一种高压粒子输送及密封的控制方法及系统与流程

1.本发明涉及高压粒子钻井技术，具体而言，涉及一种高压粒子输送及密封的控制方法及系统。


背景技术：

2.近年来，粒子冲击钻井技术作为一项革命性的提速技术，得到了广泛的应用，粒子冲击钻井是一种通过将直径1
‑
3mm的球形钢粒注入井底，以辅助破碎深部硬地层和强研磨地层的钻井技术。
3.但是现有的粒子钻井技术，其自动化成都较低，在物料罐内，混合液容易超出正常范围，导致混合液体飞溅或者溢出的情况；并且，粒子钻井在关闭或开启的过程结束前，球体与阀座之间往往有高硬度粒子或其他杂质无法排除，造成密封失效甚至损坏球体和阀座密封面的问题；阀门在关闭或开启过程中，阀体与阀球之间形成通道经常进入大量粒子，或其他杂质形成堆积、结块，导致阀门失效，影响系统安全运行，降低钻井效果。
4.因此，如何提高粒子钻井效果是我们目前需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种高压粒子输送及密封的控制方法及系统，提高粒子钻井效果。
6.本发明提供的一种高压粒子输送及密封的控制方法，包括：
7.s101，高压粒子输送及密封系统达到运行条件，其中，所述运行条件包括，物料存储装置的实际液位高度不低于300mm，
8.和，井队循环系统处于正常工况；
9.s10 2，控制单元响应于压力工作模式，控制各液压球阀的开关顺序；
10.s103，控制单元获取粒子的目标排量，并调节粒子流道球阀的开度；
11.s104，控制单元判断物料存储装置的实际液位高度是否处于预设目标，在实际液位高度不处于预设目标时，控制单元向流道调节设备发送调节指令；
12.s105，流道调节设备接收调节指令，调节液压球阀的开度f。
13.作为优选的技术方案，所述步骤s102包括：
14.s1021，第一采集模块获取井队循环系统的工作压力，并发送至控制单元；
15.s1022，控制单元根据井队循环系统的工作压力确定高压粒子输送及密封系统的压力工作模式；
16.s1023，控制单元在预存的模式对照表中寻找与压力工作模式相对应的液压球阀的开关顺序指令；
17.s1024，控制单元根据开关顺序指令控制各液压球阀的开关顺序。
18.作为优选的技术方案，所述步骤s103，包括：
19.第二采集模块获取井队循环系统内钻井液单位时间内的排量，并发送至控制单
元，控制单元将井队循环系统内钻井液单位时间排量，乘以预设百分比，计算得到粒子的目标排量。
20.优选的，预设百分比可以为3％，按照此比例将粒子与钻井液混合，在钻井过程中，可以更好的辅助破碎地层。
21.作为优选的技术方案，所述调节指令为，
22.将液压球阀的开度f调整为：
23.f＝ft+(s*
△
h)/(q*t)
24.其中，t为预设调节时间，ft为液压球阀在t时刻的开度，s为物料存储装置内截面积，q为单位时间内向物料存储装置进入的钻井液流量，
△
h为物料存储装置的预设目标与实际液位高度之间的差值，
△
h为正表示实际液位高度低于预设目标，为负表示实际液位高度高于预设目标。
25.作为优选的技术方案，所述预设目标在700mm至1000mmn内。
26.综上所述，本发明通过控制单元，可以自动计算得到钻井液所需要的粒子，并且，在输送系统工作时，控制单元能够实时调节物料存储装置内的液位高度，使得物料存储装置内实际液位高度处于预设目标中，不会过低，造成物料存储装置内混合液体飞溅，也不会过高，造成物料存储装置内的混合液体溢出，保证输送系统的高效稳定运行。
27.本发明还提供一种高压粒子输送及密封系统，应用如上所述的控制方法，包括：
28.控制单元；
29.物料存储装置，用于存储钻井液与粒子的混合液体；
30.液压粒子注入装置，所述液压粒子注入装置分别与所述控制单元和所述物料存储装置连接；
31.流量控制及粒子计量装置，所述流量控制及粒子计量装置分别与所述控制单元和所述物料存储装置连接，用于改变液压球阀的开度以及调节所述粒子的排量。
32.井队循环系统，其分别与所述控制单元和所述液压粒子注入装置连接。
33.作为优选的技术方案，所述液压球阀包括阀座、设置在所述阀座内的可转动的球体，所述球体上开设有通道，在所述通道的头端和尾端，沿着所述通道的内壁分别开设有第一安装位和第二安装位，所述第一安装位上设有第一刮板，所述第二安装位上设有第二刮板，所述第一刮板的连接端通过第一弹簧与所述第一安装位连接，所述第二刮板的连接端通过第二弹簧与所述第二安装位连接；
34.其中，所述液压球阀处于打开状态时，所述第一弹簧和所述第二弹簧处于非压缩状态，所述第一刮板超出所述通道头端预设距离，所述第二刮板超出所述通道尾端预设距离；所述液压球阀处于关闭状态时，所述第一刮板和所述第二刮板分别与所述阀座抵持接触。
35.作为优选的技术方案，所述高压粒子输送及密封系统包括液位监测器，所述液位监测器安装在所述物料存储装置上，用于监测所述物料存储装置内混合液体的液位高度。使物料存储装置内的混合液位处在安全合理的范围，保障系统运行。
36.作为优选的技术方案，所述流量控制及粒子计量装置包括流道调节设备和钻井液输送泵，流道调节设备分别与所述控制单元、所述物料存储装置、所述液压球阀连接，用于改变所述液压球阀的开度，所述钻井液输送泵与所述物料存储装置通过管道连接。流道调
节设备通过调节液压球阀的开度，调节流向物料存储装置的管道内的流量，从而调节物料存储装置内液位高度，混合液位处在安全合理的范围。
37.作为优选的技术方案，所述高压粒子输送及密封系统还包括驱动器、与所述驱动器连接的射流管路，所述射流管路与所述物料存储装置连接；
38.所述射流管路包括侧面射流管和/或底面射流管，所述侧面射流管与所述物料存储装置的侧壁连接，所述底面射流管与所述物料存储装置的底面连接。底部射流不断向上冲刷钻井液和粒子混合物，带动混合物向上翻动，侧面射流管与物料存储装置的侧壁优选的呈45
°
～60
°
的夹角，使混合液体在物料存储装置内旋转流动，并结合物料存储装置内换向装置换向时摆动搅拌混合物，均匀混合钻井液和粒子，并防止粒子沉淀。
39.综上所述，该系统通过增加流量控制及粒子计量装置，用于改变液压球阀开度，从而改变向物料存储装置输送的钻井液流量。并且，射流管路有效防止粒子沉淀，使粒子和钻井液均匀混合。通过液位监测器可以监测物料存储装置内混合液体的液位高度，避免混合液体溢流。本发明引入远程自动控制理念，使物料罐存储装置液位自动控制，降低环保风险，提高设备使用寿命，并且，具有设备自动化程度高，粒子钻井液混合均匀等优点。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
41.图1为本发明第一实施例的控制方法流程图；
42.图2为本发明第一实施例的具体步骤的流程图；
43.图3为本发明第二实施例的高压粒子输送及密封系统示意图；
44.图4为本发明第二实施例的液压球阀示意图。
45.图标：1
‑
控制单元，2
‑
液压粒子注入装置，3
‑
物料存储装置，4
‑
液位监测器，5
‑
射流管路，6
‑
流量控制及粒子计量装置，7
‑
井队循环系统，8
‑
钻井液罐，9
‑
第一刮板，10
‑
第二刮板，11
‑
第一弹簧，12
‑
第二弹簧，13
‑
球体，14
‑
阀座，15
‑
阀座套，16
‑
通道。
具体实施方式
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
47.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.实施例一
49.如图1所示，本实施例提出一种高压粒子输送及密封的控制方法，该方法可以有效
提高钻井效果，具体包括以下步骤：
50.s101，高压粒子输送系统达到运行条件，其中，所述运行条件包括，物料存储装置的实际液位高度不低于300mm，和，井队循环系统处于正常工况；
51.s102，控制单元响应于压力工作模式，控制各液压球阀的开关顺序；
52.s103，控制单元获取粒子的目标排量，并调节粒子流道球阀的开度；
53.s104，控制单元判断物料存储装置的实际液位高度是否处于预设目标，在实际液位高度不处于预设目标时，控制单元向流道调节设备发送调节指令；
54.s105，流道调节设备接收调节指令，调节液压球阀的开度f。
55.上述方案通过控制单元，就可以自动计算得到钻井液所需要的粒子，并且，在输送系统工作时，控制单元能够实时调节物料存储装置内的液位高度，使得物料存储装置内实际液位高度处于预设目标中，不会过低，造成物料存储装置内混合液体飞溅，也不会过高，造成物料存储装置内的混合液体溢出，保证输送系统的高效稳定运行，提高系统的自动化程度。
56.需要解释的是，在物料存储装置内，如果混合液体液位过低，系统在运行时，容易造成混合液体飞溅。具体的启动过程中，首先控制单元启动软启动器，将大功率电机启动，大功率电机为液压粒子注入装置提供动力，液压粒子注入装置向物料存储装置内注入粒子，钻井液罐中存有钻井液，通过钻井液输送泵将钻井液输送到物料存储装置内，在物料存储装置内的混合液体达到一定液位高度时，优选的为300mm高度，此时满足系统运行条件之一；还要考虑井队循环系统是否处于正常工况，也就是要检查井队循环系统中是否有设备故障，是否有管道泚漏等，如果都没有，则井队循环系统处于正常工况，此时满足系统运行的另一个条件。当两个条件均满足时，再执行后续的s102等步骤，这样可以使输送系统运行更加安全稳定，避免物料存储装置内的混合液体液位过低，造成物料存储装置液体飞溅。
57.另外，在一种实施方式中，如图2所示，上述步骤s102包括：
58.s1021，第一采集模块获取井队循环系统的工作压力，并发送至控制单元；井队循环系统内是有一定压力的，一般在25兆帕，也可以是28兆帕，本实施例对此不做限定，重要的是，如果想要将粒子注入井队循环系统，粒子输送系统的的压力需要和井队循环系统的工作压力匹配，即粒子输送系统的压力不小于井队循环系统的工作压力。
59.s1022，控制单元根据井队循环系统的工作压力确定高压粒子输送及密封系统的压力工作模式；要求粒子输送系统的压力不小于井队循环系统的工作压力。
60.s1023，控制单元在预存的模式对照表中寻找与压力工作模式相对应的液压球阀的开关顺序指令；
61.s1024，控制单元根据开关顺序指令控制各液压球阀的开关顺序。开关顺序不同各液压球阀的，可以改变粒子输送及密封系统的压力，使得粒子输送及密封系统的压力工作模式与井队循环系统的工作压力相匹配。
62.在一种实施方式中，步骤s103，包括：
63.第二采集模块获取井队循环系统内钻井液单位时间内的排量，并发送至控制单元，控制单元将井队循环系统内钻井液单位时间排量，乘以预设百分比，计算得到粒子的目标排量。优选的，预设百分比可以为3％，按照此比例将粒子与钻井液混合，在钻井过程中，可以更好的辅助破碎地层。
64.值得一提的是，所述调节指令为，
65.将液压球阀的开度f调整为：
66.f＝ft+(s*
△
h)/(q*t)
67.其中，t为预设调节时间，ft为液压球阀在t时刻的开度，s为物料存储装置内截面积，q为单位时间内向物料存储装置进入的钻井液流量，
△
h为物料存储装置的预设目标与实际液位高度之间的差值，
△
h为正表示实际液位高度低于预设目标，为负表示实际液位高度高于预设目标。优选的，所述预设目标在700mm至1000mmn内。液压球阀通过动态调节，改变其开度，从而实现物料存储装置内液位的动态平衡，使得物料存储装置内混合液体的实际液位高度始终处于预设目标中，不会过低，造成物料存储装置内混合液体飞溅，也不会过高，造成物料存储装置内的混合液体溢出，保证输送系统的高效稳定运行。
68.综上所述，本发明通过控制单元，自动计算得到钻井液所需要的粒子，并且，在系统工作时，控制单元能够通过调节液压球阀的开度，实时调节物料存储装置内的液位高度，使得物料存储装置内实际液位高度处于预设目标中，不会过低，造成物料存储装置内混合液体飞溅，也不会过高，造成物料存储装置内的混合液体溢出，保证输送系统的高效稳定运行。
69.实施例二
70.如图3所示，本实施例还提供一种高压粒子输送及密封系统，应用实施例一所述的控制方法，系统包括：控制单元1，物料存储装置3，液压粒子注入装置2，流量控制及粒子计量装置6以及井队循环系统7。
71.其中，物料存储装置3用于存储钻井液与粒子的混合液体，钻井液存储在钻井液罐8中；所述液压粒子注入装置2分别与所述控制单元1和所述物料存储装置3连接；所述流量控制及粒子计量装置6分别与所述控制单元1、所述物料存储装置3、所述液压球阀连接，用于改变液压球阀的开度，通过改变液压球阀的开度，从而调节从液压球阀中流过的钻井液流量，或者粒子与钻井液混合物的流量。井队循环系统7分别与所述控制单元1和所述液压粒子注入装置2连接。
72.在一些实施方式中，如4所示，所述液压球阀包括阀座14、与所述阀座14连接的阀座套15、设置在所述阀座14内的可转动的球体13，所述球体13上开设有通道16，在所述通道16的头端和尾端，沿着所述通道16的内壁分别开设有第一安装位和第二安装位，所述第一安装位上设有第一刮板9，所述第二安装位上设有第二刮板10，所述第一刮板9的连接端通过第一弹簧11与所述第一安装位连接，所述第二刮板10的连接端通过第二弹簧12与所述第二安装位连接；
73.其中，所述液压球阀处于打开状态时，所述第一弹簧11和所述第二弹簧12处于非压缩状态，所述第一刮板9超出所述通道16头端预设距离，所述第二刮板10超出所述通道16尾端预设距离；所述液压球阀处于关闭状态时，所述第一刮板9和所述第二刮板10分别与所述阀座14抵持接触。优选的，第一刮板9和第二刮板10可以采用尼龙材料，预设距离可以为0.5mm。在开启或关闭球阀时，第一刮板9和第二刮板10首先接触阀座14，将存在于阀座14与球体13间的粒子或其他高硬度杂质刮出，该液压球阀自带清理功能，避免粒子卡死在阀座14与球体13之间，造成密封失效或损坏密封面。
74.在一些实施方式中，所述输送系统还包括液位监测器4，所述液位监测器4安装在
所述物料存储装置3上，用于监测所述物料存储装置3内混合液体的液位高度。使物料存储装置3内的混合液位处在安全合理的范围，保障系统运行。
75.具体的说，所述流量控制及粒子计量装置6包括流道调节设备和钻井液输送泵，流道调节设备分别与所述控制单元1和所述物料存储装置3连接，用于改变液压球阀开度，所述钻井液输送泵与所述物料存储装置3通过管道连接。改变液压球阀开度的开度可以调节流向物料存储装置3的管道内的流量，可以是钻井液流量，也可以是带有粒子和钻井液的混合液体的流量，从而调节物料存储装置3内液位高度，使混合液位处在安全合理的范围。
76.作为优选的技术方案，所述系统还包括驱动器、与所述驱动器连接的射流管路5，所述射流管路5与所述物料存储装置3连接；
77.一种实现方式为，所述射流管路5包括侧面射流管，所述侧面射流管与所述物料存储装置3的侧壁连接。侧面射流与物料罐壁优选的呈45
°
～60
°
，使混合液体在物料存储装置3内旋转流动，并结合物料存储装置3内换向装置换向时摆动搅拌混合物，均匀混合钻井液和粒子，并防止粒子沉淀。
78.另一种实现方式为，所述射流管路5包括底面射流管，所述底面射流管与所述物料存储装置3的底面连接。底部射流不断向上冲刷钻井液和粒子混合物，带动混合物向上翻动，使混合液体在物料存储装置内旋转流动，并结合物料存储装置3内的换向装置换向时摆动搅拌混合物，均匀混合钻井液和粒子，并防止粒子沉淀。
79.需要说明的是，底面射流管和侧面射流管可以同时设置，也可以单独设置。
80.上述提到的控制单元1包括plc控制器、与所述plc控制器连接的采集模块。其中，采集模块至少包括第一采集模块和第二采集模块，第一采集模块用于获取井队循环系统7的工作压力，并发送至控制单元1，第二采集模块用于获取井队循环系统7内钻井液单位时间内的排量，并发送至控制单元1，
81.在一些实施方式中，控制单元1还包括软启动器，控制单元1通过启动软启动器，将大功率动力电机启动。
82.综上所述，该系统通过增加流量控制及粒子计量装置6，可以用于改变液压球阀的开度，从而改变向物料存储装置3输送的钻井液或者钻井液与粒子的混合液体的流量。并且，射流管路5有效防止粒子沉淀，使粒子和钻井液均匀混合。通过液位监测器4可以监测物料存储装置3内混合液体的液位高度，避免混合液体溢流。本发明引入远程自动控制理念，使物料存储装置的液位可以自动控制，降低环保风险，提高设备使用寿命，并且，具有设备自动化程度高，粒子钻井液混合均匀等优点。
83.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。