一種壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置，用于壓裂、增產(chǎn)工藝施工過(guò)程中流量、砂比、壓力在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。該裝置設(shè)置在混砂裝置輸出端，由數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)、采集傳輸系統(tǒng)、處理控制系統(tǒng)組成；數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)壓裂液密度、流量、壓力等信息；采集傳輸系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并送入處理控制系統(tǒng)；處理控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將密度換算成砂比，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示，同時(shí)進(jìn)行反饋控制。解決了儀表車采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)成本高、采集系統(tǒng)復(fù)雜；輸砂器轉(zhuǎn)速計(jì)量輸砂量的間接計(jì)量方式受影響因素多、檢測(cè)精度低；轉(zhuǎn)換電控柴油機(jī)和動(dòng)力端檔位調(diào)整施工參數(shù)操作復(fù)雜等問(wèn)題。裝置具有成本低、操作簡(jiǎn)單、精度高、攜帶方便、使用安全等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本專利涉及一種壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置。實(shí)現(xiàn)壓裂、增產(chǎn)工藝過(guò)程中的混砂裝置輸出端混砂液的砂比、流量、壓力等關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、處理與控制，屬于壓裂過(guò)程中混砂作業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國(guó)內(nèi)外壓裂施工作業(yè)正朝著大排量、高砂比、高精度、高自動(dòng)化的方向發(fā)展，壓裂設(shè)備也為適應(yīng)其環(huán)境逐漸向大功率、多功能和高自動(dòng)控制方向發(fā)展。壓裂施工存在不可重復(fù)性，一旦混砂液輸入到油井中，混砂液的壓力、排量、砂比等重要參數(shù)是否符合壓裂施工的設(shè)計(jì)要求，將直接影響壓裂施工的效果，是壓裂施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)性能好壞直接關(guān)系到施工的進(jìn)度、施工安全和施工質(zhì)量。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所獲取的生產(chǎn)數(shù)據(jù)是實(shí)施壓裂作業(yè)的重要數(shù)據(jù)來(lái)源和完成精確控制的重要依據(jù)。
[0003]然而當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)所用的數(shù)據(jù)采集方式及優(yōu)缺點(diǎn)如下:①在儀表車上設(shè)置有檢測(cè)系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、準(zhǔn)確性高，但需要配置專門的車輛，采集系統(tǒng)設(shè)備龐大、安裝復(fù)雜、價(jià)格昂貴，不利于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè);②通過(guò)轉(zhuǎn)換電控柴油機(jī)和動(dòng)力端檔位調(diào)整施工參數(shù)，但國(guó)內(nèi)技術(shù)不成熟，實(shí)際應(yīng)用中不好實(shí)現(xiàn);③通過(guò)流量計(jì)檢測(cè)混砂設(shè)備的入口流體流量，并通過(guò)編碼器或其他傳感器檢測(cè)輸砂攪籠的轉(zhuǎn)速計(jì)算輸入的砂子及其它固體顆粒的理論輸入量，再計(jì)算出砂比，該檢測(cè)設(shè)備價(jià)格便宜，但由于砂子及其它固體顆粒通過(guò)輸砂器提升時(shí)的實(shí)際提升量受轉(zhuǎn)速與提升量非線性關(guān)系、砂子及其它固體顆粒的大小、水份等物理狀態(tài)的差異、儲(chǔ)砂槽的儲(chǔ)砂狀況、輸砂器自身狀態(tài)等因素的影響，導(dǎo)致檢測(cè)精度非常低，很難滿足實(shí)際使用需要。
[0004]因此，若無(wú)儀表車或現(xiàn)場(chǎng)不便與儀表車連接混砂檢測(cè)系統(tǒng)的情況下，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)壓力、排量、砂比等工藝參數(shù)的采集存在以下問(wèn)題:①為保證混砂車管路上的流量能正常供應(yīng)以及壓裂車輸入端流量穩(wěn)定，混砂車輸出管的工作壓力需要在0.3?0.6Mpa之間;壓力參數(shù)主要來(lái)自壓力表，施工過(guò)程中需要操作人員持續(xù)目視監(jiān)測(cè)，而且壓力數(shù)據(jù)只有操作臺(tái)上的操作人員能看見(jiàn)，作業(yè)人員再按照操作人員要求調(diào)整，導(dǎo)致相應(yīng)協(xié)調(diào)慢;②砂比參數(shù)主要靠作業(yè)人員隨時(shí)調(diào)節(jié)加砂量和排量控制，也屬于非直接測(cè)量數(shù)據(jù)，屬于典型的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確性不高。此外，除壓力參數(shù)外，排量及砂比都不能有準(zhǔn)確的量化計(jì)量，整個(gè)施工過(guò)程中的數(shù)據(jù)調(diào)整需要多方協(xié)調(diào)操作控制，不僅調(diào)整響應(yīng)慢，而且直接影響壓裂施工質(zhì)量，也難以界定施工質(zhì)量糾紛責(zé)任。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本專利的目的是針對(duì)現(xiàn)有壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集方法的不足，對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)方法進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，特提出了一種壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置。
[0006]為達(dá)到上述目的，本裝置采用以下技術(shù)方案:一種壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置，主要由數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)、采集傳輸系統(tǒng)、處理控制系統(tǒng)組成;數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)在低壓端檢測(cè)混砂液密度、流量、壓力，采集傳輸系統(tǒng)將采集檢測(cè)到的密度、流量、壓力信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理并送入處理控制系統(tǒng)，處理控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將密度換算成砂比，并將砂比、流量、壓力進(jìn)行存儲(chǔ)與顯示。其結(jié)構(gòu)特征是:數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)主要由法蘭快速接頭1、安裝箱2、支腳3、滾輪4、流量調(diào)節(jié)閥5、流量計(jì)6、流量調(diào)節(jié)閥7、密度計(jì)8、壓力計(jì)9、單向閥1、出口法蘭快速接頭17組成;所述數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)口通過(guò)三通I設(shè)置2個(gè)入口法蘭快速接頭I，入口法蘭快速接頭I與三通I之間通過(guò)法蘭連接;安裝箱2位于所述數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的外圍，側(cè)面設(shè)置管道安裝孔，頂面設(shè)置傳感器接線孔，安裝箱底部設(shè)有支腳3、滾輪4;流量調(diào)節(jié)閥5通過(guò)法蘭連接在管道上；流量計(jì)6位于三通Π與流量調(diào)節(jié)閥5之間，與三通Π、流量調(diào)節(jié)閥5之間通過(guò)法蘭相連接;流量調(diào)節(jié)閥7通過(guò)法蘭與三通Π連接;密度計(jì)8豎直安裝，流量調(diào)節(jié)閥7與密度計(jì)8之間通過(guò)彎頭、法蘭連接;單向閥10水平安裝，密度計(jì)8與單向閥10之間通過(guò)彎頭、法蘭連接;測(cè)量支路混砂液與分流支路混砂液通過(guò)三通m匯集在主管道上，并在主管道上安裝壓力計(jì)9;主管道上通過(guò)四通設(shè)置三個(gè)出口，出口接出口法蘭快速接頭17。
[0007]采集傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)主要由電源11、信息采集器12、線路板13、接線電箱14組成；電源11、信息采集器12、線路板13通過(guò)配作安裝于接線電箱14內(nèi)；線路板13設(shè)有藍(lán)牙;所述接線電箱14設(shè)置電源孔、傳感器接線孔、百葉窗，接線電箱14安裝底板上配作螺紋孔。
[0008]處理控制系統(tǒng)為便攜式工控箱;主要由工控機(jī)15、顯示器16組成;工控機(jī)15;采集傳輸系統(tǒng)與處理控制系統(tǒng)之間通過(guò)藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。
[0009]本專利的優(yōu)點(diǎn)在于:(I)相比儀表車，本裝置獨(dú)立、體積小、便攜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、成本低；(2)相對(duì)調(diào)節(jié)電控柴油機(jī)和動(dòng)力端檔位來(lái)調(diào)整施工參數(shù)方法更操作簡(jiǎn)單；(3)解決核子密度計(jì)的安全隱患問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
:
[0010]附圖1為本壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置結(jié)構(gòu)方案圖，以更清楚表達(dá)壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置的組成、結(jié)構(gòu)、連接方式。附圖1，法蘭快速接頭1、安裝箱2、支腳3、滾輪4、流量調(diào)節(jié)閥5、流量計(jì)6、流量調(diào)節(jié)閥7、密度計(jì)8、壓力計(jì)9、單向閥10、電源11、信息采集器12、線路板13、接線電箱14、工控機(jī)15、顯示器16、出口法蘭快速接頭17。
[0011]附圖2為本裝置電路圖，以清楚表達(dá)采集傳輸系統(tǒng)外部接線方式。
【具體實(shí)施方式】
:
[0012]本壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置的采集原理為:數(shù)據(jù)檢測(cè)裝置將密度計(jì)、流量計(jì)、壓力計(jì)集成為撬裝結(jié)構(gòu)，安裝于混砂車出口端，用于檢測(cè)混砂液的密度、流量、壓力;采集傳輸系統(tǒng)主要由信息采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊組成，信息采集模塊采集將檢測(cè)到的密度、流量和壓力信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理并送入數(shù)據(jù)通信模塊，通過(guò)數(shù)據(jù)通信模塊將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)顯示控制系統(tǒng);數(shù)據(jù)顯示控制系統(tǒng)主要由工控機(jī)、顯示器組成，工控機(jī)對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將密度換算成砂比，將砂比、流量、壓力等參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)與顯示，完成對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的檢測(cè)，該數(shù)據(jù)可用于混砂系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。
[0013]本壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置的工作過(guò)程為:需要施工時(shí)，將本數(shù)據(jù)采集裝置預(yù)位，調(diào)節(jié)支腳3，使密度計(jì)8的軸線與地面保持一定的垂直度;通過(guò)入口法蘭快速接頭I與出口法蘭快速接頭17將混砂車出口端管線與壓裂車入口端管線分別接到生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置輸入端與輸出端，打開流量調(diào)節(jié)閥5，混砂液流經(jīng)流量計(jì)6，對(duì)其流量進(jìn)行測(cè)量;密度計(jì)8采用測(cè)量支路與分流支路的旁通支管安裝方式，安裝于測(cè)量支路上，以保護(hù)密度計(jì)8 ；混砂液一部分進(jìn)入測(cè)量支路，經(jīng)過(guò)流量調(diào)節(jié)閥7、密度計(jì)8，進(jìn)行密度的測(cè)量，在此支路上設(shè)有單向閥
10,防止混砂液倒流;另一部分混砂液進(jìn)入分流支路，直接通過(guò)混砂液管道與測(cè)量支路混砂液匯集于主管道上；在主管道上安裝壓力計(jì)9，計(jì)量混砂車的出口壓力；綜合完成密度、流量、壓力的檢測(cè);采集傳輸系統(tǒng)分別通過(guò)A、B、C三條信號(hào)通道采集密度、流量、壓力信號(hào)，進(jìn)行預(yù)處理后并通過(guò)數(shù)據(jù)通信模塊將數(shù)據(jù)上傳到工控機(jī)，工控機(jī)接收采集傳輸系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，并將密度轉(zhuǎn)換成砂比；最終將砂比、流量、壓力進(jìn)行存儲(chǔ)并顯示在顯示器16上，完成對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的檢測(cè)。以下結(jié)合附圖1對(duì)壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)施方式做具體說(shuō)明:
[0014]—種壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構(gòu)方案圖，如附圖1所示。該裝置主要由:數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)、采集傳輸系統(tǒng)、處理控制系統(tǒng)組成;數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)主要包括:法蘭快速接頭1、安裝箱2、支腳3、滾輪4、流量調(diào)節(jié)閥5、流量計(jì)6、流量調(diào)節(jié)閥7、密度計(jì)8、單向閥10、壓力計(jì)9、單向閥10、出口法蘭快速接頭17。其結(jié)構(gòu)特征在于:施工時(shí)需兩臺(tái)混砂車車同時(shí)配合進(jìn)行作業(yè)，數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)口接兩條混砂液管線，因此所設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)檢測(cè)裝置進(jìn)口通過(guò)三通I設(shè)置2個(gè)入口法蘭快速接頭I，入口法蘭快速接頭I與三通I之間通過(guò)法蘭連接，需要施工時(shí)，將本數(shù)據(jù)采集裝置預(yù)位，調(diào)節(jié)支腳3，使密度計(jì)8的軸線與地面保持一定的垂直度，通過(guò)法蘭快速接頭I與出口法蘭快速接頭17分別將混砂車出口端、壓裂車入口端管線接到生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置上;安裝箱2位于所述數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的外面，為整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)提供安裝空間，側(cè)面設(shè)置管道安裝孔，頂面設(shè)置傳感器接線孔，安裝箱底部設(shè)有支腳3、滾輪4，當(dāng)在某施工點(diǎn)進(jìn)行施工時(shí)，四個(gè)支腳3可以支撐安裝箱2，保證數(shù)據(jù)檢測(cè)裝置具有足夠的穩(wěn)定性以及與地面的之間較高的垂直度，施工完成后，通過(guò)滾輪4，將數(shù)據(jù)檢測(cè)裝置移開;流量調(diào)節(jié)閥5通過(guò)法蘭連接在管道上，需要測(cè)量時(shí)，打開流量調(diào)節(jié)閥5混砂液進(jìn)入;流量計(jì)6位于三通Π與流量調(diào)節(jié)閥5之間，與三通Π、流量調(diào)節(jié)閥5之間通過(guò)法蘭相連接，混砂液進(jìn)入流量調(diào)節(jié)閥5后，流經(jīng)流量計(jì)6，對(duì)其流量進(jìn)行測(cè)量;流量調(diào)節(jié)閥7通過(guò)法蘭與三通Π連接;密度計(jì)8采用旁通支管安裝方式豎直安裝，因此通過(guò)三通Π將主管路上混砂液分流，流量調(diào)節(jié)閥7與密度計(jì)(8)之間通過(guò)彎頭、法蘭連接，混砂液一部分經(jīng)過(guò)流量調(diào)節(jié)閥7、密度計(jì)8，進(jìn)行砂比的測(cè)量，在此支路上單向閥10水平安裝，防止混砂液倒流，密度計(jì)8與單向閥10之間通過(guò)彎頭、法蘭連接;支路混砂液通過(guò)三通m匯集在主管道上，并在主管道上安裝壓力計(jì)9，用于測(cè)量出口壓力；主管道上通過(guò)四通設(shè)置三個(gè)出口，出口接出口法蘭快速接頭17。
[0015]采集傳輸系統(tǒng)主要包括電源11、信息采集器12、線路板13、接線電箱14;接線電箱14設(shè)置電源孔、傳感器接線孔、百葉窗，為電源11、信息采集器12、線路板13提供安裝空間，且內(nèi)部安裝底板上配作螺紋孔，電源11、信息采集器12、線路板13通過(guò)配作安裝于接線電箱14內(nèi)；采集傳輸系統(tǒng)包括4個(gè)電源11，其中3個(gè)電源分別為密度計(jì)8、流量計(jì)6、壓力計(jì)9供電，另外一個(gè)電源為信息采集器12、線路板13供電，線路板13的供電電壓為5V，需要通過(guò)穩(wěn)壓電源模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換;此外，線路板13設(shè)有藍(lán)牙，實(shí)現(xiàn)采集傳輸系統(tǒng)與處理控制系統(tǒng)之間的無(wú)線信息傳輸。
[0016]附圖2為本專利外部接線圖，以清楚表達(dá)數(shù)據(jù)采集裝置接線方式，其中流量計(jì)6為四線制接法;密度計(jì)8、壓力計(jì)9為兩線制接法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于:所述壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置主要由數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)、采集傳輸系統(tǒng)、處理控制系統(tǒng)組成;所述數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)主要由:法蘭快速接頭(I)、安裝箱(2)、支腳(3)、滾輪(4)、流量調(diào)節(jié)閥(5)、流量計(jì)(6)、流量調(diào)節(jié)閥(7)、密度計(jì)(8)、壓力計(jì)(9)、單向閥(10)、出口法蘭快速接頭(17)組成;所述數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)口通過(guò)三通I設(shè)置2個(gè)入口法蘭快速接頭(I)，接兩條壓裂液管線，法蘭快速接頭(I)與三通I之間通過(guò)法蘭連接;安裝箱(2)位于所述數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的外圍，側(cè)面設(shè)有管道安裝孔，頂面設(shè)有傳感器接線孔，安裝箱(2)底部設(shè)有支腳(3)與滾輪(4);流量調(diào)節(jié)閥(5)通過(guò)法蘭連接在管道上;流量計(jì)(6)位于三通Π與流量調(diào)節(jié)閥(5)之間，與三通Π、流量調(diào)節(jié)閥(5)之間通過(guò)法蘭相連接;流量調(diào)節(jié)閥(7)通過(guò)法蘭與三通Π連接;密度計(jì)(8)豎直安裝，流量調(diào)節(jié)閥(7)與密度計(jì)(8)之間通過(guò)彎頭、法蘭連接;單向閥(10)水平安裝，密度計(jì)(8)與單向閥(10)之間通過(guò)彎頭、法蘭連接;支路壓裂液通過(guò)三通m匯集在主管道上，并在主管道上安裝壓力計(jì)(9);主管道上通過(guò)變徑四通設(shè)置三個(gè)出口，出口接出口法蘭快速接頭(17)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于:所述采集傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)主要由電源(11)、信息采集器(12)、線路板(13)、接線電箱(14)組成；所述電源(11)、信息采集器(12)、線路板(13)通過(guò)配作安裝于接線電箱(14)內(nèi)；所述線路板(13)設(shè)有藍(lán)牙;所述接線電箱(14)設(shè)有電源孔、傳感器接線孔、百葉窗，接線電箱(14)安裝底板上配作螺紋孔。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓裂混砂生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于:處理控制系統(tǒng)的形式為便攜式工控箱;主要由工控機(jī)(15)、顯示器(16)組成;采集傳輸系統(tǒng)與處理控制系統(tǒng)通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
【文檔編號(hào)】E21B47/00GK105927201SQ201610526181
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年7月5日
【發(fā)明人】蔣發(fā)光, 李貞麗, 潘盛湖, 楊澤成, 龔偉, 張敏, 張偉, 譚曉波
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)