油田現(xiàn)場(chǎng)消泡裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)

曹利華，徐瑞恒，潘瀚

1山東大學(xué)工程訓(xùn)練中心；2山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院

油田現(xiàn)場(chǎng)消泡裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)

曹利華1，徐瑞恒2，潘瀚2

1山東大學(xué)工程訓(xùn)練中心；2山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院

泡沫鉆井液具有的降低壓持效應(yīng)、加快機(jī)械鉆速等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于低壓易漏地層的鉆井領(lǐng)域，但是現(xiàn)場(chǎng)存在泡沫堆積問(wèn)題難以解決。利用負(fù)壓和熱輻射原理消泡裝置，可以提高消泡速率，解決此類(lèi)問(wèn)題。本文重點(diǎn)介紹了該裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理。

消泡；熱輻射；負(fù)壓；自動(dòng)控制

在泡沫鉆井過(guò)程中，應(yīng)用泡沫鉆井液可以達(dá)到減小對(duì)儲(chǔ)層傷害、減小濾失量、降低靜液柱壓力、增強(qiáng)助排能力以及攜砂性能等效果。但在地面生成的泡沫通過(guò)鉆桿注入井中，然后經(jīng)環(huán)空排出，這個(gè)過(guò)程需要大量的泡沫。如果對(duì)這些泡沫進(jìn)行收集、輸運(yùn)和流轉(zhuǎn)需要大量的人力、物力成本，所以對(duì)它們進(jìn)行消除且不損壞基液性質(zhì)，從而可以循環(huán)利用成為一種更好的選擇。目前，泡沫消除的方法有物理法和化學(xué)法。相對(duì)于化學(xué)法急劇降低泡沫基液的起泡能力來(lái)說(shuō)，物理法以其良好的可循環(huán)利用性成為消泡的優(yōu)先選擇。現(xiàn)有的物理消泡工藝一般采用機(jī)械沖擊和加熱等方法，但目前已有設(shè)備自動(dòng)化程度低，現(xiàn)場(chǎng)操作使用需要配置專(zhuān)業(yè)人員。本文介紹一種基于PLC，操作觸摸屏顯示和控制消泡裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)，應(yīng)用負(fù)壓和熱輻射兩種物理方法，實(shí)現(xiàn)泡沫的快速消除，且在此過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

利用負(fù)壓和熱輻射消除鉆井液泡沫的消泡裝置,主體結(jié)構(gòu)包括一個(gè)圓柱形罐體容器，頂部帶有泡沫入口、氣體出口并裝有帶壓力傳感器的壓力計(jì)，泡沫入口連接控制閥門(mén)；氣體出口連接真空泵；罐體容器內(nèi)部上方設(shè)置帶孔隔板,帶孔隔板下方設(shè)置熱輻射部件，罐體容器內(nèi)部中間位置位于熱輻射部件下方設(shè)置傘狀板,熱輻射部件和傘狀板中間設(shè)置溫度傳感器；罐體容器側(cè)面中、下部設(shè)有液位傳感器，罐體容器外圍覆蓋一層伴熱帶；罐體容器底部帶有排液排渣口，排液排渣口連接水泵；壓力計(jì)上的壓力傳感器、溫度傳感器及液位傳感器分別和PLC控制系統(tǒng)相連接；PLC控制系統(tǒng)分別和真空泵、熱輻射部件、伴熱帶及水泵的電源控制開(kāi)關(guān)相連接。

2.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本消泡裝置中的自動(dòng)控制系統(tǒng)，屬自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，包括PLC可編程控制器、模擬量擴(kuò)展模塊、傳感器、熱繼電開(kāi)關(guān)、人機(jī)界面（觸摸屏）和被控制設(shè)備，其中被控制設(shè)備包括真空泵、水泵、進(jìn)液開(kāi)關(guān)和熱輻射部件。PLC可編程控制器的輸入端連接模擬量擴(kuò)展模塊的輸出，輸出端連接四個(gè)熱繼電器開(kāi)關(guān)，人機(jī)界面（觸摸屏）用RS232接口線與PLC可編程控制器相連接，模擬量擴(kuò)展模塊的輸入連接溫度傳感器、液位傳感器和壓力傳感器，四個(gè)熱繼電器開(kāi)關(guān)分別連接真空泵、水泵、進(jìn)液開(kāi)關(guān)和熱輻射部件。實(shí)際工作中，用戶(hù)可以在觸摸屏上直接控制設(shè)備的啟?；蛟O(shè)置相應(yīng)的溫度、液位和壓力參數(shù)使其自動(dòng)運(yùn)行，自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)模擬量擴(kuò)展模塊將傳感器探測(cè)的溫度、液位和壓力值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制值，CPU將這些值與用戶(hù)在觸摸屏上設(shè)置的數(shù)值作比較，輸出控制信號(hào)控制真空泵、水泵、進(jìn)液開(kāi)關(guān)和熱輻射部件的啟停。同時(shí)PLC可編程控制器連接觸摸屏，將對(duì)應(yīng)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示在觸摸屏屏幕上，用戶(hù)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)際情況在觸摸屏相應(yīng)界面設(shè)置系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，在運(yùn)行操作界面可以實(shí)時(shí)監(jiān)視并控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

3.工作原理

為了克服現(xiàn)有背景技術(shù)所存在的缺陷和不足，以實(shí)現(xiàn)消泡裝置的自動(dòng)控制，本發(fā)明提供通過(guò)在觸摸屏上設(shè)置消泡裝置的進(jìn)液時(shí)間，設(shè)置溫度傳感器、液位傳感器和壓力傳感器的上下限值，來(lái)控制各個(gè)開(kāi)關(guān)的啟停，從而達(dá)到快速自動(dòng)消泡的目的，具體原理如下：

①打開(kāi)本自動(dòng)控制系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)，待觸摸屏開(kāi)機(jī)后點(diǎn)擊屏幕中央的圖標(biāo)進(jìn)入菜單界面，分別點(diǎn)擊系統(tǒng)簡(jiǎn)介和操作規(guī)程可查看相應(yīng)的簡(jiǎn)介以及操作注意事項(xiàng)。

②點(diǎn)擊菜單欄的運(yùn)行操作進(jìn)入到運(yùn)行操作界面。點(diǎn)擊手動(dòng)自動(dòng)切換按鈕設(shè)置系統(tǒng)工作狀態(tài)為自動(dòng)模式或手動(dòng)模式，系統(tǒng)默認(rèn)工作在自動(dòng)模式。手動(dòng)模式下，可直接通過(guò)觸摸屏上的按鈕控制真空泵、水泵、進(jìn)液開(kāi)關(guān)和熱輻射部件的啟停。

③自動(dòng)模式下，點(diǎn)擊設(shè)置按鈕可設(shè)置參數(shù)。設(shè)置開(kāi)始排液為80CM，停止排液為0CM；開(kāi)始加熱為50℃，停止加熱為100℃；開(kāi)始抽氣為-0.06Mpa,停止抽氣為-0.08Mpa。參數(shù)設(shè)置完成后返回主界面。

④點(diǎn)擊進(jìn)液開(kāi)關(guān)按鈕，打開(kāi)進(jìn)液開(kāi)關(guān)，泡沫通過(guò)泡沫入口通入圓柱形容器內(nèi)，泡沫通入速度為2-4m3/min。

⑤泡沫在系統(tǒng)控制下自動(dòng)消除，消除后的泡沫基液從排液排渣口排出。

⑥待消泡結(jié)束后關(guān)閉系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)。

4.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在油田應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，以0.5%十二烷基硫酸鈉和0.1%聚丙烯酰胺做為泡沫基液時(shí)，泡沫干度為85%，在次參數(shù)下進(jìn)行實(shí)際消泡，泡沫能夠完全消除且泡沫基液能夠及時(shí)排出。

此控制系統(tǒng)分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式，自動(dòng)模式下工作，操作人員在觸摸屏上設(shè)置控制系統(tǒng)的溫度、液位和壓力參數(shù)，通過(guò)比較消泡裝置的溫度、液位和壓力傳感器檢測(cè)到的實(shí)時(shí)值作為指令，控制開(kāi)關(guān)的啟停；手動(dòng)模式下工作，操作人員可以在觸摸屏上直接控制真空泵、水泵、進(jìn)液開(kāi)關(guān)以及熱輻射部件的啟停。同時(shí)，觸摸屏可以實(shí)時(shí)顯示整個(gè)裝置的運(yùn)行參數(shù)，便于現(xiàn)場(chǎng)操作，也增加了消泡效率。

結(jié)語(yǔ)

①采用負(fù)壓和熱輻射原理的消泡裝置，解決了油田現(xiàn)場(chǎng)泡沫堆積問(wèn)題，提高了消泡效率；

②自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，大大節(jié)約了人力成本，提供工作效率。

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曹利華，男，漢，山東濰坊人，山東大學(xué)工程訓(xùn)練中心，碩士研究生，電子與通信工程，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：電子通信，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)。