【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固井供灰，具体涉及一种面向全自动固井作业的供灰系统及其控制方法。
技术介绍
1、固井注水泥作业是钻完井工程中的关键环节，其需要在特定高压条件下，向井底注入一定密度和体积水泥浆的作业过程，从而达到保护套管、封隔地层、建立油气流出通道等目的。水泥浆密度是固井作业重要的监控参数，混浆均匀稳定且密度达标是实现高质量固井的关键前提。
2、目前，固井作业期间主要通过调节进入混浆设备的干水泥流量，以控制水泥浆密度。然而，由于目前的供灰系统大多采用气力输送方式，供灰及进气管线内的流体是复杂的气-固(空气-干水泥灰)两相流，干水泥灰流量受操作压力、输送气速、水泥粉料性质、输灰管线尺寸及布局等多个因素综合影响，且目前尚无可靠计量手段在线实时检测该流量。因此，作业过程中，经常出现因供灰不足、不稳导致水泥浆密度难以精准控制的问题。
3、另外，目前储灰罐的充气憋压、出灰、管线吹扫等操作还普遍采用手动控制方式，作业过程中需要操作人员值守观察罐体压力和调节出灰与吹扫阀位，存在用人成本高、经验依赖性强、操作一致性差等问题，严重限制了固井作业效率和质量的提升。
4、由此可知，相关技术中的供灰系统存在水泥浆密度难以精准控制、人工成本高、自动化程度低、操作一致性差、固定作业效率和固定质量低的缺点，有待改进。
技术实现思路
1、为了解决上述全部或部分问题，本专利技术的目的在于提供一种面向全自动固井作业的供灰系统及其控制方法，可以实现水泥浆密度的精准控制，降低人工成本，提高
2、第一方面，本专利技术提供了一种面向全自动固井作业的供灰系统，包括：
3、储灰罐，用于密闭储存干水泥灰；
4、恒压罐，用于恒压密闭储存干水泥灰；
5、气源，为干水泥灰的输送提供动力；
6、供灰及进气管线，将所述储灰罐、恒压罐、气源以及外部混浆设备连接；
7、监测系统，设置于所述储灰罐、恒压罐和供灰及进气管线上，且用于实时监测所述储灰罐、恒压罐和供灰及进气管线的压力以及水泥灰藏量；
8、控制阀组，设置于所述供灰及进气管线上，且用于控制所述供灰及进气管线内流体流量；
9、人机交互界面，供操作人员输入作业指令；
10、数据采集系统，与所述人机交互界面和监测系统分别连接，且用于实时采集所述储灰罐和恒压罐的压力信号以及藏量信号，采集所述供灰及进气管线的压力信号，采集所述控制阀组的阀位信号，以及接收来自所述人机交互界面的作业指令；
11、自动控制系统，与所述控制阀组和数据采集系统分别连接，且用于响应接收到的作业指令，并控制所述气源、储灰罐和恒压罐之间管线、所述储灰罐的出料口与所述恒压罐的进料口之间管线、所述恒压罐的出料口与外部混浆设备之间管线的启闭，以及控制所述恒压罐的藏量和压力；
12、其中，所述人机交互界面的作业指令包括但不限于供灰作业启动/停止指令、储灰罐压力设定值、储灰罐/恒压罐底部进气管线压力设定值、恒压罐压力设定值、恒压罐水泥灰藏量设定值。
13、可选地，所述供灰及进气管线包括：
14、输气管，与所述气源连接；
15、第一气管，一端与所述输气管连接、另一端连接于所述储灰罐的底部；
16、第二气管，一端与所述输气管连接、另一端连接于所述恒压罐的底部；
17、出料管，一端与所述储灰罐连接、另一端与所述恒压罐连接；
18、吹气管，一端与所述输气管连接、另一端与所述出料管连接，以辅助干水泥灰的输送；
19、排放管，一端连接于所述恒压罐上、另一端和外部混浆设备连接；
20、备用管，一端与所述出料管连接、另一端和外部混浆设备连接；
21、排空管，连接于所述恒压罐上，以实现所述恒压罐的排空；
22、平衡管，两端分别与所述排空管连接；
23、调节管，一端与所述输气管连接，另一端与所述平衡管连接。
24、可选地，所述控制阀组包括：
25、控制阀v1，连接于所述第一气管上；
26、控制阀v2，连接于所述吹气管上；
27、控制阀v3，连接于所述第二气管上；
28、控制阀v4，连接于所述调节管上；
29、控制阀v5，连接于所述出料管上；
30、控制阀v6，连接于所述出料管上，且所述备用管的端口位于所述控制阀v5和控制阀v6之间；
31、控制阀v7，连接于所述备用管上；
32、控制阀v8，连接于所述排放管上；
33、控制阀v9，连接于所述排空管上；
34、控制阀v10，连接于所述平衡管上，且所述调节管与所述控制阀v10连接；
35、其中，所述控制阀v1-v10分别与所述自动控制系统连接。
36、可选地，所述监测系统包括：
37、压力检测器w1，设置于所述储灰罐的底部，以监测所述储灰罐内水泥灰藏量；
38、压力检测器w2，设置于所述恒压罐的底部，以监测所述恒压罐内水泥灰藏量；
39、压力表p1，连接于所述第一气管上；
40、压力表p2，连接于所述储灰罐的顶部；
41、压力表p3，连接于所述第二气管上；
42、压力表p4，连接于所述恒压罐的顶部；
43、压力表p5，连接于所述调节管上；
44、其中，所述压力表p1-p5分别与所述数据采集系统连接。
45、可选地，所述储灰罐和恒压罐的底部分别连接有空气分布器，且所述第一气管和第二气管分别与相应的所述空气分布器连接。
46、第二方面，本专利技术提供了一种供灰系统的控制方法，包括如下步骤：
47、s1，在人机交互界面输入作业指令，包括储灰罐底部进气管线压力设定值p1,sp、储灰罐顶部压力设定值p2,sp、恒压罐底部进气管线压力设定值p3,sp、恒压罐顶部压力设定值p4,sp、恒压罐藏量设定值w2,sp；
48、s2，吹扫供灰及进气管线和恒压罐，确保供灰及进气管线畅通，且将恒压罐内残留干水泥灰吹净；
49、s3，控制储灰罐进气憋压，待储灰罐顶部压力达到设定值p2,sp，控制储灰罐出灰口与恒压罐进料口之间管线连通；
50、s4，控制储灰罐底部进气压力、恒压罐底部进气压力、恒压罐水泥灰藏量以及恒压罐压力，以实现对供灰量和进气量的精准控制。
51、可选地，在s4中，控制储灰罐底部进气压力包括：通过数据采集系统实时采集压力表p1的压力信号p1，然后与储灰罐底部进气管线压力设定值p1,sp作差，得到压力偏差信号后输入到自动控制系统的第一压力控制模块，计算得到控制阀v1的开度信号并下传执行；
52、通过公式：
53、
54、计算第k个采样时刻压力设定值p1,sp与第k本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向全自动固井作业的供灰系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的供灰系统，其特征在于，所述供灰及进气管线(4)包括：
3.根据权利要求2所述的供灰系统，其特征在于，所述控制阀组(6)包括：
4.根据权利要求2所述的供灰系统，其特征在于，所述监测系统(5)包括：
5.根据权利要求2所述的供灰系统，其特征在于，所述储灰罐(1)和恒压罐(2)的底部分别连接有空气分布器(10)，且所述第一气管(402)和第二气管(403)分别与相应的所述空气分布器(10)连接。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的供灰系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在S4中，控制储灰罐底部进气压力包括：通过数据采集系统实时采集压力表P1的压力信号p1，然后与储灰罐底部进气管线压力设定值p1,sp作差，得到压力偏差信号后输入到自动控制系统的第一压力控制模块，计算得到控制阀V1的开度信号并下传执行；
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在S4中，控制恒压
9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在S4中，控制恒压罐底部进气管线压力包括：通过数据采集系统实时采集压力表P3的压力信号p3,然后与恒压罐底部进气管线压力设定值p3,sp作差，得到压力偏差信号后输入到自动控制系统的第二压力控制模块第二压力控制模块，计算得到控制阀V3的开度信号并下传执行；
10.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在S4中，控制恒压罐压力包括：通过数据采集系统实时采集压力表P4的压力信号p4，然后与恒压罐压力设定值p4,sp作差，得到压力偏差信号1后输入到自动控制系统的第三压力控制模块，经第三压力控制模块计算后输出控制阀V4期望进气压力，与控制阀V4实测进气压力作差，得到压力偏差信号2后输入到自动控制系统的第四压力控制模块，最终由第四压力控制模块计算得到控制阀V4开度信号并下传执行；
...【技术特征摘要】
1.一种面向全自动固井作业的供灰系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的供灰系统，其特征在于，所述供灰及进气管线(4)包括：
3.根据权利要求2所述的供灰系统，其特征在于，所述控制阀组(6)包括：
4.根据权利要求2所述的供灰系统，其特征在于，所述监测系统(5)包括：
5.根据权利要求2所述的供灰系统，其特征在于，所述储灰罐(1)和恒压罐(2)的底部分别连接有空气分布器(10)，且所述第一气管(402)和第二气管(403)分别与相应的所述空气分布器(10)连接。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的供灰系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在s4中，控制储灰罐底部进气压力包括：通过数据采集系统实时采集压力表p1的压力信号p1，然后与储灰罐底部进气管线压力设定值p1,sp作差，得到压力偏差信号后输入到自动控制系统的第一压力控制模块，计算得到控制阀v1的开度信号并下传执行；
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在s4中，控制恒压罐水泥灰藏量包括：通过数据采集系统实时采集压力检测器w2的测量信号w2，然后与储恒压罐藏量设定值w2,...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯林，史元，蒋荣星，耿艳峰，陈峰，邵振友，季威，张梦非，刘添翼，康诗雨，
申请(专利权)人：中海油田服务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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