专利名称：膜分离制氮装置的单片机测控方法
技术领域：
本发明涉及一种膜分离制氮装置的单片机测控方法。
背景技术：
气体钻井(根据使用循环介质的不同)一般可分为:空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、尾气钻井等不同种类，其中尤以空气钻井以空气的廉价性、无限性、易得性而具有别的气体钻井形式无法比拟的优势。但对空气钻井，由于空气中含有大量助燃剂氧气，当使用空气钻井至储层附近时，很容易与储层附近的易燃气体混合而被点燃继而产生燃烧或爆炸。气体钻井就是采用以气体为主要循环流体的欠平衡钻井技术。20世纪30年代的美国开始研究气体钻井技术。但由于当时的技术水平、装备及认识等原因，没有得到规模化应用。直至20世纪60年代，随着空气钻井马达等的问世以及各种设备的不断完善，气体钻井技术又重新受到人们的重视。氮气钻井作为气体钻井的一种，因其不仅具有气体钻井技术的优越性；具有钻井介质的廉价性、无限性、而且具有遇可燃气体不发生燃烧或爆炸的安全性及防止腐蚀、延长钻头寿命、提高钻达井深的成功率、大大降低钻探成本等优势，而成为近几年油气开发研究者们非常关注的课题之一。而制氮设备作为氮气钻井中制取钻井介质——氮气的关键设备也就越来越多的受到人们的重视。近几年以来，随着制膜工艺的不断发展，膜分离制氮成为制取氮气的一种新型科学制氮方法。膜分离法制氮的研究和发展推动了膜分离制氮设备的发展，给氮气钻井注入了新的活力，大大加快了氮气钻井的推广应用。随着空气钻井技术的日益成熟，作为其配套使用或者说必要辅助手段的氮气钻井技术的提高也越来越受到人们的重视。与空气钻井比较，氮气钻井技术的关键即氮气生产设备。氮气生产设备的各项性能指标的提高可使氮气钻井技术得以更广泛使用，从而有效地解决储层或某些特殊工况情况下可能产生的井下燃烧和爆炸以及钻井施工中的恶性井漏，压差卡钻、钻井速度慢等技术性难题，能在钻进油气层井段时，做到“零污染”，对于及时保护和发现低压、低饱和、低渗透率油层(油气藏)，对提高油井单井产量和采收率具有显著效果，并可提高钻速5-10倍。因此，通过对当前现有装置进行分析研究，找出其存在的不足和缺点，从而对其进行改进，以达到使其结构布局合理、降低成本、使用维护方便、能耗低、压力损失小等技术指标，就显得尤为重要和迫切。这样不仅降低了设备制造成本，降低能量消耗，推动膜制氮装置的更广泛应用，而且为我国氮气钻井的普及，油气开采工艺更先进、更科学、取得更高的经济效益和社会效益提供了生产先进生产设备的基础。氮气钻井是欠平衡钻井技术的一种，它的循环流体是干燥氮气。氮气钻井首次使用是在二十世纪中后期。我国的氮气钻井技术研究始于上个世纪八十年代，虽然取得一些成果，但因制氮设备未能解决，使研究出的成果难以转化为生产力，没有得到及时应用。上个世纪九十年代，随着制氮工艺的发展和制氮设备的研制成功，氮气钻井技术的研究与应用又一次被广泛重视起来。首先是辽河油田试用成功，逐步推广到胜利、江汉等油田，但当时还未用在欠平衡钻井上。直到2000年12月，胜利油田钻井四公司一先进钻井队用国产钻机钻探的云南武定县云参科研一井，首次采用氮气钻井技术钻进，获得一次成功，开了先河。此后，氮气钻井技术在吐哈、新疆、四川、辽河、江汉等油田分别获得成功。2004年至2005年，吐哈油田欠平衡钻井技术得到迅速发展，先后在窿14井、中石化鄂尔多斯D12-1井、红台2-15井、红台2-17井、红台2-4井等8 口井采用欠平衡钻井技术，其中有5 口井在储层段进行全过程欠平衡纯氮气钻井。其中红台2-15井是国内首次进行全过程欠平衡纯氮气钻井，取得显著效果，获得的高产油气流是常规钻井的10-15倍。证实了这项新技术在油田勘探开发中有良好的经济效益和广阔的推广应用前景。尽管当前我国的一些油气田已经采用了氮气钻井对油气井进行开采，并取得一些成绩，但与国外相比，目前我国氮气钻井的差距仍然较大，这不仅反映在技术装备的配套和研制水平上，还反映在工艺方法和基础理论研究上，而且在多工艺综合技术上尚未起步。当前阶段，随着制造氮气的技术在国内外的不断发展，尤其膜制氮技术，以其独特的优势脱颖而出，成为氮气钻井中氮气制造的主要技术方法，并推动了氮气制造设备的不断发展。我国的很多油田现用制氮设备均来自这些公司。我国当前也有一些公司可生产膜分离制氮设备，但油气钻井用膜分离制氮设备当前国内还没有厂家生产。但无论外国设备还是国产设备当前阶段都有局限于满足使用要求的设计思路，这样内部结构的科学性、设备的效率、耗能控制、使用维护的方便性、某些部件的合理性等问题都有待改善和提高，尤其在线检测还是该类产品的一个空白。膜分离制氮装置原机中的过滤器对滤芯是否需要更换，采用的是压差估计法-即每个过滤器后面安装一个压差表，当过滤器前后压差达到一定数值时，就断定该过滤器的滤芯已经达不到所要求的精度，其滤芯已需要进行更换。这种方法缺乏严谨的科学性，只是从理论角度，大致估计滤芯的工作状况。这样在确保压缩空气高洁净度的设计思路下，势必造成滤芯更换过于频繁，滤芯过滤资源让费，增大生产成本。另外，该装置设计使用的后冷却器没有温度控制部分，无论压缩空气温度高低后冷却器总是处于降温状态，实际使用时将增大生产成本并造成极大的能源让费。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种膜分离制氮装置的单片机测控方法，该膜分离制氮装置的单片机测控方法实现了对后冷却器中气体温度的检测，并根据气体温度的高低控制后冷却器的启动和关闭；实现了对过滤器中气体洁净度的检测，并将测得数据与设计要求进行比较，如超出设计要求则发出报警，以提示需更换过滤器滤芯。本发明的目的通过下述技术方案实现:膜分离制氮装置的单片机测控方法，其特征在于，包括以下步骤:(a)首先，通过与被控对象相连的传感器组实时采集被控数据；(b)被采集到的被控参数通过滤波器进行过滤后，进入A/D转换器；(C)通过A/D转换器对被控参数进行模数转换后，进入单片机；(d)单片机对被控参数进行处理，实施控制算法并决定进一步的控制过程；
(e)控制参数进入D/A转换器进行数模转换后，进入执行机构；(f)执行机构根据决策，适时地对控制机构发出控制信号实现实时控制。所述步骤(a)中，被控数据包括膜分离制氮系统的温度、湿度、灰尘密度、油气比例。所述步骤(b)中，被控参数首先通过隔离放大器进行信号放大以后，再进入滤波器。所述步骤(b)中，被控参数进入滤波器进行过滤后，然后经采样保持器和多路开关，进入A/D转换器。本发明所用的单片机测控系统，主要由依次相连的传感器组、滤波器、A/D转换器、单片机、D/A转换器、执行机构构成，所述传感器组与执行机构均与被控对象相连。所述传感器组包括温度传感器、湿度传感器、灰尘传感器、油气传感器。所述传感器组和滤波器之间还设置有隔离放大器。所述滤波器和A/D转换器之间还设置有采样保持器。所述采样保持器与A/D转换器之间通过多路开关相连。所述D/A转换器与执行机构之间通过多路开关相连。所述执行机构包括冷却器继电器和三个报警器继电器。综上所述，本发明的有益效果是:实现了对后冷却器中气体温度的检测，并根据气体温度的高低控制后冷却器的启动和关闭；实现了对过滤器中气体洁净度的检测，并将测得数据与设计要求进行比较，如超出设计要求则发出报警，以提示需更换过滤器滤芯。
图1为本发明所用系统的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。实施例:本发明涉及的膜分离制氮装置的单片机测控方法，包括以下步骤:(a)首先，通过与被控对象相连的传感器组实时采集被控数据；(b)被采集到的被控参数通过滤波器进行过滤后，进入A/D转换器；(c)通过A/D转换器对被控参数进行模数转换后，进入单片机；(d)单片机对被控参数进行处理，实施控制算法并决定进一步的控制过程；(e)控制参数进入D/A转换器进行数模转换后，进入执行机构；(f)执行机构根据决策，适时地对控制机构发出控制信号实现实时控制。所述步骤(a)中，被控数据包括膜分离制氮系统的温度、湿度、灰尘密度、油气比例。所述步骤(b)中，被控参数首先通过隔离放大器进行信号放大以后，再进入滤波器。所述步骤(b)中，被控参数进入滤波器进行过滤后，然后经采样保持器和多路开关，进入A/D转换器。本发明所用系统如图1所示，主要由依次相连的传感器组、滤波器、A/D转换器、单片机、D/A转换器、执行机构构成，所述传感器组与执行机构均与被控对象相连。所述传感器组包括温度传感器、湿度传感器、灰尘传感器、油气传感器。所述传感器组和滤波器之间还设置有隔离放大器。所述滤波器和A/D转换器之间还设置有采样保持器。所述采样保持器与A/D转换器之间通过多路开关相连。所述D/A转换器与执行机构之间通过多路开关相连。所述执行机构包括冷却器继电器和三个报警器继电器。单片机:单片机目前市场上单片机的型号和种类相当繁多，4位机、8位机、16位机、32位机各有其相应的应用范围和具体情况，8位机和16位机仍是当前单片机应用领域应用最为广泛的两种机型；在膜分离制氮装置中，我们根据能满足当前使用，又能有一定的待扩展性的原则，认为可以选用AT89S51型单片机。A/D转换器:在单片机测控系统中，被采用的实时信号有许多是连续变化的物理量。由于单片机只能处理数字量，所以就需要将连续变化的物理量转换成数字量，即A/D转换。A/D转换器的功能就是实现A/D转换，并且其性能对测控系统的性能也有较大的影响。D/A转换器:实际应用中，计算机处理的结果往往与需要转换成模拟量，以便实现对被控对象的控制，将数字量转换成模拟量的过程称为数字-模拟转换(D/A转换)，使用的转换器件称为D/A转换器。本系统可以选用DAC0832或着DAC1210型D/A转换器，它们不仅具有数据锁存器，而且还提供地址译码电路等特点。隔离放大器:对于使用传感器的测量仪器，其地电位发生变化不仅仅是公共阻抗造成的，它与仪表和信号源之间的地电位差以及电磁感应产生的共模噪声有很大关系。为防止共模噪声串入系统，我们可以采用专用的隔离放大器。与此同时，隔离放大器的线性和稳定好，共模抑制比高，应用电路简单，放大增益可变，非常适用工业自动化检测。滤波器:在实际使用中，对信号作分析和处理时，常会遇到无用信号叠加于有用信号的问题，这就需要从接收到的信号中，根据有用信号和噪声的不同特性，消除或减弱干扰噪声，提取有用信号，实现这个滤波功能的系统就称为滤波器。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.膜分离制氮装置的单片机测控方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)首先，通过与被控对象相连的传感器组实时采集被控数据； (b)被采集到的被控参数通过滤波器进行过滤后，进入A/D转换器； (c)通过A/D转换器对被控参数进行模数转换后，进入单片机； (d)单片机对被控参数进行处理，实施控制算法并决定进一步的控制过程； (e)控制参数进入D/A转换器进行数模转换后，进入执行机构； (f)执行机构根据决策，适时地对控制机构发出控制信号实现实时控制。
2.根据权利要求1所述的膜分离制氮装置的单片机测控方法，其特征在于，所述步骤(a)中，被控数据包括膜分离制氮系统的温度、湿度、灰尘密度、油气比例。
3.根据权利要求1所述的膜分离制氮装置的单片机测控方法，其特征在于，所述步骤(b)中，被控参数首先通过隔离放大器进行信号放大以后，再进入滤波器。
4.根据权利要求1所述的膜分离制氮装置的单片机测控方法，其特征在于，所述步骤(b)中，被控参数进入滤波器进行过滤后，然后经采样保持器和多路开关，进入A/D转换器。
全文摘要
本发明公开了一种膜分离制氮装置的单片机测控方法，包括(a)通过与被控对象相连的传感器组实时采集被控数据；(b)被采集到的被控参数通过滤波器进行过滤；(c)通过A/D转换器对被控参数进行模数转换；(d)单片机对被控参数进行处理，实施控制算法并决定进一步的控制过程；(e)控制参数进入D/A转换器进行数模转换后，进入执行机构；(f)执行机构根据决策，适时地对控制机构发出控制信号实现实时控制。本发明实现了对后冷却器中气体温度的检测，并根据气体温度的高低控制后冷却器的启动和关闭；实现了对过滤器中气体洁净度的检测，并将测得数据与设计要求进行比较，如超出设计要求则发出报警，以提示需更换过滤器滤芯。
文档编号G05B19/042GK103105802SQ20111038489
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者李星月 申请人:李星月