CN115680590A - 全自动配置与供应钻磨液装置和系统以及钻磨液供应方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全自动配置与供应钻磨液装置和系统以及钻磨液供应方法，所述装置包括主泵、添加剂泵、常开阀、压力传感器、第一流量计、第二流量计、主流通管路和旁通管路、第一吸入管路、第二吸入管路、排出管路，其中，主泵吸入口和排出空分别与第一吸入管路和主流通管路连接；旁通管路将第一吸入管路和主流通管路连接；添加剂泵吸入口与第二吸入管路连接、排出口通过排出管路与第一吸入管路连接；第一流量计和压力传感器设置在主流通管路上；第二流量计设置在排出管路上；控制模块分别与主泵、添加剂泵、常开阀、压力传感器、第一流量计和第二流量计相连。本发明具有能够自动启停、自动调节添加剂配比、实现钻磨液的全自动配置与供应等优点。

Description

全自动配置与供应钻磨液装置和系统以及钻磨液供应方法

技术领域

本发明涉及油气田井下作业技术领域，具体地，涉及一种全自动配置与供应钻磨液装置和系统以及钻磨液供应方法。

背景技术

水平井桥塞分段压裂技术是一种最大限度暴露产层、提高油气资源开采效率的储层改造技术，近年来已广泛应用到常规、非常规油气井的储层改造中。采用桥塞分段压裂技术后要实现油气井的正常生产，通常还需经过钻磨桥塞这道重要工序，连续油管因其自身特性适合应用于此项工序，因此现国内外钻磨桥塞主要采用连续油管来进行，在连续油管钻磨桥塞的施工中所使用的工作液称为连续油管钻磨液。

连续油管钻磨桥塞工艺是利用地面压裂泵注设备将钻磨液高压泵注进入连续油管，为井底的连续油管钻磨工具串提供动力，并将钻磨桥塞所产生的碎屑运移出井筒，因此对于钻磨液的性能有较高要求，配置钻磨液时需对添加剂的配比进行精确控制；连续油管在钻磨桥塞过程中，对于钻磨液各项性能指标其着重点又是实时变化的，如某一阶段希望钻磨液在连续油管内的摩阻尽量小，进入另一阶段又希望运移碎屑的能力强，工况不同添加剂的配比也需相应变化；在钻磨桥塞过程中，如出现井底的磨鞋遇卡失速等情况必须立即停止泵注钻磨液以防止井下钻磨工具串受损，而在正常施工中为防止碎屑淤积造成卡钻又要求钻磨液的泵注过程尽量连续，因此连续油管钻磨桥塞过程中地面压裂泵注设备频繁启、停泵的情形也时有发生；随着钻井技术的不断进步，油气井水平段的长度不断增加，井下桥塞的数量也从几个增加至几十甚至更多，因此现连续油管钻磨桥塞的施工时间普遍较长且钻磨液的用量也较大。

由于以上原因，原传统批混配置钻磨液的方式，即施工前将钻磨液配置好后存储于大型储罐的方式早已不符合现今对于环境保护和成本控制的要求，因为在连续油管钻磨桥塞施工前就完全确定钻磨液的用量以及性能要求是不现实的。

公开号为：CN106437575A，名称为：一种高压精细过滤管汇及其过滤方法公开了主要适用于油气井钻磨循环作业地面流程中，管汇主要由两个高压过滤短节、七个手动平板闸阀、两个管路五通、四个管路三通以及管汇管路组成，该过滤管汇为一进一出结构，两侧均采用手动平板阀和高压过滤短节控制，中间直排。这种高压精细过滤管汇，通过两只高压过滤短节的过滤作用，确保了短节更换方便，实现了不中断、连续进行钻磨液循环过滤处理与控制，极大地提高了钻磨液中机械杂质的过滤量、过滤效率和过滤质量，达到了钻磨液循环精细过滤与利用的目的，避免了因钻磨液中大尺寸机械杂质对下游节流管汇的冲蚀损坏，连续循环过滤效果良好，实用性强，适合应用于油气井钻磨循环作业地面流程中。但，其中并没有涉及到钻磨也的自动配置。近年来出现了一些装置可实现钻磨液的即配即注，即在压裂设备泵注钻磨液的同时，利用装置将钻磨液的基液与添加剂按设定好的比例混合后直接供应给压裂设备，此项技术虽然解决了批混钻磨液与施工前钻磨液用量及性能不确定之间的矛盾，但此项技术中钻磨液的配置、供应环节与高压泵注环节是分离状态，不能较好应对连续油管钻磨桥塞时地面压裂设备出现的频繁启、停泵工况，并且由于添加剂的混配比还需根据工况实时调节变化，因此此项技术尚不能实现长时间无人值守状态运行；现另一种技术是在一套装置中集成钻磨液的配置、供应与高压泵注功能，此项技术虽然解决了出现频繁启、停泵工况时钻磨液配置、供应与泵注环节之间的联动问题，但同样未实现装置本身根据施工工况自主调节添加剂混配比的功能，并且此项技术需全新制备集钻磨液配置、供应与高压泵注功能于一体的设备，因此反而增加了施工成本。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种自动启停、添加剂配比的自动调节、供液管路流程的自动转换、钻磨液供应排量及压力的自动调节的全自动配置与供应钻磨液的装置和系统。又如，本发明的另一目的在于提供一种自动启停、添加剂配比的自动调节、供液管路流程的自动转换、钻磨液供应排量及压力的自动调节的全自动配置与供应钻磨液的方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种全自动配置与供应钻磨液的装置，所述装置包括主泵、添加剂泵、常开阀、压力传感器、第一流量计、第二流量计、主流通管路和旁通管路、第一吸入管路、第二吸入管路、排出管路，其中，所述主泵的吸入口与所述第一吸入管路连接，排出口与主流通管路连接；所述旁通管路一端与所述第一吸入管路连接，另一端与所述主流通管路连接，所述常开阀设置在所述旁通管路上；所述添加剂泵的吸入口与所述第二吸入管路连接，排出口通过排出管路与所述第一吸入管路连接；所述第一流量计和压力传感器设置在所述主流通管路上；所述第二流量计设置在所述排出管路上；所述控制模块包括连续油管施工参数接收单元和控制单元，连续油管施工参数接收单元能够获取连续油管施工信息，控制单元能够接收压力传感器、第一流量计和第二流量计所测量的信息以及连续油管施工参数接收单元所获取的连续油管施工信息，并能够对接收的信息进行分析判断以对主泵、添加剂泵、常开阀进行控制。在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述装置还可包括动力单元，所述动力单元分别与主泵、添加剂泵和常开阀连接为主泵、添加剂泵和常开阀提供动力。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述装置还可包括溢流管路和溢流阀，所述溢流管路一端与所述第一吸入管路连接，另一端与主流通管路连接，所述溢流阀设置在所述溢流管路上。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述主泵可为离心泵，所述添加剂泵可为齿轮泵。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述装置还可包括单向阀，所述单向阀设置在所述排出管路上。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述装置还可包括撬装底座，所述撬装底座能够将主泵、添加剂泵和控制模块固定成一个整体，便于移动。

本发明另一方面提供管了一种全自动配置与供应钻磨液的系统，所述系统包括主泵、添加剂泵、常开阀、压力传感器、第一流量计、第二流量计、主流通管路、旁通管路、第一吸入管路、第二吸入管路、排出管路、基液罐、添加剂罐、压裂泵注设备和连续油管，其中，所述主泵的吸入口通过第一吸入管路与所述基液罐连接，主泵的排出口通过主流通管路与所述压裂泵注设备连接；所述旁通管路一端与所述第一吸入管路连接，另一端与所述主流通管路连接，所述常开阀设置在所述旁通管路上；所述添加剂泵的吸入口通过所述第二吸入管路与所述添加剂罐连接，添加剂泵的排出口通过所述排出管路与所述第一吸入管路连接；所述第一流量计和压力传感器设置在所述主流通管路上；所述第二流量计设置在所述排出管路上；所述压裂泵注设备通过管路与所述连续油管连接；所述控制模块包括连续油管施工参数接收单元和控制单元，连续油管施工参数接收单元能够获取连续油管施工信息，控制单元能够接收压力传感器、第一流量计和第二流量计所测量的信息以及连续油管施工参数接收单元所获取的连续油管施工信息，并能够对接收的信息进行分析判断以对主泵、添加剂泵、常开阀进行控制。在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述系统还可包括动力单元，所述动力单元分别与主泵、添加剂泵和常开阀连接为主泵、添加剂泵和常开阀提供动力。

在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述系统还可包括溢流管路和溢流阀，所述溢流管路一端与所述第一吸入管路连接，另一端与主流通管路连接，所述溢流阀设置在所述溢流管路上。

在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述主泵可为离心泵，所述添加剂泵可为齿轮泵。

在本发明另一方面的一个示例性实施例中，所述系统还可包括单向阀，所述单向阀设置在所述排出管路上。

本发明又一方面提供了一种全自动配置与供应钻磨液的方法，所述方法可通过如上任意一项所述的全自动配置与供应钻磨液的系统来实现，且所述方法包括步骤：

启动压裂泵注设备，基液经第一吸入管路、旁通管路、主流通管路后进入压裂泵注设备，第一流量计监测到基液流量后将流量信号发送给控制模块，控制模块控制启动主泵并关闭常开阀，基液经第一吸入管路、主泵、主流通管路后进入压裂泵注设备；控制模块通过连续油管施工参数接收单元获取连续油管施工状态信息，确定初始添加剂的混合比例并启动添加剂泵进行钻磨液配置；

压裂泵注设备提高排量进入正常泵注钻磨液的工作状态，控制模块通过压力传感器实时监测主流通管路的压力变化情况，并根据压力情况调节主泵转速，实现对压裂泵注设备恒压变排量的钻磨液供应，使钻磨液供应排量与压裂设备泵注排量的相匹配；同时，控制模块还通过连续油管施工参数接收单元获得连续油管实时施工信息，确定添加剂的期望混配比，通过对第一流量计与第二流量计监测到的排量数据对比计算，获得添加剂的实际混配比，控制模块控制添加剂泵转速，实现添加剂配比的自动调节；

当压裂泵注设备停泵时，控制模块通过压力传感器监测到主流通管路的压力上升，控制驱动主泵的电控发动机转速降低至怠速，常开阀断电使旁通管路打开，此时基液在主泵和旁通管路中循环，主泵进入空载运转模式，第一流量计监测到的输出排量为零，控制模块控制添加剂泵停泵，停止添加添加剂；

当主泵进入空载运转模式后，在设定时间内又监测到第一流量计出现流量信号，说明此时压裂泵注设备已重新启泵，控制模块的控制单元返回到前述的关闭常开阀使旁通管路关闭这步后继续运行；当主泵进入空载运转模式的时间超过设定时间，控制模块判定压裂泵注设备可能需要较长时间停泵，则关闭主泵进入待机状态，一个工作循环结束。

在本发明又一方面的一个示例性实施例中，所述设定时间可为5～10min。

在本发明又一方面的一个示例性实施例中，所述方法还可包括将两个以上所述全自动配置与供应钻磨液的系统组合实用以实现多种添加剂不同比例同时配置与供应、或大排量单一添加剂的配置与供应、或大排量多种添加剂的配置与供应。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明提供了一种具有自动启停功能、添加剂配比的自动调节、供液管路流程的自动转换、钻磨液供应排量及压力的自动调节的全自动配置与供应钻磨液的装置和系统；

(2)此装本发明的装置和系统在钻磨液主流通管路设置流量计和压力传感器，用于监测供应给压裂泵注设备的液体流量和压力，通过液体流量状态获取压裂设备启、停泵的状态信息，通过对泵注压力信息监测实现恒压变排量的供液方式；

(3)本发明的装置和系统通过与连续油管设备实时通讯的方式获取连续油管施工信息，按程序设定好的逻辑实现装置的自动启停、添加剂配比的自动调节、供液管路流程的自动转换、钻磨液供应排量及压力的自动调节，从而实现钻磨液的全自动配置与供应；

(4)本发明的装置和系统排出管路上设置有单向阀，通过设置单向阀防止基液进入添加剂泵系统造成添加剂的污染；

(5)本发明的装置和系统还设置有溢流管路和溢流阀，通过设置溢流管路，利用溢流阀对溢流压力进行调节，可以防止向压裂泵注设备供应钻磨液的过程中出现瞬间压力过高的情形，保证装置和系统的安全。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明的一个示例性实施例的全自动配置与供应钻磨液的装置的结构示意图；

图2示出了本发明的一个示例性实施例的全自动配置与供应钻磨液的系统的结构示意图；

图3示出了图1撬装后的结构示意图；

图4示出了将多个全自动配置与供应钻磨液的装置协同布置实现在不同比例多种添加剂配比下配置与供应钻磨液的装置的结构示意图；

图5示出了将多个全自动配置与供应钻磨液的装置协同布置实现在单一添加剂大排量配比下配置与供应钻磨液的装置的结构示意图；

图6示出了将多个全自动配置与供应钻磨液的装置协同布置实现在大排量多种添加剂配比下配置与供应钻磨液的装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-主泵、2-添加剂泵、3-常开阀、4-压力传感器、5-第一流量计、6-第二流量计、7-主流通管路、8-旁通管路、9-第一吸入管路、10-第二吸入管路、11、排出管路、12-控制模块、13-溢流管路、14-溢流阀、15-单向阀、16-基液罐、17-添加剂罐、18-压裂泵注设备、19-连续油管、20-动力单元、21-撬装底座、121-连续油管施工参数接收单元、122-控制单元、201-电控发动机、202-调速电动机、203-电瓶组、204-发电机。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的全自动配置与供应钻磨液装置和系统以及钻磨液供应方法。需要说明的是，“第一”、“第二”、等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“上”、“下”、“内”、“外”仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。

图1示出了本发明的一个示例性实施例的全自动配置与供应钻磨液的装置的结构示意图；图2示出了本发明的一个示例性实施例的全自动配置与供应钻磨液的系统的结构示意图；图3示出了图1撬装后的结构示意图。

在本发明的第一示例性实施例中，如图1所示，全自动配置与供应钻磨液的装置主要包括主泵1、添加剂泵2、常开阀3、压力传感器4、第一流量计5、第二流量计6、主流通管路7、旁通管路8、第一吸入管路9、第二吸入管路10、排出管路11和控制模块12。

其中，如图1所示，所述主泵1的吸入口与所述第一吸入管路9右端连接，主泵1的排出口与主流通管路7左端连接。第一吸入管路9的左端直接或间接与基液罐连接，主流通管路的右端直接或间接与压裂泵注设备连接，从而主泵1将基液罐中的基液泵送到压裂泵注设备中。

在本实施例中，如图1所示，所述旁通管路8的一端与所述第一吸入管路9连接，旁通管路8的另一端与所述主流通管路7连接，所述常开阀3设置在所述旁通管路8上，从而控制旁通管路的通断。这里，常开阀可以为电磁阀。通过设置旁通管路8，可以使基液不经过主泵1而直接进入压裂泵注设备中。

在本实施例中，如图1所示，所述添加剂泵2的吸入口与所述第二吸入管路10右端连接，添加剂泵2的排出口通过排出管路11与所述第一吸入管路9连接，从而将添加剂与基液汇合后进入主泵1中，经主泵1混合后形成钻磨液泵送到压裂泵注设备中。在排出管路11上还设置有第二流量计6来监测添加剂的流量。

在本实施例中，如图1所示，所述第一流量计5和压力传感器4设置在所述主流通管路7上，以监控主流通管路7的压力和进入压裂泵注设备中钻磨液的流量。

在本实施例中，如图1和图3所示，所述控制模块12包括连续油管施工参数接收单元121和控制单元122，连续油管施工参数接收单元121能够获取连续油管施工信息，控制单元122能够接收压力传感器4、第一流量计5和第二流量计6所测量的信息以及连续油管施工参数接收单元121所获取的连续油管施工信息，并能够对接收的信息进行分析判断以对主泵1、添加剂泵2、常开阀3进行控制，实现钻磨液的自动配置与供应。这里，控制单元122可以为内置控制程序的计算机。

在本实施例中，如图3所示，所述装置还可包括动力单元，所述动力单元分别与主泵、添加剂泵和常开阀连接为主泵、添加剂泵和常开阀提供动力。例如，如图3所示，动力单元可以为电控发动机201、调速电动机202、电瓶组203、发电机204组成。

在本实施例中，如图1所示，所述装置还可包括溢流管路13和溢流阀14，所述溢流管路13一端与所述第一吸入管路9连接，另一端与主流通管路7连接，所述溢流阀14设置在所述溢流管路13上。这里，通过设置溢流管路13可以防止向压裂泵注设备供应钻磨液的过程中出现瞬间压力过高的情形，溢流压力通过溢流阀进行调节，保证装置的安全。

在实施例中，所述主泵可为离心泵，所述添加剂泵可为齿轮泵。

在本示例性实施例中，如图1所示，所述装置还可包括单向阀15，所述单向阀15设置在所述排出管路11上。这里，通过设置单向阀15可以防止基液进入添加剂泵系统造成添加剂的污染。

在实施例中，如图3所示，所述装置还可包括撬装底座21，所述撬装底座21能够将主泵1、添加剂泵2和控制模块12等固定成一个整体，便于运输和移动。

在本发明的第二示例性实施例中，如图2所示，全自动配置与供应钻磨液的系统，所述系统包括主泵1、添加剂泵2、常开阀3、压力传感器4、第一流量计5、第二流量计6、主流通管路7、旁通管路8、第一吸入管路9、第二吸入管路10、排出管路11、控制模块12、基液罐16、添加剂罐17、压裂泵注设备18和连续油管19。

其中，如图2所示，所述主泵1的吸入口与所述第一吸入管路9右端连接，主泵1的排出口与主流通管路7左端连接。第一吸入管路9的左端直接与基液罐16连接，主流通管路的右端直接与压裂泵注设备18连接，从而主泵1将基液罐16中的基液泵送到压裂泵注设备18中。

在本实施例中，如图2所示，所述旁通管路8的一端与所述第一吸入管路9连接，旁通管路8的另一端与所述主流通管路7连接，所述常开阀3设置在所述旁通管路8上，从而控制旁通管路的通断。这里，常开阀可以为电磁阀。通过设置旁通管路8，可以使基液不经过主泵1而直接进入压裂泵注设备中。

在本实施例中，如图2所示，所述添加剂泵2的吸入口与所述第二吸入管路10右端连接，第二吸入管路10的左端直接与添加剂罐17相连，添加剂泵2的排出口通过排出管路11与所述第一吸入管路9连接，从而将添加剂与基液汇合后进入主泵1中，经主泵1混合后形成钻磨液泵送到压裂泵注设备中。在排出管路11上还设置有第二流量计6来监测添加剂的流量。

在本实施例中，如图2所示，所述第一流量计5和压力传感器4设置在所述主流通管路7上，以监控主流通管路7的压力和进入压裂泵注设备中钻磨液的流量。所述压裂泵注设备18通过管路与所述连续油管连接19相连从而将配置好的钻磨液泵注到连续油管中进行施工作业。

在本实施例中，如图2所示，所述控制模块12包括连续油管施工参数接收单元和控制单元，连续油管施工参数接收单元能够获取连续油管施工信息，控制单元能够接收压力传感器4、第一流量计5和第二流量计6所测量的信息以及连续油管施工参数接收单元所获取的连续油管施工信息，并能够对接收的信息进行分析判断以对主泵1、添加剂泵2、常开阀3进行控制，实现钻磨液的自动配置与供应。这里，控制单元可以为内置控制程序的计算机。

在本实施例中，所述系统还可包括动力单元，所述动力单元分别与主泵、添加剂泵和常开阀连接为主泵、添加剂泵和常开阀提供动力。例如，如图3所示，动力单元可以为电控发动机、调速电动机、电瓶组、发电机组成。

在本实施例中，如图2所示，所述系统还可包括溢流管路13和溢流阀14，所述溢流管路13一端与所述第一吸入管路9连接，另一端与主流通管路7连接，所述溢流阀14设置在所述溢流管路13上。这里，通过设置溢流管路13可以防止向压裂泵注设备供应钻磨液的过程中出现瞬间压力过高的情形，溢流压力通过溢流阀进行调节，保证了系统的安全。

在本实施例中，所述主泵可为离心泵，所述添加剂泵可为齿轮泵。

在本实施例中，如图2所示，所述系统还可包括单向阀15，所述单向阀15设置在所述排出管路11上。这里，通过设置单向阀15可以防止基液进入添加剂泵系统造成添加剂的污染。

在本发明的第三示例性实施例中，全自动配置与供应钻磨液的方法可通过上述二示例性实施例所述的全自动配置与供应钻磨液的系统来实现，且所述方法包括步骤：

第一步：启动压裂泵注设备，基液经第一吸入管路、旁通管路、主流通管路后进入压裂泵注设备，第一流量计监测到基液流量后将流量信号发送给控制模块，控制模块的控制单元控制启动主泵并关闭常开阀，基液经第一吸入管路、主泵、主流通管路后进入压裂泵注设备；控制模块的控制单元通过连续油管施工参数接收单元获取连续油管施工状态信息，确定初始添加剂的混合比例并启动添加剂泵进行钻磨液配置。具体来讲，施工前，打开系统的电源，压裂泵注设备在开始泵注前，系统由动力单元的电瓶组供电，由于此时装置只有第一流量计与控制模块通电，因此可实现较长时间待机。压裂泵注设备启泵后，基液经旁通管路、主流通管路经过第一流量计流向压裂泵注设备，第一流量计监测到主流通管路出现流量，将信号传递到控制模块的控制单元，控制单元向动力单元的电控发动机发出启动指令，电控发动机启动并驱动主泵，控制单元同时向常开阀通电使旁通管路关闭，开始由主泵向压裂泵注设备供液。供液过程中控制模块通过连续油管施工参数接收单元与连续油管设备进行通讯，获取连续油管施工状态信息，确定初始添加剂的混合比例，控制电模块向动力单元的调速电动机发出启动指令并控制其初始转数，开始钻磨液的配置；由于此时电控发动机已启动，装置的所有用电由动力单元的发电机提供，电瓶组转入充电模式。

第二步：压裂泵注设备提高排量进入正常泵注钻磨液的工作状态，控制模块的控制单元通过压力传感器实时监测主流通管路的压力变化情况，并根据压力情况调节主泵转速，实现对压裂泵注设备恒压变排量的钻磨液供应，使钻磨液供应排量与压裂设备泵注排量的相匹配；同时，控制单元还通过连续油管施工参数接收单元获得连续油管实时施工信息，确定添加剂的期望混配比，通过对第一流量计与第二流量计监测到的排量数据对比计算，获得添加剂的实际混配比，控制模块控制添加剂泵转速，实现添加剂配比的自动调节。具体来讲，压裂泵注设备提高排量进入正常泵注钻磨液的工作状态，控制模块的控制单元通过压力传感器实时监测主流通管路的压力变化情况，并根据压力情况调节动力单元电控发动机的转速，实现对压裂泵注设备恒压变排量的钻磨液供应，从而实现钻磨液供应排量与压裂设备泵注排量的自动匹配。同时，控制单元通过连续油管施工参数接收单元获得连续油管实时施工信息，确定添加剂的期望混配比，通过对第一流量计与第二流量计监测到的排量数据对比计算，获得添加剂的实际混配比，控制模块对驱动添加剂泵的调速电动机发出转数调节指令，实现添加剂配比的自动调节。

第三步：当压裂泵注设备停泵时，控制模块通过压力传感器监测到主流通管路的压力上升，控制驱动主泵的电控发动机转速降低至怠速，常开阀(例如，常开电磁阀)断电使旁通管路打开，此时基液在主泵和旁通管路中循环，主泵进入空载运转模式，第一流量计监测到的输出排量为零，控制模块控制添加剂泵停泵，停止添加添加剂。具体来讲，压裂泵注设备停泵后，控制模块的控制单元通过压力传感器监测主流通管路的压力上升，向动力单元的电控发动机发出降低转数指令直至发动机怠速，常开阀断电使旁通管路打开，此时主泵输送的基液从排出口经旁通管路返回到吸入口，主泵进入空载运转模式。由于此时第一流量计感应到输出排量为零，控制模块也随即控制添加剂泵停泵，停止添加添加剂。

第四步：当主泵进入空载运转模式后，在设定时间内又监测到第一流量计出现流量信号，说明此时压裂泵注设备已重新启泵，控制模块的控制单元返回到前述的关闭常开阀使旁通管路关闭这步后继续运行；当主泵进入空载运转模式的时间超过设定时间，控制模块判定压裂泵注设备可能需要较长时间停泵，则关闭主泵进入待机状态，一个工作循环结束。这里，所述设定时间可为5～10min。具体来讲，主泵进入空载运转模式后，如果在设定时间段(例5分钟)内又监测到第一流量计出现流量信号，说明此时压裂泵注设备已重新启泵，控制模块控制返回到第三步中的向常开阀通电使旁通管路关闭这步后继续运行。如果主泵进入空载运转模式的时间超过设定时间，控制模块判定压裂泵注设备可能需要较长时间停泵，则向动力单元的电控发动机发出熄火指令，系统中钻磨液供应配置部分进入待机状态，一个工作循环结束。

图4示出了将多个全自动配置与供应钻磨液的装置协同布置实现在不同比例多种添加剂配比下配置与供应钻磨液的装置的结构示意图；图5示出了将多个全自动配置与供应钻磨液的装置协同布置实现在单一添加剂大排量配比下配置与供应钻磨液的装置的结构示意图；图6示出了将多个全自动配置与供应钻磨液的装置协同布置实现在大排量多种添加剂配比下配置与供应钻磨液的装置的结构示意图。

在本发明第4示例性实施例中，所述方法还可包括将两个以上所述全自动配置与供应钻磨液的系统组合实用以实现多种添加剂不同比例同时配置与供应、或大排量单一添加剂的配置与供应、或大排量多种添加剂的配置与供应。例如，可将3套全自动配置与供应钻磨液的系统通过串联的方式实现多种添加剂不同比例钻磨液的同时配置与供应；或将3套全自动配置与供应钻磨液的系统通过并联的方式实现大排量单一添加剂钻磨液的配置与供应、或将3套全自动配置与供应钻磨液的系统通过并联的方式实现大排量多种添加剂的配置与供应。具体来讲：

如图4所示，3套全自动配置与供应钻磨液装置在基液罐与压裂泵注设备之间的供应流程中进行串联，每套全自动配置与供应钻磨液装置的添加剂入口分别对应连接不同的添加剂储罐中，再对每套全自动配置与供应钻磨液装置的控制单元分别设置各自添加剂的混合比例，后续的整个工作过程及步骤按第三示例性实施例进行，即可实现多种添加剂不同比例的钻磨液同时全自动配置与供应。

如图5所示，3套全自动配置与供应钻磨液装置在基液罐与压裂泵注设备之间的供应流程中进行并联，每套全自动配置与供应钻磨液装置的添加剂入口连接到同一种添加剂储罐中，再对每套全自动配置与供应钻磨液装置的控制单元分别设置各自的混合比例，后续的整个工作过程及步骤按第三示例性实施例进行，即可实现钻磨液的大排量单一添加剂全自动配置与供应。

如图6所示，3套全自动配置与供应钻磨液装置在基液罐与压裂泵注设备之间的供应流程中进行并联，每套全自动配置与供应钻磨液装置的添加剂入口分别对不同的添加剂储罐中，再对每套全自动配置与供应钻磨液装置的控制单元分别设置各自的混合比例，后续的整个工作过程及步骤中，将采用每套装置通过连续油管施工参数接收单元接收到的总排量信息来替代第一流量计采集的流量信息，其余整个工作过程及步骤与第三示例性实施例相同，即可实现钻磨液大排量多种添加剂全自动配置与供应。在油气田井下作业领域，不同类型施工对其工作液(钻磨液)的需求差异巨大，注入井内的液体量从几m³到几万m³，液体排量也从几十L/min到几十m^3/min，添加剂的种类也从一种到好几种，现还未有一种全自动配置与供应装置能满足以上排量范围要求。本发明是按模块化设计理念，在小排量、单一添加剂的工作环境，单套装置或系统即可完成钻磨液的自动配置与供应；而在大排量或多种添加剂的工作环境，可采用多套本装置协同部署来实现施工的需求。

本发明通过与连续油管设备实时通讯的方式获取工作液中添加剂的最佳配比，并采用即配即注的工作液配置与供应方式，需要多少就配置多少并实时供应多少，解决了长期以来困扰井下作业领域经常出现的因工作液配置过或因添加剂配比不合适造成工作液浪费以及后续处理带来的环保问题。另外，本发明的技术方案中采用了物联网概念，通过连续油管施工参数接收单元获取连续油管实时施工信息，在不额外增加传感装置的情况下，扩大了本装置的感知范围，实现了设备间的信息共享；本发明可模块化布局，可根据施工规模以及添加剂配置需求灵活搭配，减小设备配置规模，提高设备利用率；本发明采用了自动启停技术，降低运行成本，符合当前国家以及企业进行碳减排的科技发展方向。

通常情况下，是在清水或者循环利用的井筒返排液中添加SD2-12压裂用降阻剂配置成滑溜水，即连续油管钻磨液，来到达降低施工泵压的目的。在连续油管钻磨桥塞作业中，配置滑溜水的传统方法是利用吊车将SD2-12压裂用降阻剂吊装至液罐上，配液时作业人员将添加剂放入装有液体的液罐中，开启液罐搅拌器配置钻磨液。更换添加剂容器时，吊车须反复吊装，人员须反复上下液罐配合，从而完成该井全部钻磨工作。

传统配液技术配液程序繁琐，作业人员工作量大，且涉及吊车费用、液罐用电安全及现场维修等问题。该配液技术不能精确控制配置比例，添加剂用量大。配置的液体中添加剂分布不均匀，故液体性能差、不稳定，施工控制易受到不同程度的影响。本发明工作液的排量及压力自动调节、恒压变排量的供应方式、并在管路中设置有溢流管路和溢流阀，由于本发明采用以上方式对系统压力进行了多重控制，因此可长时间在无人值守状态下安全自主运行，将繁琐的操作过程让装置自动完成，提高安全性的同时降低了人员劳动强度。

相比传统配液方式，该系统有以下优点：1)配液安全便捷。传统配液技术程序繁琐，工作量大，安全系数低。多个液罐须接电且搅拌器能正常工作，现场涉及用电安全以及液罐维修问题，且目前60m³返排液罐已在现场推广使用，该液罐没有配置搅拌器，将无法进行液体配置；2)大大降低配液成本。传统配液方式须反复使用吊车吊装添加剂上罐；3)很大程度上降低添加剂使用量。如SD2-12压裂用降阻剂，单井用量可以节约60％以上，用多少配多少，避免配液量过剩而后期再处理等环保问题；4)配置的液体性能稳定。传统配液方式配置的液体性能不稳定，施工控制受影响，降低了工作效率；5)该系统配置了程序控制，不仅可以手动控制，还能进行自动控制，在精确控制配液比例的同时，大大改善了作业人员的工作环境；6)该系统配置的程序控制中，设计了多种智能控制功能，如添加剂余量报警提醒、排量锁定等，在提高工作效率的同时，提升了队伍素质和形象。

通过20口井的现场试验，统配液技术配置滑溜水时，为满足现场施工要求(通常摩阻降低70％以上)，添加剂比例控制比较粗糙且用量较大平均为3.18‰。而全自动配液装置可以精确控制，可以精确控制在1.00‰左右，用量约为传统配液技术的1/3，具有明显优势。在满足施工要求的前提下，隔膜泵配液系统大大降低了配置比例，约为传统配液技术的1/3，从根本上降低了SD2-12压裂用降阻剂的使用量，节约了作业成本；同时配置的滑溜水性能稳定，提高了作业人员根据施工泵压判断钻磨工况的准确性，降本增效效果显著。

综上所述，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明提供了一种具有自动启停功能、添加剂配比的自动调节、供液管路流程的自动转换、钻磨液供应排量及压力的自动调节的全自动配置与供应钻磨液的装置和系统；

(2)此装本发明的装置和系统在钻磨液主流通管路设置流量计和压力传感器，用于监测供应给压裂泵注设备的液体流量和压力，通过液体流量状态获取压裂设备启、停泵的状态信息，通过对泵注压力信息监测实现恒压变排量的供液方式；

(3)本发明的装置和系统通过与连续油管设备实时通讯的方式获取连续油管施工信息，按程序设定好的逻辑实现装置的自动启停、添加剂配比的自动调节、供液管路流程的自动转换、钻磨液供应排量及压力的自动调节，从而实现钻磨液的全自动配置与供应；

(4)本发明的装置和系统排出管路上设置有单向阀，通过设置单向阀防止基液进入添加剂泵系统造成添加剂的污染；

(5)本发明的装置和系统还设置有溢流管路和溢流阀，通过设置溢流管路，利用溢流阀对溢流压力进行调节，可以防止向压裂泵注设备供应钻磨液的过程中出现瞬间压力过高的情形，保证装置和系统的安全。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (14)

1.一种全自动配置与供应钻磨液的装置，其特征在于，所述装置包括主泵、添加剂泵、常开阀、压力传感器、第一流量计、第二流量计、主流通管路、旁通管路、第一吸入管路、第二吸入管路、排出管路和控制模块，其中，

所述主泵的吸入口与所述第一吸入管路连接，排出口与主流通管路连接；

所述旁通管路一端与所述第一吸入管路连接，另一端与所述主流通管路连接，所述常开阀设置在所述旁通管路上；

所述添加剂泵的吸入口与所述第二吸入管路连接，排出口通过排出管路与所述第一吸入管路连接；

所述第一流量计和压力传感器设置在所述主流通管路上；

所述第二流量计设置在所述排出管路上；

所述控制模块包括连续油管施工参数接收单元和控制单元，连续油管施工参数接收单元能够获取连续油管施工信息，控制单元能够接收压力传感器、第一流量计和第二流量计所测量的信息以及连续油管施工参数接收单元所获取的连续油管施工信息，并能够对接收的信息进行分析判断以对主泵、添加剂泵、常开阀进行控制。

2.根据权利要求1所述的全自动配置与供应钻磨液的装置，其特征在于，所述装置还包括动力单元，所述动力单元分别与主泵、添加剂泵和常开阀连接为主泵、添加剂泵和常开阀提供动力。

3.根据权利要求1所述的全自动配置与供应钻磨液的装置，其特征在于，所述装置还包括溢流管路和溢流阀，所述溢流管路一端与所述第一吸入管路连接，另一端与主流通管路连接，所述溢流阀设置在所述溢流管路上。

4.根据权利要求1所述的全自动配置与供应钻磨液的装置，其特征在于，所述主泵为离心泵，所述添加剂泵为齿轮泵。

5.根据权利要求1所述的全自动配置与供应钻磨液的装置，其特征在于，所述装置还包括单向阀，所述单向阀设置在所述排出管路上。

6.根据权利要求1所述的全自动配置与供应钻磨液的装置，其特征在于，所述装置还包括撬装底座，所述撬装底座能够将主泵、添加剂泵和控制模块固定成一个整体，便于移动。

7.一种全自动配置与供应钻磨液的系统，其特征在于，所述系统包括主泵、添加剂泵、常开阀、压力传感器、第一流量计、第二流量计、主流通管路、旁通管路、第一吸入管路、第二吸入管路、排出管路、基液罐、添加剂罐、压裂泵注设备和连续油管，其中，

所述主泵的吸入口通过第一吸入管路与所述基液罐连接，排出口通过主流通管路与所述压裂泵注设备连接；

所述旁通管路一端与所述第一吸入管路连接，另一端与所述主流通管路连接，所述常开阀设置在所述旁通管路上；

所述添加剂泵的吸入口通过所述第二吸入管路与所述添加剂罐连接，排出口通过所述排出管路与所述第一吸入管路连接；

所述第一流量计和压力传感器设置在所述主流通管路上；

所述第二流量计设置在所述排出管路上；

所述压裂泵注设备通过管路与所述连续油管连接；

所述控制模块分别与主泵、添加剂泵、常开阀、压力传感器、第一流量计和第二流量计相连以接收压力传感器、第一流量计和第二流量计的信号，且所述控制模块还包括连续油管施工参数接收单元，所述连续油管施工参数接收单元能够接收连续油管施工信息，所述控制模块根据接收的压力传感器、第一流量计、第二流量计以及连续油管施工参数接收单元的信号分析判断以对主泵、添加剂泵和常开阀进行控制。

所述控制模块包括连续油管施工参数接收单元和控制单元，连续油管施工参数接收单元能够获取连续油管施工信息，控制单元能够接收压力传感器、第一流量计和第二流量计所测量的信息以及连续油管施工参数接收单元所获取的连续油管施工信息，并能够对接收的信息进行分析判断以对主泵、添加剂泵、常开阀进行控制。

8.根据权利要求7所述的全自动配置与供应钻磨液的系统，其特征在于，所述系统还包括动力单元，所述动力单元分别与主泵、添加剂泵和常开阀连接为主泵、添加剂泵和常开阀提供动力。

9.根据权利要求7所述的全自动配置与供应钻磨液的系统，其特征在于，所述系统还包括溢流管路和溢流阀，所述溢流管路一端与所述第一吸入管路连接，另一端与主流通管路连接，所述溢流阀设置在所述溢流管路上。

10.根据权利要求7所述的全自动配置与供应钻磨液的系统，其特征在于，所述主泵为离心泵，所述添加剂泵为齿轮泵。

11.根据权利要求7所述的全自动配置与供应钻磨液的系统，其特征在于，所述系统还包括单向阀，所述单向阀设置在所述排出管路上。

12.一种全自动配置与供应钻磨液的方法，其特征在于，所述方法通过如权利要求7～11中任意一项所述的全自动配置与供应钻磨液的系统来实现，且所述方法包括步骤：

启动压裂泵注设备，基液经第一吸入管路、旁通管路、主流通管路后进入压裂泵注设备，第一流量计监测到基液流量后将流量信号发送给控制模块，控制模块控制启动主泵并关闭常开阀，基液经第一吸入管路、主泵、主流通管路后进入压裂泵注设备；控制模块通过连续油管施工参数接收单元获取连续油管施工状态信息，确定初始添加剂的混合比例并启动添加剂泵进行钻磨液配置；

压裂泵注设备提高排量进入正常泵注钻磨液的工作状态，控制模块通过压力传感器实时监测主流通管路的压力变化情况，并根据压力情况调节主泵转速，实现对压裂泵注设备恒压变排量的钻磨液供应，使钻磨液供应排量与压裂设备泵注排量的相匹配；同时，控制模块还通过连续油管施工参数接收单元获得连续油管实时施工信息，确定添加剂的期望混配比，通过对第一流量计与第二流量计监测到的排量数据对比计算，获得添加剂的实际混配比，控制模块控制添加剂泵转速，实现添加剂配比的自动调节；

当压裂泵注设备停泵时，控制模块通过压力传感器监测到主流通管路的压力上升，控制驱动主泵的电控发动机转速降低至怠速，常开阀断电使旁通管路打开，此时基液在主泵和旁通管路中循环，主泵进入空载运转模式，第一流量计监测到的输出排量为零，控制模块控制添加剂泵停泵，停止添加添加剂；

当主泵进入空载运转模式后，在设定时间内又监测到第一流量计出现流量信号，说明此时压裂泵注设备已重新启泵，控制模块的控制单元返回到前述的关闭常开阀使旁通管路关闭这步后继续运行；当主泵进入空载运转模式的时间超过设定时间，控制模块判定压裂泵注设备可能需要较长时间停泵，则关闭主泵进入待机状态，一个工作循环结束。

13.根据权利要求12所述的全自动配置与供应钻磨液的方法，其特征在于，所述设定时间为5～10min。

14.根据权利要求12所述的全自动配置与供应钻磨液的方法，其特征在于，所述方法还包括将两个以上所述全自动配置与供应钻磨液的系统组合使用以实现多种添加剂不同比例同时配置与供应、或大排量单一添加剂的配置与供应、或大排量多种添加剂的配置与供应。

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