时，便在井底附近地层产生裂缝，继续注入压裂液，裂缝向前延伸并填满压裂液，停止注入后，压裂液中的支撑剂一般为石英砂或陶粒保留在裂缝内，从而在井底附近地层内形成具有高导流能力的填砂裂缝，提高油气流动性而达到增产目的。其中，压裂液是由压裂基液、交联剂和支撑剂通过混砂装置混配而成。
目前，传统的混砂装置是通过向混合罐内连续加入基液、交联剂和支撑剂，再通过搅拌混合后由一个排出离心泵供给下游的高压泵送设备，其控制方法是根据需要的流量设定排出离心泵工作转速，并通过一个流量计对排出流量进行计量。这种方式存在的问题是，在作业过程中，当下游的高压泵送设备需要的排量增大时，混砂装置无法及时增大排出流量，造成供液不足，导致供液压力下降，管路中出现沉砂问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种排量自适应混砂装置及控制方法，使混砂装置的排出流量根据压裂泵送设备的需要自动进行及时调整，确保排出管路中的工作压力始终符合要求。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种排量自适应混砂装置及控制方法，包括：橇架1、安装在橇架1上的高能混排器2、螺旋输砂器3和PLC控制器8，所述高能混排器的进液管路12连接供液离心泵5，排液管路13安装有压力传感器6，安装在高能混排器2进砂口上方的砂斗205与螺旋输砂器3的出砂口301相连，PLC控制器8分别控制高能混排器2的流量和密度、螺旋输砂器3的转速以及管路中的压力。
高能混排器2的排液管路13安装有排液流量计7，排液流量计7监测的排出流量和系统累计液量，显示PLC控制器8工作界面上。
螺旋输砂器3安装有转速传感器303，转速传感器将螺旋输砂器的工作转速信号反馈给PLC控制器8，并显示在PLC控制器8的工作界面上。
高能混排器2的排液管路13安装有非放射性密度计10，用于计量当前排液管路13中混合液的实时密度，并显示在PLC控制器8的工作界面上。
高能混排器2为密闭式混合罐201，混合罐201内有涡轮式搅拌叶片，搅拌叶片通过搅拌马达204驱动，搅拌马达204为电控变量马达，由外接液压源驱动，PLC控制器8控制搅拌马达204的工作转速。
混砂装置的供液管路12中安装有供液流量计4，用于对供液离心泵5的供液流量Q1进行计量。
还包括与排液管路13连接的液体添加装置10和干粉添加装置9。
本发明提供的排量自适应混砂装置使用方法为：
在进行压裂作业前，将供液离心泵5的入口与上游的储液设备连接，高能混排器2的排液管与下游的压裂泵送设备连接，在PLC控制器8设置管路工作压力P和混合液浓度，启动供液离心泵5、螺旋输砂器3和高能混排器2开始工作，混砂装置根据下游压裂泵送设备自动开始供液，工作时压力传感器6将实测排出管路压力P1反馈给PLC控制器，PLC控制器自动判断，当P1＜P时，PLC控制器8自动输出信号提高高能混排器2的工作转速增加排量，直到排出管路压力P1高于设定压力P，当P1＞1.2P时，PLC控制器8自动输出信号降低高能混排器2工作转速减小排量，直到排出管路压力P1≤1.2P，当P≤P1≤1.2P时，高能混排器2保持当前工作转速，并通过该工作压力继续执行反馈控制，使管路中的压力始终保持在设定要求范围内。
本发明的有益效果是：所提供的排量自适应混砂装置的排出流量能够根据排出管路中的工作压力及时进行自动调整，始终保持管路中的设定压力，避免因下游压裂泵送设备排量需求改变而导致管路中压力降低，出现管路沉砂问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为高能混排器结构示意图；
图3为本发明控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图1-3，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。
本发明实施例所提供的一种排量自适应混砂装置及控制方法，包括：橇架1，安装在橇架上的高能混排器2、螺旋输砂器3和PLC控制器8，所述高能混排器的进液管路12连接有供液离心泵5，排液管路13安装有压力传感器6，安装在高能混排器2进砂口上方的砂斗205与螺旋输砂器3的出砂口301相连。
高能混排器2的排液管路安装有排液流量计7，工作时，该排液流量计7将高能混排器2的排出流量信号反馈给PLC控制器8，PLC控制器8根据该流量信号计算当前排出流量和系统累计液量，并显示在系统工作界面上。
螺旋输砂器3安装有转速传感器303，工作时，该转速传感器将螺旋输砂器的工作转速信号反馈给PLC控制器8，PLC控制器根据该转速信号和系统内设置的输砂因子计算出当前输砂量，并显示在PLC控制器的工作界面上。
高能混排器2的排液管路13还安装有一套非放射性密度计10，该密度计的可计量当前排液管路13中混合液的实时密度，并显示在PLC控制器的工作界面上。
高能混排器2为密闭式混合罐，混合罐201内有涡轮式搅拌叶片，搅拌叶片旋转时，不仅可将罐内的混合液搅拌均匀，还能够将混合液排出，并在排液管路中建立一定的工作压力。搅拌叶片通过搅拌马达204驱动，该搅拌马达为电控变量马达，由外接液压源驱动，PLC控制器8输出信号能够控制该搅拌马达的工作转速。当搅拌叶片工作转速升高时，高能混排器的排出流量增大；当搅拌叶片工作转速降低时，高能混排器的排出流量减小。
工作时，在PLC控制器8设置高能混排器排出管路13最小工作压力P，工作时压力传感器6将实测排出管路压力P1反馈给PLC控制器，PLC控制器自动判断，当P1＜P时，PLC控制器8自动输出信号提高高能混排器2的工作转速增加排量，直到排出管路压力P1高于设定压力P，当P1＞1.2P时，PLC控制器8自动输出信号降低高能混排器2工作转速减小排量，直到排出管路压力P1≤1.2P，当P≤P1≤1.2P时，高能混排器2保持当前工作转速，并通过该工作压力继续执行反馈控制，使管路中的压力始终保持在设定要求范围内。
混砂装置的供液管路12中安装有一套供液流量计4，用于对供液离心泵5的供液流量Q1进行计量。混砂装置工作时，PLC控制器8根据排出流量信号和螺旋输砂器3工作转速信号计算得出供液管路流量Q，并将流量计实测的供液流量Q1与计算流量Q进行对比，调节供液离心泵5的工作转速，使供液管路中的实测流量Q1与计算流量Q达到一致，高能混排器2的进液速度与排液速度达到平衡，从而保持混合罐201液面始终平稳。
当高能混排器2工作转速提高或降低时，PLC控制器8会自动增大或减小供液离心泵5转速，使高能混排器2进液和排液速度始终保持平衡。
PLC控制器8可设置排出混合液砂浓度，PLC控制器8根据当前排出管路流量自动计算螺旋输砂器3的供砂速度，并自动调节螺旋输砂器3工作转速。当高能混排器2工作转速提高或降低时，PLC控制器8会自动提高或降低螺旋输砂器3工作转速，使排出混合液砂浓度始终达到设定要求。
压力传感器6始终将排出管路工作压力P1反馈给PLC控制器8，PLC控制器8根据该压力执行反馈控制，如果排出管路工作压力P1不在设定要求范围P～1.2P内，PLC控制器8及时通过调节高能混排器2工作转速来调整排出流量，确保排出管路工作压力P1始终在设定要求范围内。
混砂装置还包括液体添加装置10和干粉添加装置9，可用于压裂施工作业时向混合液中添加相关的添加剂。
Claims (8)
1.一种排量自适应混砂装置，包括：橇架（1）、安装在橇架（1）上的高能混排器（2）、螺旋输砂器（3）和PLC控制器（8），其特征在于：所述高能混排器的进液管路（12）连接供液离心泵（5），排液管路（13）安装有压力传感器（6），安装在高能混排器（2）进砂口上方的砂斗（205）与螺旋输砂器（3）的出砂口（301）相连，PLC控制器（8）分别控制高能混排器（2）的流量和密度、螺旋输砂器（3）的转速以及管路中的压力。
2.根据权利要求1所述的一种排量自适应混砂装置，其特征在于：高能混排器（2）的排液管路（13）安装有排液流量计（7），排液流量计（7）监测的排出流量和系统累计液量，显示PLC控制器（8）工作界面上。
3.根据权利要求1所述的一种排量自适应混砂装置，其特征在于：螺旋输砂器（3）安装有转速传感器（303），转速传感器将螺旋输砂器的工作转速信号反馈给PLC控制器（8），并显示在PLC控制器（8）的工作界面上。
4.根据权利要求1所述的一种排量自适应混砂装置，其特征在于：高能混排器（2）的排液管路（13）安装有非放射性密度计（10），用于计量当前排液管路（13）中混合液的实时密度，并显示在PLC控制器（8）的工作界面上。
5.根据权利要求1所述的一种排量自适应混砂装置，其特征在于：高能混排器（2）为密闭式混合罐（201），混合罐（201）内有涡轮式搅拌叶片，搅拌叶片通过搅拌马达（204）驱动，搅拌马达（204）为电控变量马达，由外接液压源驱动，PLC控制器（8）控制搅拌马达（204）的工作转速。
6.根据权利要求1所述的一种排量自适应混砂装置，其特征在于：混砂装置的供液管路（12）中安装有供液流量计（4），用于对供液离心泵（5）的供液流量Q1进行计量。
7.根据权利要求1所述的一种排量自适应混砂装置，其特征在于：还包括与排液管路（13）连接的液体添加装置（10）和干粉添加装置（9）。
8.一种排量自适应混砂装置的控制方法，其特征在于：
在进行压裂作业前，将供液离心泵（5）的入口与上游的储液设备连接，高能混排器（2）的排液管与下游的压裂泵送设备连接，在PLC控制器（8）设置管路工作压力P和混合液浓度，启动供液离心泵（5）、螺旋输砂器（3）和高能混排器（2）开始工作，混砂装置根据下游压裂泵送设备自动开始供液，工作时压力传感器（6）将实测排出管路压力P1反馈给PLC控制器，PLC控制器自动判断，当P1＜P时，PLC控制器（8）自动输出信号提高高能混排器（2）的工作转速增加排量，直到排出管路压力P1高于设定压力P，当P1＞1.2P时，PLC控制器（8）自动输出信号降低高能混排器（2）工作转速减小排量，直到排出管路压力P1≤1.2P，当P≤P1≤1.2P时，高能混排器（2）保持当前工作转速，并通过该工作压力继续执行反馈控制，使管路中的压力始终保持在设定要求范围内。
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