曹利華，徐瑞恒，潘瀚

1山東大學工程訓練中心；2山東大學信息科學與工程學院

油田現(xiàn)場消泡裝置自動控制系統(tǒng)

曹利華1，徐瑞恒2，潘瀚2

1山東大學工程訓練中心；2山東大學信息科學與工程學院

泡沫鉆井液具有的降低壓持效應、加快機械鉆速等優(yōu)點，廣泛用于低壓易漏地層的鉆井領(lǐng)域，但是現(xiàn)場存在泡沫堆積問題難以解決。利用負壓和熱輻射原理消泡裝置，可以提高消泡速率，解決此類問題。本文重點介紹了該裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及自動控制系統(tǒng)的工作原理。

消泡；熱輻射；負壓；自動控制

在泡沫鉆井過程中，應用泡沫鉆井液可以達到減小對儲層傷害、減小濾失量、降低靜液柱壓力、增強助排能力以及攜砂性能等效果。但在地面生成的泡沫通過鉆桿注入井中，然后經(jīng)環(huán)空排出，這個過程需要大量的泡沫。如果對這些泡沫進行收集、輸運和流轉(zhuǎn)需要大量的人力、物力成本，所以對它們進行消除且不損壞基液性質(zhì)，從而可以循環(huán)利用成為一種更好的選擇。目前，泡沫消除的方法有物理法和化學法。相對于化學法急劇降低泡沫基液的起泡能力來說，物理法以其良好的可循環(huán)利用性成為消泡的優(yōu)先選擇?，F(xiàn)有的物理消泡工藝一般采用機械沖擊和加熱等方法，但目前已有設(shè)備自動化程度低，現(xiàn)場操作使用需要配置專業(yè)人員。本文介紹一種基于PLC，操作觸摸屏顯示和控制消泡裝置的自動控制系統(tǒng)，應用負壓和熱輻射兩種物理方法，實現(xiàn)泡沫的快速消除，且在此過程中實現(xiàn)自動化監(jiān)測控制。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

利用負壓和熱輻射消除鉆井液泡沫的消泡裝置,主體結(jié)構(gòu)包括一個圓柱形罐體容器，頂部帶有泡沫入口、氣體出口并裝有帶壓力傳感器的壓力計，泡沫入口連接控制閥門；氣體出口連接真空泵；罐體容器內(nèi)部上方設(shè)置帶孔隔板,帶孔隔板下方設(shè)置熱輻射部件，罐體容器內(nèi)部中間位置位于熱輻射部件下方設(shè)置傘狀板,熱輻射部件和傘狀板中間設(shè)置溫度傳感器；罐體容器側(cè)面中、下部設(shè)有液位傳感器，罐體容器外圍覆蓋一層伴熱帶；罐體容器底部帶有排液排渣口，排液排渣口連接水泵；壓力計上的壓力傳感器、溫度傳感器及液位傳感器分別和PLC控制系統(tǒng)相連接；PLC控制系統(tǒng)分別和真空泵、熱輻射部件、伴熱帶及水泵的電源控制開關(guān)相連接。

2.控制系統(tǒng)設(shè)計

本消泡裝置中的自動控制系統(tǒng)，屬自動控制技術(shù)領(lǐng)域，包括PLC可編程控制器、模擬量擴展模塊、傳感器、熱繼電開關(guān)、人機界面（觸摸屏）和被控制設(shè)備，其中被控制設(shè)備包括真空泵、水泵、進液開關(guān)和熱輻射部件。PLC可編程控制器的輸入端連接模擬量擴展模塊的輸出，輸出端連接四個熱繼電器開關(guān)，人機界面（觸摸屏）用RS232接口線與PLC可編程控制器相連接，模擬量擴展模塊的輸入連接溫度傳感器、液位傳感器和壓力傳感器，四個熱繼電器開關(guān)分別連接真空泵、水泵、進液開關(guān)和熱輻射部件。實際工作中，用戶可以在觸摸屏上直接控制設(shè)備的啟?；蛟O(shè)置相應的溫度、液位和壓力參數(shù)使其自動運行，自動運行狀態(tài)下，通過模擬量擴展模塊將傳感器探測的溫度、液位和壓力值轉(zhuǎn)換成二進制值，CPU將這些值與用戶在觸摸屏上設(shè)置的數(shù)值作比較，輸出控制信號控制真空泵、水泵、進液開關(guān)和熱輻射部件的啟停。同時PLC可編程控制器連接觸摸屏，將對應設(shè)備的實時狀態(tài)顯示在觸摸屏屏幕上，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的實際情況在觸摸屏相應界面設(shè)置系統(tǒng)的各項參數(shù)，在運行操作界面可以實時監(jiān)視并控制系統(tǒng)的運行。

3.工作原理

為了克服現(xiàn)有背景技術(shù)所存在的缺陷和不足，以實現(xiàn)消泡裝置的自動控制，本發(fā)明提供通過在觸摸屏上設(shè)置消泡裝置的進液時間，設(shè)置溫度傳感器、液位傳感器和壓力傳感器的上下限值，來控制各個開關(guān)的啟停，從而達到快速自動消泡的目的，具體原理如下：

①打開本自動控制系統(tǒng)的總開關(guān)，待觸摸屏開機后點擊屏幕中央的圖標進入菜單界面，分別點擊系統(tǒng)簡介和操作規(guī)程可查看相應的簡介以及操作注意事項。

②點擊菜單欄的運行操作進入到運行操作界面。點擊手動自動切換按鈕設(shè)置系統(tǒng)工作狀態(tài)為自動模式或手動模式，系統(tǒng)默認工作在自動模式。手動模式下，可直接通過觸摸屏上的按鈕控制真空泵、水泵、進液開關(guān)和熱輻射部件的啟停。

③自動模式下，點擊設(shè)置按鈕可設(shè)置參數(shù)。設(shè)置開始排液為80CM，停止排液為0CM；開始加熱為50℃，停止加熱為100℃；開始抽氣為-0.06Mpa,停止抽氣為-0.08Mpa。參數(shù)設(shè)置完成后返回主界面。

④點擊進液開關(guān)按鈕，打開進液開關(guān)，泡沫通過泡沫入口通入圓柱形容器內(nèi)，泡沫通入速度為2-4m3/min。

⑤泡沫在系統(tǒng)控制下自動消除，消除后的泡沫基液從排液排渣口排出。

⑥待消泡結(jié)束后關(guān)閉系統(tǒng)電源開關(guān)。

4.現(xiàn)場應用

在油田應用現(xiàn)場，以0.5%十二烷基硫酸鈉和0.1%聚丙烯酰胺做為泡沫基液時，泡沫干度為85%，在次參數(shù)下進行實際消泡，泡沫能夠完全消除且泡沫基液能夠及時排出。

此控制系統(tǒng)分為自動和手動兩種模式，自動模式下工作，操作人員在觸摸屏上設(shè)置控制系統(tǒng)的溫度、液位和壓力參數(shù)，通過比較消泡裝置的溫度、液位和壓力傳感器檢測到的實時值作為指令，控制開關(guān)的啟停；手動模式下工作，操作人員可以在觸摸屏上直接控制真空泵、水泵、進液開關(guān)以及熱輻射部件的啟停。同時，觸摸屏可以實時顯示整個裝置的運行參數(shù)，便于現(xiàn)場操作，也增加了消泡效率。

結(jié)語

①采用負壓和熱輻射原理的消泡裝置，解決了油田現(xiàn)場泡沫堆積問題，提高了消泡效率；

②自動控制系統(tǒng)的應用，大大節(jié)約了人力成本，提供工作效率。

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曹利華，男，漢，山東濰坊人，山東大學工程訓練中心，碩士研究生，電子與通信工程，助理實驗師，研究方向：電子通信，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)指導。