专利名称：破胶剂精确控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油压裂施工辅助设备，主要是用于压裂过程中对破 胶剂加入量的自动精确控制的破胶剂精确控制装置。
背景技术：
压裂依然是地层增产改造的主要手段，为了后期压裂液体的顺利返 排，必须在压裂液体中加入破胶剂。国内外油田大量使用水基压裂液破胶 微胶囊破胶剂。微胶囊破胶剂是在过硫酸铵表面包结一层防止水侵入的绝 缘包衣，绝缘包衣对破胶剂具有屏蔽作用，并在一定的条件下释放，从而达 到了延缓破胶的目的。微胶囊破胶剂具有良好的缓释性能，使压裂液在施 工中能保持较高的携砂能力，防止压裂液提前破胶，压裂液破胶化水彻底， 提高压裂液的反排效果，减少对地层及支撑剂的伤害，提高增产效果。尽 管微胶囊破胶剂具有很好的物理和化学性质，但对加入的数量和方式也有 比较严格的要求。如果破胶剂的加入时机、数量和楔形加入斜率不正确， 要么会影响压裂的正常施工，要么会影响后期入地液体的正常返排，压裂 液返排在很大程度上决定了地层改造后产出效果，如何通过破胶剂添加量 楔形加入的精确控制、计量、记录和跟踪，从而探索破胶剂对施工液体携 砂能力、摩阻等特性和后续排液效果的影响，在保证顺利高效地完成压裂 施工任务的同时，最大程度的返排入地液体是我们急需解决的问题。
由于设备和控制方面的原因，目前没有专门针对微胶囊破胶剂加入的 专用装置和专用楔形控制设备，我国油田的微胶囊破胶剂的加入仍大量采 用人工加入的方法，很难做到加入量的精确控制和楔形加入方式，为此， 通过该破胶剂精确控制装置，实现破胶剂的楔形加入自动控制，并可实 现计算机监控和记录相关数据，为更加科学的开发油气田提供了技术保 障。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种破胶剂精确控制装置，通过实现破胶剂的楔形加入自动控制，并用计算机监控和记录相关数据，在压裂作业以后通 过回访现场实际排液效果和地层产能情况，得到破胶剂科学加入时机、数 量和楔形加入斜率的真实数据，为压裂施工的顺利进行和地层液体的顺利 排出提供科学数据和依据。
本实用新型的目的是这样实现的， 一种破胶剂精确控制装置，其特征 是齿轮减速机通过联轴器与螺旋液压马达相连，破胶剂箱体通过法兰固 定在齿轮减速机一端，螺杆穿入破胶剂箱体与齿轮减速机输出轴相连，破 胶剂箱体侧壁有螺杆延伸管线，管线下方有出料口，快卡封闭在破胶剂箱 体延伸管线端口上，并将螺杆限定在螺杆与齿轮减速机输出轴水平轴线上； 螺旋液压马达与控制机构电连接，通过的控制机构控制信号带动螺旋旋转， 将破胶剂加入压裂液。
所述的破胶剂箱体为两侧呈梯形状并加有端盖的密闭箱体，箱体下端 为可容纳螺杆圆锥状结构。
所述的螺杆的尺寸为外径63. 5mm，轴径20. 0mm，叶厚2. Omm，导程 30. 0腿；或者为外径55mm，轴径20. Omm，叶厚2. 0咖，导程30. Omm。
所述的齿轮减速机的减速比为1/50，或者为1/15。
所述的控制机构包括单片机控制单元、接口电路单元I/0 box、触摸 显示屏、液压马达减速和输送螺旋机械单元、转速传感回馈单元，触摸显 示屏通过接口电路单元I/O box与单片机连接，液压马达减速和输送螺旋 机械单元与单片机D/A转换电路的输出端电连接，转速传感回馈单元与单 片机输入口电连接。
本实用新型的特点是通过该装置对破胶剂的精确加入控制，可以实现
微胶囊破胶剂的自动控制楔形加入，在节约劳动力的同时，加入量和加入 形式更加科学合理，所有数据都可以记录保存，通过结合后期排液效果跟 踪，可以摸索不同区块破胶剂的加入模式，保证最好的施工效果和后期排 液效果，使地层产能得到最大的释放，创造更好经济效益。在作业中可以 进一歩提高设备整体自动化控制水平，减少人为因素对施工的影响，提高 服务水平。
下面结合实施例附图对本实用新型做进一步说明。图1为实施例螺旋执行机械结构示意图； 图2是图1的左视图； 图3是图1的俯视图4为单片机自动控制数据采集系统流程图。
图中1、齿轮减速机；2、法兰；3、螺杆；4、快卡；5、出料口； 6、
破胶剂箱体。
具体实施方式
实施例如图1、图2、图3所示，齿轮减速机1通过联轴器与螺旋液压 马达相连，破胶剂箱体6通过法兰2固定在齿轮减速机1 一端，破胶剂箱 体6为两侧呈梯形状并加有端盖的密闭箱体，箱体下端为可容纳螺杆3圆 锥状结构。螺杆3穿入破胶剂箱体6与齿轮减速机1输出轴相连，破胶剂 箱体6侧壁有螺杆3延伸管线，管线下方有出料口 5，快卡4封闭在破胶剂 箱体6延伸管线端口上，并将螺杆3限定在螺杆3与齿轮减速机1输出轴 水平轴线上；螺旋液压马达通过单片机或手动旋钮的控制信号带动螺旋旋 转，将破胶剂加入压裂液。
通过一套手动自动切换装置，螺旋液压马达可以选择接受来自单片机 或者手动旋钮的控制信号，通过减速装置齿轮减速机l，带动螺杆3旋转， 从而将破胶剂加入压裂液。为了满足破胶剂最大量程和最小量程超过一百 倍的控制范围，我们使用了两套不同尺寸的螺杆，螺杆3的尺寸为外径 63. 5mm，轴径20. 0mm，叶厚2. 0mm，导程30. 0mm。或者为外径55mm，轴径 20.0mm，叶厚2. Omm，导程30. Omm。设置的不同的减速比，齿轮减速机1的 减速比为l/50或者为1/15。由单片机自动进行接力控制。同时，为了满足 控制的连续性和线性，两只螺杆3的控制范围设定了合理的控制折叠区， 保证的全部加入过程的精确添加。
本装置控制机构由电控液压系统组成，如图4所示该系统由五个部 分组成
第一部分为单板机控制单元。单片机是自动控制中心和输入通道，输出 通道以及PID控制通道等所有输入、输出通道控制参数的存储中心。在自 动控制模式下，目标任务被计算成螺旋转速控制数字信号，经单片机附带 D/A转换电路，转换成控制电流，经放大电路驱动电磁阀，控制液压系统压力和排量，从而控制输送螺旋转速，控制添加剂添加量。过程控制采用PID
控制，实现螺旋转速的实时精确控制，将误差保持在5%以下。第二部分为 接口电路单元(I/O box)。 I/O box的作用主要是实现触摸显示屏和单片 机之间的通讯。通过I/O box，单片机和触摸显示屏可以用RS232串口连接， 同时实现远程各项数据资料录取。第三部分为显示及输入单元(触摸显示 屏)。触摸显示屏相当于集中了计算机的显示器和健盘的功能，它是单片机 的程序指令输入和显示输出机构。第四部分为液压马达、减速装置和输送 螺旋机械单元。第五部分为转速传感回馈单元。
K65触摸屏是参数输出和输入单元，通过接口和显示驱动模块连接到单 片机，可以接收显示来自单片机的各种控制数据信息，同时也可以通过触 摸屏输入各项控制系数、任务参数以及需要单片机完成的控制指令。单片 机根据预先设定的指令，根据设定的不同种类破胶剂比重，计算成每分钟 加入的数量，完成破胶剂加入量和螺旋转速对应关系的数据计算，并用试 验得到的控制修正参数得到最终的实际转速，通过电控比例液压阀控制液 压系统流量和压力，从而控制液压马达转速，通过减速装置，带动输送螺 旋旋转，完成破胶剂加入量的控制。由转速传感器采集的监控和反馈信号 回送到单片机，单片机根据实际转速和目标转速的差别，通过PID控制， 迅速发出控制信号，我们通过实验得到的PID参数提前设定输入到控制系 统，既可以保证控制的高速反应，也可以防止控制信号过冲造成的结果偏 离。同时，通过专用的接口电路，将这些信息通过计算机串口送入计算机， 由装有采集软件的计算机完成数据的监控和采集分析。为了完成上述工作， 还需要进行螺旋转速控制的标校，得到修正参数，因为一个理想的控制应 是完全线性的，但实际的控制系统都不是线性的，为得到破胶剂添加量与 添加剂泵转速之间的相对线性控制关系，需要对控制曲线进行线性控制修 正，用3次方线性回归方程计算出COEFFICIENT) 、 C0EFFICIENT1 、 C0EFFICIENT2、 C0EFFICIENT3值。将它们的值依次输入到ANALIG OUT屏添 加剂泵通道C0EFFICIENT0、 COEFFICIENTS C0EFFICIENT2、 C0EFFICIENT3 中，并在AVERAGE COUNTS选项中输入平均控制采样值，在LOW LIMIT选项 中输入添加剂泵的最小转速值，在HIGH LIMIT选项中输入一号固体添加剂 泵的最大转速值，并进行确定和存储。这些工作完成后，控制系统就可以根据我们的需要进行控制。控制方式可以选择手动控制和自动控制。当自 动控制时，只要设定不同的阶段加入量，计算机就可以根据设定完成阶段 加入控制，根据工艺的要求，计算机也能自动计算线性增加量，完成破胶 剂的楔形加入。由此可见，它是一个交互式操作系统，所有的作业阶段定 义的数值既可以在系统执行该阶段的过程中调节，也可以在作业阶段开始 前调节。两只螺旋既可以同时自动或手动工作，也可以一只手动一只自动， 工作过程中可以任意切换。它们既可以自动，也可以不依赖单片及自动控 制系统而单独手动工作。在加入控制方式上既可以用步进方式，也可以用 渐进方式。
权利要求1、破胶剂精确控制装置，其特征是齿轮减速机(1)通过联轴器与螺旋液压马达相连，破胶剂箱体(6)通过法兰(2)固定在齿轮减速机(1)一端，螺杆(3)穿入破胶剂箱体(6)与齿轮减速机(1)输出轴相连，破胶剂箱体(6)侧壁有螺杆(3)延伸管线，管线下方有出料口(5)，快卡(4)封闭在破胶剂箱体(6)延伸管线端口上，并将螺杆(3)限定在螺杆(3)与齿轮减速机(1)输出轴水平轴线上；螺旋液压马达与控制机构电连接，通过控制机构控制信号带动螺旋旋转，将破胶剂加入压裂液。
2、 根据权利要求1所述的破胶剂精确控制装置，其特征是所述的破 胶剂箱体(6)为两侧呈梯形状并加有端盖的密闭箱体，箱体下端为可容纳螺 杆(3)圆锥状结构。
3、 根据权利要求1所述的破胶剂精确控制装置，其特征是所述的螺 杆(3)的尺寸为外径63. 5mm，轴径20. 0mm，叶厚2. 0誦，导程30. 0mm; 或者为外径55腿，轴径20. 0mm，叶厚2. 0mm，导程30. 0mm。
4、 根据权利要求1所述的破胶剂精确控制装置，其特征是所述的 齿轮减速机(1)的减速比为1/50，或者为1/15。
5、 根据权利要求1所述的破胶剂精确控制装置，其特征是所述的控 制机构包括单片机控制单元、接口电路单元工/0 box、触摸显示屏、液压 马达减速和输送螺旋机械单元、转速传感回馈单元，触摸显示屏通过接口 电路单元1/0 box与单片机连接，液压马达减速和输送螺旋机械单元与单 片机D/A转换电路的输出端电连接，转速传感回馈单元与单片机输入口电 连接。
专利摘要本实用新型涉及石油压裂施工中破胶剂加入量的破胶剂精确控制装置，其特征是齿轮减速机(1)通过联轴器与螺旋液压马达相连，破胶剂箱体(6)通过法兰(2)固定在齿轮减速机(1)一端，螺杆(3)穿入破胶剂箱体(6)与齿轮减速机(1)输出轴相连，破胶剂箱体(6)侧壁有螺杆(3)延伸管线，管线下方有出料口(5)，快卡(4)封闭在破胶剂箱体(6)延伸管线端口上，并将螺杆(3)限定在螺杆(3)与齿轮减速机(1)输出轴水平轴线上；螺旋液压马达通过单片机或手动旋钮的控制信号带动螺旋旋转，将破胶剂加入压裂液。通过实现破胶剂的楔形加入自动控制，并用计算机监控和记录相关数据，得到破胶剂加入时机、数量和楔形加入斜率的真实数据。
文档编号E21B43/26GK201372789SQ20092003202
公开日2009年12月30日 申请日期2009年2月27日 优先权日2009年2月27日
发明者挺 左, 平 谢, 谭爱兵 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司