油田现场消泡装置自动控制系统

2016-07-13曹利华徐瑞恒潘瀚

科学中国人 2016年18期

关键词：热辐射液位触摸屏

曹利华，徐瑞恒，潘瀚

1山东大学工程训练中心；2山东大学信息科学与工程学院

油田现场消泡装置自动控制系统

曹利华1，徐瑞恒2，潘瀚2

1山东大学工程训练中心；2山东大学信息科学与工程学院

泡沫钻井液具有的降低压持效应、加快机械钻速等优点，广泛用于低压易漏地层的钻井领域，但是现场存在泡沫堆积问题难以解决。利用负压和热辐射原理消泡装置，可以提高消泡速率，解决此类问题。本文重点介绍了该装置的系统结构以及自动控制系统的工作原理。

消泡；热辐射；负压；自动控制

在泡沫钻井过程中，应用泡沫钻井液可以达到减小对储层伤害、减小滤失量、降低静液柱压力、增强助排能力以及携砂性能等效果。但在地面生成的泡沫通过钻杆注入井中，然后经环空排出，这个过程需要大量的泡沫。如果对这些泡沫进行收集、输运和流转需要大量的人力、物力成本，所以对它们进行消除且不损坏基液性质，从而可以循环利用成为一种更好的选择。目前，泡沫消除的方法有物理法和化学法。相对于化学法急剧降低泡沫基液的起泡能力来说，物理法以其良好的可循环利用性成为消泡的优先选择。现有的物理消泡工艺一般采用机械冲击和加热等方法，但目前已有设备自动化程度低，现场操作使用需要配置专业人员。本文介绍一种基于PLC，操作触摸屏显示和控制消泡装置的自动控制系统，应用负压和热辐射两种物理方法，实现泡沫的快速消除，且在此过程中实现自动化监测控制。

1.系统结构

利用负压和热辐射消除钻井液泡沫的消泡装置,主体结构包括一个圆柱形罐体容器，顶部带有泡沫入口、气体出口并装有带压力传感器的压力计，泡沫入口连接控制阀门；气体出口连接真空泵；罐体容器内部上方设置带孔隔板,带孔隔板下方设置热辐射部件，罐体容器内部中间位置位于热辐射部件下方设置伞状板,热辐射部件和伞状板中间设置温度传感器；罐体容器侧面中、下部设有液位传感器，罐体容器外围覆盖一层伴热带；罐体容器底部带有排液排渣口，排液排渣口连接水泵；压力计上的压力传感器、温度传感器及液位传感器分别和PLC控制系统相连接；PLC控制系统分别和真空泵、热辐射部件、伴热带及水泵的电源控制开关相连接。

2.控制系统设计

本消泡装置中的自动控制系统，属自动控制技术领域，包括PLC可编程控制器、模拟量扩展模块、传感器、热继电开关、人机界面（触摸屏）和被控制设备，其中被控制设备包括真空泵、水泵、进液开关和热辐射部件。PLC可编程控制器的输入端连接模拟量扩展模块的输出，输出端连接四个热继电器开关，人机界面（触摸屏）用RS232接口线与PLC可编程控制器相连接，模拟量扩展模块的输入连接温度传感器、液位传感器和压力传感器，四个热继电器开关分别连接真空泵、水泵、进液开关和热辐射部件。实际工作中，用户可以在触摸屏上直接控制设备的启停或设置相应的温度、液位和压力参数使其自动运行，自动运行状态下，通过模拟量扩展模块将传感器探测的温度、液位和压力值转换成二进制值，CPU将这些值与用户在触摸屏上设置的数值作比较，输出控制信号控制真空泵、水泵、进液开关和热辐射部件的启停。同时PLC可编程控制器连接触摸屏，将对应设备的实时状态显示在触摸屏屏幕上，用户可以根据现场环境的实际情况在触摸屏相应界面设置系统的各项参数，在运行操作界面可以实时监视并控制系统的运行。

3.工作原理

为了克服现有背景技术所存在的缺陷和不足，以实现消泡装置的自动控制，本发明提供通过在触摸屏上设置消泡装置的进液时间，设置温度传感器、液位传感器和压力传感器的上下限值，来控制各个开关的启停，从而达到快速自动消泡的目的，具体原理如下：

①打开本自动控制系统的总开关，待触摸屏开机后点击屏幕中央的图标进入菜单界面，分别点击系统简介和操作规程可查看相应的简介以及操作注意事项。

②点击菜单栏的运行操作进入到运行操作界面。点击手动自动切换按钮设置系统工作状态为自动模式或手动模式，系统默认工作在自动模式。手动模式下，可直接通过触摸屏上的按钮控制真空泵、水泵、进液开关和热辐射部件的启停。

③自动模式下，点击设置按钮可设置参数。设置开始排液为80CM，停止排液为0CM；开始加热为50℃，停止加热为100℃；开始抽气为-0.06Mpa,停止抽气为-0.08Mpa。参数设置完成后返回主界面。

④点击进液开关按钮，打开进液开关，泡沫通过泡沫入口通入圆柱形容器内，泡沫通入速度为2-4m3/min。

⑤泡沫在系统控制下自动消除，消除后的泡沫基液从排液排渣口排出。

⑥待消泡结束后关闭系统电源开关。

4.现场应用

在油田应用现场，以0.5%十二烷基硫酸钠和0.1%聚丙烯酰胺做为泡沫基液时，泡沫干度为85%，在次参数下进行实际消泡，泡沫能够完全消除且泡沫基液能够及时排出。

此控制系统分为自动和手动两种模式，自动模式下工作，操作人员在触摸屏上设置控制系统的温度、液位和压力参数，通过比较消泡装置的温度、液位和压力传感器检测到的实时值作为指令，控制开关的启停；手动模式下工作，操作人员可以在触摸屏上直接控制真空泵、水泵、进液开关以及热辐射部件的启停。同时，触摸屏可以实时显示整个装置的运行参数，便于现场操作，也增加了消泡效率。