一种压裂液返排控制装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种压裂液返排控制装置及方法，该装置包括：测量传感器、PLC控制器、控制节流阀执行器和节流阀；其中，所述测量传感器，用于在线实时测量节流阀两侧的压力差、节流阀处的液体流速以及节流阀的开度，将获取的信息以反馈信号的形式传输至所述PLC控制器；所述PLC控制器，用于利用所述压力差、所述液体流速和所述节流阀的开度计算获取节流阀处的流量，根据获取的节流阀处的流量发出控制信号；所述控制节流阀执行器，用于根据所述控制信号控制节流阀的开度，实现返排过程中返排液的流量。
【专利说明】一种压裂液返排控制装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油井压裂【技术领域】，特别涉及一种压裂液返排控制装置及方法。
【背景技术】
[0002] 石油是埋藏在地下几百米甚至几千米深的油层中，储存在岩石的孔隙、裂缝、和孔 洞中，是一种液体矿藏，可以在地下岩石的孔隙、裂缝和孔洞中流动，并且具有较高的压力。 石油是靠油层压力的作用流到油井里，这样我们就可以通过油井从地下开采石油了。长期 以来人们在实践中总结发现，通过压裂可以提高石油的产量。但是压裂过后必须经过一个 返排过程，使得压裂过程中使用的压裂液从油井中流出。
[0003] 压裂液的返排速度和返排率是影响增产效果的重要因素。实践发现，放喷过程太 快，返排液流量太大，就会使得压裂过程中加入的支撑剂（砂子）随返排液一起流出油井， 影响压裂施工效果。目前，油田现场施工中，主要是依靠人工控制井口闸板或人工更换油嘴 来进行压裂液的返排，这种方法存在如下弊端：
[0004] 1、由于是人工控制闸板或油嘴，不能实现连续返排，由于压力激动的产生，使压裂 液的返排过程中出现吐砂；
[0005] 2、由于人工操作，返排只能是裂缝完全闭和时进行，由于时间较长，造成裂缝闭和 过程中，支撑剂发生严重沉降，大大减少储层填砂受效率；
[0006] 3、由于人工操作，现场操作难于摸清规律，造成返排过快或过慢，以及返排流量的 不适当，从而引起吐砂或返排率低。
【发明内容】
[0007] 为解决现有技术的问题，本发明提出一种压裂液返排控制装置及方法，本技术方 案通过传感器和PLC相互配合通信，控制调节阀的开度，达到智能控制压裂返排流量的目 的。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供了一种压裂液返排控制装置，该装置包括：
[0009] 测量传感器、PLC控制器、控制节流阀执行器和节流阀；其中，
[0010] 所述测量传感器，用于在线实时测量节流阀两侧的压力差、节流阀处的液体流速 以及节流阀的开度，将获取的信息以反馈信号的形式传输至所述PLC控制器；
[0011] 所述PLC控制器，用于利用所述压力差、所述液体流速和所述节流阀的开度计算 获取节流阀处的流量，根据获取的节流阀处的流量发出控制信号；
[0012] 所述控制节流阀执行器，用于根据所述控制信号控制节流阀的开度，实现返排过 程中返排液的流量。
[0013] 优选地，所述PLC控制器获取节流阀处的流量的表达式：
[0014] O^a- A- -yJlAP/p
[0015] 其中，Q表示流量，A表示节流口横截面，即节流阀的开度；ΛΡ表示节流阀的压力 差；P表示液体密度；α表示流量系数：
【权利要求】
1. 一种压裂液返排控制装置，其特征在于，该装置包括： 测量传感器、PLC控制器、控制节流阀执行器和节流阀；其中， 所述测量传感器，用于在线实时测量节流阀两侧的压力差、节流阀处的液体流速以及 节流阀的开度，将获取的信息以反馈信号的形式传输至所述PLC控制器； 所述PLC控制器，用于利用所述压力差、所述液体流速和所述节流阀的开度计算获取 节流阀处的流量，根据获取的节流阀处的流量发出控制信号； 所述控制节流阀执行器，用于根据所述控制信号控制节流阀的开度，实现返排过程中 返排液的流量。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述PLC控制器获取节流阀处的流量的表达 式：
其中，Q表示流量，A表示节流口横截面，即节流阀的开度；AP表示节流阀的压力差；P 表示液体密度；a表示流量系数
（表示流阻系数；1表示节流口 长度；V表示粘度；V表示流速；dH2表示液压直径，
u表示节流管横截面的周长。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述节流阀的阀瓣形状为针形、角形或锥 形。
4. 一种压裂液返排控制方法，其特征在于，该方法包括： 在线实时测量节流阀两侧的压力差、节流阀处的液体流速以及节流阀的开度； 利用所述压力差、所述液体流速和所述节流阀的开度计算获取节流阀处的流量，根据 获取的节流阀处的流量发出控制信号； 根据所述控制信号控制节流阀的开度，实现返排过程中返排液的流量。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述节流阀处的流量的计算表达式：
其中，Q表示流量，A表示节流口横截面，即节流阀的开度；AP表示节流阀的压力差；P 表示液体密度；a表示流量系数_
(表示流阻系数；1表示节流口 长度；V表示粘度；V表示流速；dH2表示液压直径，
u表示节流管横截面的周长。
【文档编号】G05D7/06GK104329072SQ201410601106
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】李彪, 刘德铸, 张子明, 刘祥, 郭津瑞, 王淑, 李策, 许明晖, 赵峰, 王远方, 曲玉辰, 陈健, 王昊, 刘连玉, 姜红梅, 张德海 申请人:中国石油天然气股份有限公司