CN220962221U - 用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统，属于石油天然气开采开发技术领域。设置在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中，控制系统包括DCS控制器，DCS控制器通过数据输入接口连接有人机界面，DCS控制器通过数据反馈接口连接有数据采集单元，数据采集单元包括用于环氧树脂压裂支撑剂制备工艺中数据采集及传输的传感器群；DCS控制器通过数据输出接口连接有执行单元，执行单元包括用于环氧树脂压裂支撑剂制备和调控的设备群。不仅实现环氧树脂压裂支撑剂制备工艺的自动化，有效降低劳动强度，同时，保证环氧树脂压裂支撑剂制备工艺的稳定性、可控性和可追溯性；而且实现系统化控制与管理，以配合于环氧树脂压裂支撑剂制备工艺。

Description

用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统

技术领域

本实用新型涉及用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统，属于石油天然气开采开发技术领域。

背景技术

水力压裂技术是提高油气产量的主要措施。在石油开采过程中，高闭合压力低渗透矿床经过压裂处理后，油气岩层裂开，压裂支撑剂随同高压压裂液进入地层并填充在裂缝中，压裂支撑剂主要是起到支撑裂缝不因应力释放而闭合的作用，从而促使岩层保持高导流能力，增加石油天然气的产量。压裂支撑剂在压裂技术中扮演着不可缺少的重要角色，其材料的选择、使用、运移等问题都对油气的开采效率有着重要影响。目前，广泛应用的石英砂型和陶粒型支撑剂分别存在强度低和密度大等缺点，且采用了对环境有污染的聚合物压裂液。国内外尚未发现兼备高强度、低密度和环保优点的压裂支撑剂，因此，新型低密度、高强度、耐温性良好、施工难度低的压裂支撑剂成为发展的趋势。

较新技术的压裂支撑剂有树脂包覆压裂支撑剂，以酚醛树脂居多，少量使用环氧树脂，可部分降低压裂支撑剂的密度，提高抗破碎能力。但包覆支撑剂密度偏大；除此之外，在该技术中，骨料一般采用的是密度较大的石英砂或陶瓷等物质，致使压裂支撑剂的密度仍然较大，需采用高分子粘稠压裂液对其进行压入和导出，这无疑造成施工困难，同时也不便于泵入井下，如：现有技术“CN105985767A支撑剂及其制备方法”。以及，Carbo Ceramics公司研发了低密度陶粒支撑剂，其比重为2.55g/cm³，适合于滑溜水压裂；Saint Gobain公司也推出了VersaLite系列低密度陶粒支撑剂，其具有低密度和高强度的特点，可以通过调节孔隙尺寸来控制密度；Preferred Sands 公司最新研发有聚集气泡的支撑剂技术，通过FloPRO PTT技术将石英砂经一种特殊表活剂处理后，使石英砂能在水中悬浮。在国内相关技术领域，最新报道的大庆一家企业以热塑性材料（聚苯乙烯）作为基础材料，通过造粒工艺制备出颗粒状支撑剂，但其压缩强度、耐温性、性能保持率和长期导流率较差，在中高闭合压力和较高温度下不能使用。

此外，现有技术CN101346324中公开“低密度支撑剂颗粒及其使用”，采用复合支撑剂颗粒来改善主流体经过支撑通道的流动，其中，复合颗粒包含多个高强度微泡和树脂粘结剂；以及，CN109321226A 中公开“一种压裂支撑剂的制备方法”、 CN109321227A中公开“一种环氧树脂压裂支撑剂”及CN112048294A中公开“一种环氧树脂压裂支撑剂及其制备方法”，但还存在以下问题：相适应的自动化控制技术方面还处于空白。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术问题，提出了用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统。在本技术方案中，不仅实现环氧树脂压裂支撑剂制备工艺的自动化，有效降低劳动强度，同时，保证环氧树脂压裂支撑剂制备工艺的稳定性、可控性和可追溯性；而且实现系统化控制与管理，以配合于环氧树脂压裂支撑剂制备工艺。

为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：

用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统，设置在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中，所述环氧树脂压裂支撑剂制备系统包括环氧树脂储罐、固化剂储罐、促进剂储罐、增韧剂储罐、表面助剂储罐、配料罐、树脂混合液暂存罐、一级反应釜、二级反应釜、三级反应釜、盘管反应器和分离筒，配料罐、树脂混合液暂存罐、一级反应釜、二级反应釜、三级反应釜、盘管反应器和分离筒之间形成环氧树脂压裂支撑剂制备的连续通路；

所述控制系统包括DCS控制器，DCS控制器通过数据输入接口连接有人机界面，DCS控制器通过数据反馈接口连接有数据采集单元，DCS控制器通过数据输出接口连接有执行单元；

所述DCS控制器包括配料控制模块、预固化控制模块、一级反应控制模块、二级反应控制模块、三级反应控制模块、后固化控制模块和分离控制模块；

所述数据采集单元设置在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中，数据采集单元包括用于环氧树脂压裂支撑剂制备工艺中数据采集及传输的传感器群；

所述执行单元设置在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中，执行单元包括用于环氧树脂压裂支撑剂制备和调控的设备群；

此外，DCS控制器还包括惰性介质加热控制模块、报警控制模块和清洗控制模块；

其中，DCS控制器：一方面接收自人机界面输入的配料工序及其调控的信息、预固化工序及其调控的信息、一级反应工序及其调控的信息、二级反应工序及其调控的信息、三级反应工序及其调控的信息、后固化工序及其调控的信息、分离工序及其调控的信息、惰性介质加热工序及其调控的信息、安全预警信息及清洗需求信息，另一方面接收自数据采集单元反馈的配料工序信息、预固化工序信息、一级反应工序信息、二级反应工序信息、三级反应工序信息、后固化工序信息、分离工序信息、惰性介质加热工序信息、安全预警信息及清洗信息，完成信息分析、比对及判断；通过执行单元发出指令，通过数据采集单元发出数据采集指令；

人机界面：完成配料工序及其调控的信息、预固化工序及其调控的信息、一级反应工序及其调控的信息、二级反应工序及其调控的信息、三级反应工序及其调控的信息、后固化工序及其调控的信息、分离工序及其调控的信息、惰性介质加热工序及其调控的信息、安全预警信息及清洗需求信息的输入。对于人机界面上的布置，可设置有多功能表、对应的标识图标、开关控制键、调控控制键等；

数据采集单元：接收DCS控制器发出的数据采集指令，完成配料工序及其调控的信息、预固化工序及其调控的信息、一级反应工序及其调控的信息、二级反应工序及其调控的信息、三级反应工序及其调控的信息、后固化工序及其调控的信息、分离工序及其调控的信息、惰性介质加热工序及其调控的信息、安全预警信息及清洗需求信息的采集和传输，并反馈给DCS控制器；

执行单元：完成DCS控制器发出的指令。

进一步的， 所述传感器群包括与配料控制模块连接的环氧树脂进料流量计、固化剂进料流量计、促进剂进料流量计、增韧剂进料流量计和表面助剂进料流量计；

还包括与预固化控制模块连接的树脂混合液进料流量计和冷惰性介质进料流量计Ⅰ；

还包括与一级反应控制模块连接的分散相进料流量计、热惰性介质进料流量计、一级反应釜温度传感器和一级反应釜压力传感器；

还包括与二级反应控制模块连接的一级反应液进料流量计、二级反应釜温度传感器和二级反应釜压力传感器；

还包括与三级反应控制模块连接的二级反应液进料流量计、三级反应釜温度传感器和三级反应釜压力传感器；

还包括与后固化控制模块连接的三级反应液进料流量计、盘管反应器温度传感器和盘管反应器压力传感器；

还包括与分离控制模块连接的产品液进料流量计；

还包括与惰性介质加热控制模块连接的冷惰性介质进料流量计Ⅱ和惰性介质加热罐温度传感器。

其中，环氧树脂进料流量计设在环氧树脂储罐与配料罐之间的环氧树脂进料管上，固化剂进料流量计设在固化剂储罐与配料罐之间的固化剂进料管上，促进剂进料流量计设在促进剂储罐与配料罐之间的促进剂进料管上，增韧剂进料流量计设在增韧剂储罐与配料罐之间的增韧剂进料管上，表面助剂进料流量计设在表面助剂储罐与配料罐之间的表面助剂进料管上；

树脂混合液进料流量计设在配料罐与树脂混合液暂存罐之间的输送管Ⅰ上，冷惰性介质进料流量计Ⅰ设在惰性介质储罐与树脂混合液暂存罐之间的冷惰性介质输送管上；

分散相进料流量计设在树脂混合液暂存罐与一级反应釜之间的输送管Ⅱ上，热惰性介质进料流量计设在惰性介质加热罐与与一级反应釜之间的热惰性介质输送管上，一级反应釜温度传感器和一级反应釜压力传感器均设置在一级反应釜压力上；

一级反应液进料流量计设在一级反应釜与二级反应釜之间的输送管Ⅲ上，二级反应釜温度传感器和二级反应釜压力传感器均设置在二级反应釜；

二级反应液进料流量计设在二级反应釜与三级反应釜之间的输送管Ⅳ上，三级反应釜温度传感器和三级反应釜压力传感器均设置在三级反应釜上；

三级反应液进料流量计设在三级反应釜与盘管反应器之间的输送管Ⅴ上，盘管反应器温度传感器和盘管反应器压力传感器均设置在盘管反应器上；

产品液进料流量计设在盘管反应器与分离筒之间的输送管Ⅵ上；

冷惰性介质进料流量计Ⅱ设在惰性介质储罐与惰性介质加热罐之间的管线上，惰性介质加热罐温度传感器设在惰性介质加热罐上。

进一步的，所述设备群还包括设在环氧树脂进料管上环氧树脂调节阀、设在固化剂进料管上固化剂调节阀、设在促进剂进料管上的促进剂调节阀、设在增韧剂进料管上的增韧剂调节阀、设在表面助剂进料管上的表面助剂调节阀、设在输送管Ⅰ上的树脂混合液调节阀、设在冷惰性介质输送管上的冷惰性介质调节阀、设在输送管Ⅱ上的分散相调节阀、设在热惰性介质输送管上的热惰性介质调节阀、设在输送管Ⅲ上的一级反应液调节阀、设在输送管Ⅳ上的二级反应液调节阀、设在输送管Ⅴ上的三级反应液调节阀、设在输送管Ⅵ上的产品液调节阀；

进一步的，所述设备群还包括设在配料罐上的配料电机、设在一级反应釜上的一级反应电机、设在二级反应釜上的二级反应电机和设在三级反应釜上的三级反应电机。

其中，报警控制模块连接有报警灯和扩音器，报警灯和扩音器分布在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中；清洗控制模块连接有清洗泵，清洗泵分布在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中。

在本技术方案中，可根据实际需求，在对应管线上设置对应输送泵、进料阀、出料阀、截止阀、球阀、减压阀、疏水阀、安全阀、保温套等。

本技术方案中涉及的“工位后侧”、“之间”、“上”、“内”、“顶部”、“中部”、“下部”、“底部”、“顺时针向上”、“上部”等位置关系，是根据实际使用状态下的情况而定义的，为本技术领域内的常规用语，也是本领域术人员在实际使用过程中的常规用语。

在本技术方案的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

采用本技术方案，带来的有益技术效果为：

本实用新型设置在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中，能较好的配合环氧树脂压裂支撑剂制备工艺，保证环氧树脂压裂支撑剂制备生产线上的自动化控制程度高，涉及的工序步骤均可由系统独立完成，人员劳动强度低，可有效控制人力等成本，同时保证环氧树脂压裂支撑剂制备工艺的稳定性、可控性和可追溯性；

此外，本实用新型可较好的实现系统化控制与管理，以弥补环氧树脂压裂支撑剂制备工艺中的自动化控制技术方面的空白，同时，满足工业化大生产要求。

附图说明

图1为本实用新型中控制系统的逻辑连接图；

图2为本实用新型控制系统中DCS控制器与传感器群的逻辑连接图；

图3为本实用新型控制系统中设备群的逻辑连接图；

图4为本实用新型的设备布置示意图；

图5为本实用新型中涉及的部分电路图；

图6为本实用新型中环氧树脂压裂支撑剂产品的实物图；

图7为本实用新型中环氧树脂压裂支撑剂产品的电子显微镜图；

图中，1、环氧树脂储罐，2、固化剂储罐，3、促进剂储罐，4、增韧剂储罐，5、表面助剂储罐，6、配料罐，7、树脂混合液暂存罐，8、一级反应釜，9、二级反应釜，10、三级反应釜，11、盘管反应器，12、分离筒，13、惰性介质储罐，14、惰性介质加热罐；

15、环氧树脂进料管，16、固化剂进料管，17、促进剂进料管，18、增韧剂进料管，19、表面助剂进料管，20、输送管Ⅰ，21、冷惰性介质输送管，22、输送管Ⅱ，23、热惰性介质输送管，24、输送管Ⅲ，25、输送管Ⅳ，2601、输送管Ⅴ，2602、输送管Ⅵ，2603、惰性介质进管，2604、回收管；

26、DCS控制器，261、配料控制模块，262、预固化控制模块，263、一级反应控制模块，264、二级反应控制模块，265、三级反应控制模块，266、后固化控制模块，267、分离控制模块，268、惰性介质加热控制模块，269、报警控制模块，270、清洗控制模块；

27、人机界面，

28、数据采集单元，280、传感器群，2801、环氧树脂进料流量计，2802、固化剂进料流量计，2803、促进剂进料流量计，2804、增韧剂进料流量计，2805、表面助剂进料流量计，2806、树脂混合液进料流量计，2807、冷惰性介质进料流量计Ⅰ，2808、分散相进料流量计，2809、热惰性介质进料流量计，2810、一级反应釜温度传感器，2811、一级反应釜压力传感器，2812、一级反应液进料流量计，2813、二级反应釜温度传感器，2814、二级反应釜压力传感器，2815、二级反应液进料流量计，2816、三级反应釜温度传感器，2817、三级反应釜压力传感器，2818、三级反应液进料流量计，2819、盘管反应器温度传感器，2820、盘管反应器压力传感器，2821、产品液进料流量计，2822、冷惰性介质进料流量计Ⅱ，2823、惰性介质加热罐温度传感器；

29、执行单元，290、设备群，2901、环氧树脂调节阀，2902、固化剂调节阀，2903、促进剂调节阀，2904、增韧剂调节阀，2905、树脂混合液调节阀，2906、冷惰性介质调节阀，2907、分散相调节阀，2908、热惰性介质调节阀，2909、一级反应液调节阀，2910、二级反应液调节阀，2911、三级反应液调节阀，2912、产品液调节阀，2913、配料电机，2914、一级反应电机，2915、二级反应电机，2916、三级反应电机，2917、表面助剂调节阀。

具体实施方式

下面通过对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实施例为了保证环氧树脂压裂支撑剂制备工艺的自动化控制，具体提供：

用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统，其设置在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中，其中，如图1、图5所示，控制系统包括DCS控制器26，DCS控制器26通过数据输入接口连接有人机界面27，DCS控制器26通过数据反馈接口连接有数据采集单元28，DCS控制器26通过数据输出接口连接有执行单元29；

1）DCS控制器26：包括配料控制模块261、预固化控制模块262、一级反应控制模块263、二级反应控制模块264、三级反应控制模块265、后固化控制模块266和分离控制模块267；

2）数据采集单元28：设置在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中，数据采集单元28包括用于环氧树脂压裂支撑剂制备工艺中数据采集及传输的传感器群280。根据实际需求，对传感器群280做进一步限定，即优选的，如图2所示，传感器群280包括与配料控制模块261连接的环氧树脂进料流量计2801、固化剂进料流量计2802、促进剂进料流量计2803、增韧剂进料流量计2804和表面助剂进料流量计2805，与预固化控制模块262连接的树脂混合液进料流量计2806和冷惰性介质进料流量计Ⅰ2807，与一级反应控制模块263连接的分散相进料流量计2808、热惰性介质进料流量计2809、一级反应釜温度传感器2810和一级反应釜压力传感器2811，与二级反应控制模块264连接的一级反应液进料流量计2812、二级反应釜温度传感器2813和二级反应釜压力传感器2814，与三级反应控制模块265连接的二级反应液进料流量计2815、三级反应釜温度传感器2816和三级反应釜压力传感器2817，与后固化控制模块266连接的三级反应液进料流量计2818、盘管反应器温度传感器2819和盘管反应器压力传感器2820，与分离控制模块267连接的产品液进料流量计2821，与惰性介质加热控制模块268连接的冷惰性介质进料流量计Ⅱ2822和惰性介质加热罐温度传感器2823。

3）执行单元29：设置在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中，执行单元29包括用于环氧树脂压裂支撑剂制备和调控的设备群290。根据实际需求，对设备群290做进一步限定，即优选的，如图3所示，设备群290包括环氧树脂储罐1、固化剂储罐2、促进剂储罐3、增韧剂储罐4、表面助剂储罐5、配料罐6、树脂混合液暂存罐7、一级反应釜8、二级反应釜9、三级反应釜10、盘管反应器11和分离筒12，环氧树脂进料流量计2801设在环氧树脂储罐1与配料罐6之间的环氧树脂进料管15上，固化剂进料流量计2802设在固化剂储罐2与配料罐6之间的固化剂进料管16上，促进剂进料流量计2803设在促进剂储罐3与配料罐6之间的促进剂进料管17上，增韧剂进料流量计2804设在增韧剂储罐4与配料罐6之间的增韧剂进料管18上，表面助剂进料流量计2805设在表面助剂储罐5与配料罐6之间的表面助剂进料管19上；树脂混合液进料流量计2806设在配料罐6与树脂混合液暂存罐7之间的输送管Ⅰ20上，冷惰性介质进料流量计Ⅰ2807设在惰性介质储罐13与树脂混合液暂存罐7之间的冷惰性介质输送管21上；分散相进料流量计2808设在树脂混合液暂存罐7与一级反应釜8之间的输送管Ⅱ22上，热惰性介质进料流量计2809设在惰性介质加热罐14与与一级反应釜8之间的热惰性介质输送管23上，一级反应釜温度传感器2810和一级反应釜压力传感器2811均设置在一级反应釜8压力上；一级反应液进料流量计2812设在一级反应釜8与二级反应釜9之间的输送管Ⅲ24上，二级反应釜温度传感器2813和二级反应釜压力传感器2814均设置在二级反应釜9；二级反应液进料流量计2815设在二级反应釜9与三级反应釜10之间的输送管Ⅳ25上，三级反应釜温度传感器2816和三级反应釜压力传感器2817均设置在三级反应釜10上；三级反应液进料流量计2818设在三级反应釜10与盘管反应器11之间的输送管Ⅴ26上，盘管反应器温度传感器2819和盘管反应器压力传感器2820均设置在盘管反应器11上；产品液进料流量计2821设在盘管反应器11与分离筒12之间的输送管Ⅵ27上；冷惰性介质进料流量计Ⅱ2822设在惰性介质储罐13与惰性介质加热罐14之间的管线上，惰性介质加热罐温度传感器2823设在惰性介质加热罐14上；

以及，设备群290还包括设在环氧树脂进料管15上环氧树脂调节阀2901、设在固化剂进料管16上固化剂调节阀2902、设在促进剂进料管17上的促进剂调节阀2903、设在增韧剂进料管18上的增韧剂调节阀2904、设在表面助剂进料管19上的表面助剂调节阀2917、设在输送管Ⅰ20上的树脂混合液调节阀2905、设在冷惰性介质输送管21上的冷惰性介质调节阀2906、设在输送管Ⅱ22上的分散相调节阀2907、设在热惰性介质输送管23上的热惰性介质调节阀2908、设在输送管Ⅲ24上的一级反应液调节阀2909、设在输送管Ⅳ25上的二级反应液调节阀2910、设在输送管Ⅴ26上的三级反应液调节阀2911、设在输送管Ⅵ27上的产品液调节阀2912；

以及，设备群290还包括设在配料罐6上的配料电机2913、设在一级反应釜8上的一级反应电机2914、设在二级反应釜9上的二级反应电机2915和设在三级反应釜10上的三级反应电机2916。

为了进一步提高低密度环氧树脂压裂支撑剂制备工艺的自动化和稳定性，还设置：DCS控制器26还包括报警控制模块269、清洗控制模块270和惰性介质加热控制模块268，其中，报警控制模块269连接有报警灯和扩音器，报警灯和扩音器分布在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中；清洗控制模块270连接有清洗泵，清洗泵分布在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例对环氧树脂压裂支撑剂制备系统作进一步的限定，具体包括：

如图4所示，环氧树脂储罐1、固化剂储罐2、促进剂储罐3、增韧剂储罐4、表面助剂储罐5、配料罐6、树脂混合液暂存罐7、一级反应釜8、二级反应釜9、三级反应釜10、盘管反应器11和分离筒12，环氧树脂储罐1通过环氧树脂进料管15与配料罐6连接，固化剂储罐2通过固化剂进料管16与配料罐6连接，促进剂储罐3通过促进剂进料管17与配料罐6连接，增韧剂储罐4通过增韧剂进料管18与配料罐6连接，表面助剂储罐5通过表面助剂进料管19与配料罐6连接；

配料罐6出料口通过输送管Ⅰ20与树脂混合液暂存罐7进料口连接，树脂混合液暂存罐7设在配料罐6的工位后侧；树脂混合液暂存罐7进料口还连接有冷惰性介质输送管21；树脂混合液暂存罐7出料口通过输送管Ⅱ22与一级反应釜8进料口连接，一级反应釜8设在树脂混合液暂存罐7的工位后侧，一级反应釜8连接有热惰性介质输送管23；一级反应釜8出料口通过输送管Ⅲ24与二级反应釜9进料口连接，二级反应釜9设在一级反应釜8的工位后侧；二级反应釜9出料口通过输送管Ⅳ25与三级反应釜10进料口连接，三级反应釜10设在二级反应釜9的工位后侧；三级反应釜10出料口通过输送管Ⅴ26与盘管反应器11进料口连接，盘管反应器11设在三级反应釜10的工位后侧；盘管反应器11出料口通过输送管Ⅵ27与分离筒12进料口连接，分离筒12设在盘管反应器11的工位后侧；分离筒12出料口连接有环氧树脂压裂支撑剂暂存罐；

配料罐6、树脂混合液暂存罐7、一级反应釜8、二级反应釜9、三级反应釜10、盘管反应器11和分离筒12之间形成环氧树脂压裂支撑剂制备的连续通路；

其中，配料罐6：内设有框式搅拌器，框式搅拌器连接有立式齿轮减速机和变频器，顶部设有环氧树脂进料口、固化剂进料口、促进剂进料口和备用口/排气口，中部设有视镜口，下部设有出料口；

树脂混合液暂存罐7：树脂混合液暂存罐7进料口设在树脂混合液暂存罐7顶部，顶部还设有备用口、放空口和冷惰性介质进口，底部设有分散相出口；

一级反应釜8：内设有框式搅拌器，框式搅拌器中的横桨叶呈45°顺时针向上翻；搅拌器表面需包覆脱模剂；框式搅拌器连接有立式齿轮减速机和变频器；一级反应釜8出料口设在一级反应釜8上部，中部设有视镜口和一级反应液出口，下部设有分散相进口、热惰性介质进口和排空口；

二级反应釜9：内设有框式搅拌器，框式搅拌器中的横桨叶呈45°顺时针向上翻；搅拌器表面需包覆脱模剂；框式搅拌器连接有立式齿轮减速机和变频器；二级反应釜9出料口设在二级反应釜9上部，顶部设有放空口，放空口中套设有内丝球阀；中部设有视镜口和二级反应液出口，下部设有一级反应液进口；

三级反应釜10：内设有双螺带式搅拌器，双螺带顺时针向上翻；搅拌器表面需包覆脱模剂；双螺带式搅拌器连接有立式齿轮减速机和变频器；三级反应釜10出料口设在三级反应釜10上部，上部设有三级反应液出口，顶部设有放空口，放空口中套设有内丝球阀；下部设有二级反应液进口；

盘管反应器11：顶部采用整体活动盖，螺栓连接；保温材料为珍珠岩或岩棉，上部设有三级反应液进口，下部设有产品液出口。

此外，树脂混合液暂存罐7通过冷惰性介质输送管21连接有惰性介质储罐13，惰性介质储罐13通过惰性介质进管28连接有惰性介质加热罐14，惰性介质加热罐14通过热惰性介质输送管23与一级反应釜8连接；

其中，惰性介质储罐13：顶部采用半开活动盖，螺栓连接；上部设有溢流口，下部设有冷惰性介质出口；

惰性介质加热罐14：保温材料为珍珠岩或岩棉，上部设有冷惰性介质进口、回流口、放空口、溢流口和循环口，下部设有热惰性介质出口。

分离筒12上惰性介质出口通过回收管29与惰性介质加热罐14回流口连接。

分离筒12至少两个，盘管反应器11出料口与第一级分离筒进料口连接，第一级分离筒出料口与下一级分离进料口连接，分离筒12之间依次连接，最后一级分离筒出料口与环氧树脂压裂支撑剂暂存罐连接。可根据实际需求，进行分级过滤。

实施例3

在实施例1-2的基础上，本实施例提供一种相配合的环氧树脂压裂支撑剂的控制方法，具体包括如下：

A．将环氧树脂、固化剂、促进剂、增韧剂及表面助剂分别投料至配料罐6中，配料控制模块261控制环氧树脂进料流量计2801检测环氧树脂的加入量，并向DCS控制器26发出环氧树脂加入量的信号；配料控制模块261控制固化剂进料流量计2802检测固化剂的加入量，并向DCS控制器26发出固化剂加入量的信号；配料控制模块261控制促进剂进料流量计2803检测促进剂的加入量，并向DCS控制器26发出促进剂加入量的信号；配料控制模块261控制增韧剂进料流量计2804检测增韧剂的加入量，并向DCS控制器26发出增韧剂加入量的信号；配料控制模块261控制表面助剂进料流量计2805检测表面助剂的加入量，并向DCS控制器26发出表面助剂加入量的信号；

当环氧树脂、固化剂、促进剂、增韧剂及表面助剂以重量份数计，配比关系为100：10～100：0.1～10：1～30：0.1～10时，配料控制模块261控制混合（如：通过配料电机2913，控制搅拌转速和搅拌时间）；

当环氧树脂、固化剂、促进剂、增韧剂及表面助剂的重量份数不为上述配比关系时，配料控制模块261向环氧树脂调节阀2901、固化剂调节阀2902、促进剂调节阀2903、增韧剂调节阀2904或/和表面助剂调节阀2917发出调小或调大的指令，直至环氧树脂、固化剂、促进剂、增韧剂及表面助剂的重量份数为上述配比关系；

B.将经混合所得的树脂混合液通入至树脂混合液暂存罐7中，预固化控制模块262控制树脂混合液进料流量计2806检测树脂混合液的加入量，并向DCS控制器26发出树脂混合液加入量的信号；预固化控制模块262控制冷惰性介质进料流量计Ⅰ2807检测冷惰性介质的加入量，并向DCS控制器26发出冷惰性介质加入量的信号；

当每升冷惰性介质中的树脂混合液含量高于或低于0.05～0.5kg时，预固化控制模块262向树脂混合液调节阀2905或/和冷惰性介质调节阀2906发出调小或调大的指令，直至每升冷惰性介质中含有0.05～0.5kg树脂混合液；

C.将经预固化后所得的分散相通入至一级反应釜8中，一级反应控制模块263控制分散相进料流量计2808检测分散相的加入量，并向DCS控制器26发出分散相加入量的信号；一级反应控制模块263控制热惰性介质进料流量计2809检测热惰性介质的加入量，并向DCS控制器26发出热惰性介质加入量的信号；一级反应控制模块263控制一级反应釜温度传感器2810检测一级反应釜8内的温度，并向DCS控制器26发出一级反应釜8内温度的信号；一级反应控制模块263控制一级反应釜压力传感器2811检测一级反应釜8内的压力，并向DCS控制器26发出一级反应釜8内压力的信号；

当一级反应液尺寸大于或小于3～6mm时，一级反应控制模块263向分散相调节阀2907、热惰性介质调节阀2908或/和一级反应电机2914发出调小或调大的指令，直至一级反应液尺寸范围分布在3～6mm；

D.将经一级反应后所得的一级反应液通入至二级反应釜9中，二级反应控制模块264控制一级反应液进料流量计2812检测一级反应液的加入量，并向DCS控制器26发出一级反应液加入量的信号；二级反应控制模块264控制二级反应釜温度传感器2813检测二级反应釜9内的温度，并向DCS控制器26发出二级反应釜9内温度的信号；二级反应控制模块264控制二级反应釜压力传感器2814检测二级反应釜9内的压力，并向DCS控制器26发出二级反应釜9内压力的信号；

当二级反应液尺寸大于或小于0.30～2mm时，二级反应控制模块264向一级反应液调节阀2909或/和二级反应电机2915发出调小或调大的指令，直至二级反应液尺寸范围分布在0.30～2mm；

E.将经二级反应后所得的二级反应液通入至三级反应釜10中，三级反应控制模块265控制二级反应液进料流量计2815检测二级反应液的加入量，并向DCS控制器26发出二级反应液加入量的信号；三级反应控制模块265控制三级反应釜温度传感器2816检测二级反应釜9内的温度，并向DCS控制器26发出三级反应釜10内温度的信号；三级反应控制模块265控制三级反应釜压力传感器2817检测三级反应釜10内的压力，并向DCS控制器26发出三级反应釜10内压力的信号；

同时，可通过三级反应控制模块265向二级反应液调节阀2910或/和三级反应电机2916发出调小或调大的指令，直至为了满足实际需求而设定的参考值，如：控制搅拌转速为80～120r/min、压力为0.08～0.12Mpa等；

F.将经三级反应后所得的三级反应液通入至盘管反应器11中，后固化控制模块266控制三级反应液进料流量计2818检测三级反应液的加入量，并向DCS控制器26发出三级反应液加入量的信号；后固化控制模块266控制盘管反应器温度传感器2819检测盘管反应器11内的温度，并向DCS控制器26发出盘管反应器11内温度的信号；后固化控制模块266控制盘管反应器压力传感器2820检测盘管反应器11内的压力，并向DCS控制器26发出盘管反应器11内压力的信号；

同时，可通过后固化控制模块266向三级反应液调节阀2911发出调小或调大的指令，直至为了满足实际需求而设定的参考值，如：控制温度100～150℃，常压等；

G.将经后固化后所得的产品液通入至分离筒12中，分离控制模块267控制产品液进料流量计2821检测产品液的加入量，并向DCS控制器26发出产品液加入量的信号；

同时，可通过分离控制模块267向产品液调节阀2912发出调小或调大的指令，直至为了满足实际需求而设定的参考值，如：保证分离工序的顺利性和温度性。

以及，其中还涉及对惰性介质加热罐14内惰性介质加热、一级反应釜8内加热、二级反应釜9内加热、三级反应釜10内加热、盘管反应器11内加热等控制，可以采用现有成熟技术，就如：在对应设备外侧套设加热夹套，加热夹套内通入加热介质（加热介质来自加热系统），根据对应的温度传感器和控制阀，进行温度的调整，以满足实际需求。

此外，本控制方法还对清洗工序进行控制，以提高环氧树脂压裂支撑剂制备工艺的自动化和可控化：

1）待产品液分离、收集完毕后，关闭加热系统和配料罐6上出料阀；

2）向配料罐6中加入惰性介质（如：大豆油、棕榈油及甲基硅油），搅拌、冲洗配料罐6，打开配料罐6上出料阀、树脂混合液暂存罐7上进料阀，将配料罐6内残余树脂冲洗，然后，将配料罐6内冲洗液通入至树脂混合液暂存罐7中；

3）打开树脂混合液暂存罐7上出料阀和惰性介质进料阀、一级反应釜8上进料阀，冲洗树脂混合液暂存罐7，然后，将树脂混合液暂存罐7内冲洗液通入至一级反应釜8中；

4）打开一级反应釜8上出料阀、二级反应釜9上进料阀和惰性介质进料阀，采用树脂混合液暂存罐7内冲洗液清洗一级反应釜8，然后，将一级反应釜8内冲洗液通入至二级反应釜9中；

5）打开二级反应釜9上出料阀、三级反应釜10上进料阀，采用一级反应釜8内冲洗液清洗二级反应釜9，然后，将二级反应釜9内冲洗液通入至三级反应釜10中；

6）打开三级反应釜10上出料阀、盘管反应器11上进料阀，采用二级反应釜9内冲洗液清洗三级反应釜10，然后，将三级反应釜10内冲洗液通入至盘管反应器11中；

7）打开盘管反应器11上出料阀、分离筒12上进料阀，采用三级反应釜10内冲洗液清洗盘管反应器11，然后，将盘管反应器11内冲洗液通入至分离筒12中；

8）打开分离筒12上出料阀、惰性介质加热罐14上回流阀，采用盘管反应器11内冲洗液清洗分离筒12，然后，将分离筒12内的冲洗液回流至惰性介质加热罐14内，即使惰性介质直接循环回惰性介质加热罐14内；同时，观察惰性介质加热罐14上的液位计，若液位到4/5时，打开惰性介质储罐13上回流阀，将惰性介质加热罐14内惰性介质输送至惰性介质储罐13，让多余惰性介质循环回惰性介质储罐13内，进而保证整个清洗控制工艺的稳定性、顺利性和有序性；

最后， 打开对应放空阀，并在对应阀门下方放置收集桶，收集管道内残余物料。

实施例4

在实施例1-3的基础上，本实施例提供一种环氧树脂压裂支撑剂的制备工艺，具体包括如下：

S1配料：将环氧树脂、固化剂、促进剂、增韧剂及表面助剂分别投料至配料罐中，在常温常压条件下，搅拌混合，得树脂混合液；

其中，以环氧树脂、固化剂、促进剂、增韧剂及表面助剂重量份数计，配比关系为100：10～100：0.1～10：1～30：0.1～10，控制：环氧树脂、固化剂、促进剂、增韧剂及表面助剂的加料流量分别为450～550cm³/min、450～550cm³/min、200～300cm³/min、100～200cm³/min及50～100cm³/min，搅拌转速为30～100r/min，搅拌时间为20～40min；

S2预固化：将惰性介质储罐中的冷惰性介质以流量为120～140cm³/min通入至树脂混合液暂存罐，然后，将配料罐中的树脂混合液以流量为450～550cm³/min通入至树脂混合液暂存罐中，控制每升冷惰性介质中含有0.05～0.5kg树脂混合液，得分散相；

S3加热：将冷惰性介质通入至惰性介质加热罐中，在100～150℃及常压的条件下加热，得热惰性介质；

其中，设置电加热器：电源380V，热功率28KW；

S4一级反应：控制热惰性介质以流量为800～1200cm³/min通入至一级反应釜中，待一级反应釜内热惰性介质温度稳定在100～150℃后，控制将分散相以流量为100～200cm³/min通入至一级反应釜中，在130～160℃、转速为80～120r/min及压力为0.08～0.12MPa的条件下搅拌，进行一级反应，控制得尺寸分布范围为3～6mm的一级反应液；

S5二级反应：控制将一级反应液以流量为180～220cm³/min通入至二级反应釜中，在100～150℃、转速为80～120r/min及压力为0.08～0.12MPa的条件下搅拌，进行二级反应，控制得尺寸分布范围为0.30～2mm的二级反应液；

S6三级反应：控制将二级反应液以流量为230～270cm³/min通入至三级反应釜中，在100～150℃、转速为80～120r/min的条件下搅拌，进行三级反应；

S7后固化：控制将三级反应液以流量为120～180cm³/min通入至盘管反应器中，在100～150℃及常压的条件下，进行管道后固化，得固化完全的产品液；

S8分离：控制将固化完全的产品液以流量为180～220cm³/min通入至分离筒内，经分离筒中滤网（目数为10～50目，更好的配合于环氧树脂压裂支撑剂产品的尺寸）过滤，即得环氧树脂压裂支撑剂（如图6-7所示）；

更为具体的，上述涉及的低密度环氧树脂压裂支撑剂产品的配方，以质量份数计，包括如下组分：环氧树脂 100份、固化剂 10～100份、促进剂 0.1～10份、增韧剂1～30份、表面助剂0.1～10份及惰性介质200～2000份；

低密度环氧树脂压裂支撑剂的指标包括：密度为≤1.18g/cm³，圆度≥0.9，球度≥0.9，抗破碎率≤3％，酸溶解度≤0 .2％，尺寸分布范围为300～2000μm。

更为具体的，环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-51、双酚A型环氧树脂E-44、双酚A型环氧树脂E-20、双酚F型环氧树脂NPEF170、酚醛型环氧树脂F-44、酚醛型环氧树脂F-51及多官能团环氧AG-80、SK-0430中的一种或任意两种以上的混合。对该环氧树脂的进一步限定，能较好的参与交联网络，提供优异的力学性能，保持环氧树脂支撑剂的高抗破碎率。

更为具体的，固化剂为改性己二胺、双氰胺、改性咪唑、酸酐及酚醛树脂中的一种或任意两种以上的混合。对该固化剂的进一步限定，能较好的固化原料环氧树脂，提供交联网络。

更为具体的，促进剂为苯基二甲脲、2，4甲苯双二甲脲、2，4，6-三（二甲胺基甲基）苯酚、N,N-二甲基苄胺、三乙醇胺、2-甲基咪唑及改性咪唑中的一种或任意两种以上的混合。对该促进剂的进一步限定，能较好的促进固化剂固化原料环氧树脂。

更为具体的，增韧剂为聚醚型增韧剂、聚氨酯型增韧剂、聚四氢呋喃增韧剂、丁腈橡胶增韧剂及潜伏性聚氨酯增韧剂中的一种或任意两种以上的混合。对该增韧剂的进一步限定，能较好的为固化后的环氧树脂提供韧性交联网络，进而保证本环氧树脂压裂支撑剂的性能指标，以满足实际需求。

更为具体的，表面助剂为聚丙烯酸类、有机硅聚合物类、改性聚丙烯酸类、改性有机硅类中的一种或任意两种以上的混合。对该表面助剂的进一步限定，能较好的帮助环氧树脂混合液成圆球状，并分散在惰性介质中。

更为具体的，惰性介质为大豆油、棕榈油及甲基硅油（粘度1000～10000mPa•s）中的一种或任意两种以上的混合。对该惰性介质的进一步限定，能较好的提供产品成型的环境，保证分散成圆球状的环氧树脂固化成型为圆球状颗粒。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统，其特征在于，设置在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中，所述环氧树脂压裂支撑剂制备系统包括环氧树脂储罐（1）、固化剂储罐（2）、促进剂储罐（3）、增韧剂储罐（4）、表面助剂储罐（5）、配料罐（6）、树脂混合液暂存罐（7）、一级反应釜（8）、二级反应釜（9）、三级反应釜（10）、盘管反应器（11）和分离筒（12），配料罐（6）、树脂混合液暂存罐（7）、一级反应釜（8）、二级反应釜（9）、三级反应釜（10）、盘管反应器（11）和分离筒（12）之间形成环氧树脂压裂支撑剂制备的连续通路；

所述控制系统包括DCS控制器（26），DCS控制器（26）通过数据输入接口连接有人机界面（27），DCS控制器（26）通过数据反馈接口连接有数据采集单元（28），DCS控制器（26）通过数据输出接口连接有执行单元（29）；

所述DCS控制器（26）包括配料控制模块（261）、预固化控制模块（262）、一级反应控制模块（263）、二级反应控制模块（264）、三级反应控制模块（265）、后固化控制模块（266）和分离控制模块（267）；

所述数据采集单元（28）设置在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中，数据采集单元（28）包括用于环氧树脂压裂支撑剂制备工艺中数据采集及传输的传感器群（280）；

所述执行单元（29）设置在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中，执行单元（29）包括用于环氧树脂压裂支撑剂制备和调控的设备群（290）。

2.根据权利要求1所述的用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统，其特征在于，所述传感器群（280）包括与配料控制模块（261）连接的环氧树脂进料流量计（2801）、固化剂进料流量计（2802）、促进剂进料流量计（2803）、增韧剂进料流量计（2804）和表面助剂进料流量计（2805），与预固化控制模块（262）连接的树脂混合液进料流量计（2806）和冷惰性介质进料流量计Ⅰ（2807），与一级反应控制模块（263）连接的分散相进料流量计（2808）、热惰性介质进料流量计（2809）、一级反应釜温度传感器（2810）和一级反应釜压力传感器（2811），与二级反应控制模块（264）连接的一级反应液进料流量计（2812）、二级反应釜温度传感器（2813）和二级反应釜压力传感器（2814），与三级反应控制模块（265）连接的二级反应液进料流量计（2815）、三级反应釜温度传感器（2816）和三级反应釜压力传感器（2817），

与后固化控制模块（266）连接的三级反应液进料流量计（2818）、盘管反应器温度传感器（2819）和盘管反应器压力传感器（2820），与分离控制模块（267）连接的产品液进料流量计（2821）。

3.根据权利要求2所述的用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统，其特征在于，所述环氧树脂进料流量计（2801）设在环氧树脂储罐（1）与配料罐（6）之间的环氧树脂进料管（15）上，固化剂进料流量计（2802）设在固化剂储罐（2）与配料罐（6）之间的固化剂进料管（16）上，促进剂进料流量计（2803）设在促进剂储罐（3）与配料罐（6）之间的促进剂进料管（17）上，增韧剂进料流量计（2804）设在增韧剂储罐（4）与配料罐（6）之间的增韧剂进料管（18）上，表面助剂进料流量计（2805）设在表面助剂储罐（5）与配料罐（6）之间的表面助剂进料管（19）上；

树脂混合液进料流量计（2806）设在配料罐（6）与树脂混合液暂存罐（7）之间的输送管Ⅰ（20）上，冷惰性介质进料流量计Ⅰ（2807）设在惰性介质储罐（13）与树脂混合液暂存罐（7）之间的冷惰性介质输送管（21）上；

分散相进料流量计（2808）设在树脂混合液暂存罐（7）与一级反应釜（8）之间的输送管Ⅱ（22）上，热惰性介质进料流量计（2809）设在惰性介质加热罐（14）与一级反应釜（8）之间的热惰性介质输送管（23）上，一级反应釜温度传感器（2810）和一级反应釜压力传感器（2811）均设置在一级反应釜（8）压力上；

一级反应液进料流量计（2812）设在一级反应釜（8）与二级反应釜（9）之间的输送管Ⅲ（24）上，二级反应釜温度传感器（2813）和二级反应釜压力传感器（2814）均设置在二级反应釜（9）；

二级反应液进料流量计（2815）设在二级反应釜（9）与三级反应釜（10）之间的输送管Ⅳ（25）上，三级反应釜温度传感器（2816）和三级反应釜压力传感器（2817）均设置在三级反应釜（10）上；

三级反应液进料流量计（2818）设在三级反应釜（10）与盘管反应器（11）之间的输送管Ⅴ（26）上，盘管反应器温度传感器（2819）和盘管反应器压力传感器（2820）均设置在盘管反应器（11）上；

产品液进料流量计（2821）设在盘管反应器（11）与分离筒（12）之间的输送管Ⅵ（27）上。

4.根据权利要求3所述的用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统，其特征在于，所述设备群（290）包括设在环氧树脂进料管（15）上环氧树脂调节阀（2901）、设在固化剂进料管（16）上固化剂调节阀（2902）、设在促进剂进料管（17）上的促进剂调节阀（2903）、设在增韧剂进料管（18）上的增韧剂调节阀（2904）、设在表面助剂进料管（19）上的表面助剂调节阀（2917）、设在输送管Ⅰ（20）上的树脂混合液调节阀（2905）、设在冷惰性介质输送管（21）上的冷惰性介质调节阀（2906）、设在输送管Ⅱ（22）上的分散相调节阀（2907）、设在热惰性介质输送管（23）上的热惰性介质调节阀（2908）、设在输送管Ⅲ（24）上的一级反应液调节阀（2909）、设在输送管Ⅳ（25）上的二级反应液调节阀（2910）、设在输送管Ⅴ（26）上的三级反应液调节阀（2911）、设在输送管Ⅵ（27）上的产品液调节阀（2912）。

5.根据权利要求3所述的用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统，其特征在于，所述设备群（290）还包括设在配料罐（6）上的配料电机（2913）、设在一级反应釜（8）上的一级反应电机（2914）、设在二级反应釜（9）上的二级反应电机（2915）和设在三级反应釜（10）上的三级反应电机（2916）。

6.根据权利要求1所述的用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统，其特征在于，所述DCS控制器（26）还包括惰性介质加热控制模块（268），传感器群（280）还包括与惰性介质加热控制模块（268）连接的冷惰性介质进料流量计Ⅱ（2822）和惰性介质加热罐温度传感器（2823），冷惰性介质进料流量计Ⅱ（2822）设在惰性介质储罐（13）与惰性介质加热罐（14）之间的管线上，惰性介质加热罐温度传感器（2823）设在惰性介质加热罐（14）上。

7.根据权利要求1所述的用于环氧树脂压裂支撑剂制备的控制系统，其特征在于，所述DCS控制器（26）还包括报警控制模块（269），报警控制模块（269）连接有报警灯和扩音器，报警灯和扩音器分布在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中；

DCS控制器（26）还包括清洗控制模块（270），清洗控制模块（270）连接有清洗泵，清洗泵分布在环氧树脂压裂支撑剂制备系统中。