[发明专利]油田固井液态添加剂自动分配系统LADS设备机电配置设计

权利要求书

1.本发明提供一种油田固井液态添加剂自动化分配系统LADS设备机电配置设计，LADS设备主要由供料系统(4台搅拌罐)、计量泵系统4台、液压动力系统、电子台秤和料桶4部分组成。固井液态添加剂自动分配系统LADS设备采用液压马达驱动的螺杆泵分别从4个液态添加剂罐内吸入液态添加剂，再将液态添加剂泵入到混合水泥浆的清水泵的吸入口，这样液态添加剂就通过混配清水加到水泥浆中。工作时，操作员可将所需加入的添加剂的种类及所需的配比输入到PLC控制器，并打开阀门NO.1/N0.2，关闭阀门N0.3，设置好工作指令后，启动搅拌器，使液态添加剂开始在储液罐内搅拌、循环，此时由于阀门N0.3被关闭储罐中的液态添加剂不会排出，然而由于阀门NO。1、N0.2是打开状态，淡水会注入自动混浆系统。等开始混合水泥浆时，PLC控制器将自动读取自动混浆系统上的清水流量计的流量值，当打开阀门N0.3、关闭阀门N0.2后，这种液态添加剂停止循环，开始被泵送到自动混浆系统上的清水泵吸入口，同时添加剂泵的转速传送给PLC控制器；同时PLC控制器也不断读取自动混浆系统的清水流量计的流量值，通过计算得出实际所需的添加剂量，然后与通过测得的螺杆泵转速计算后的添加剂量相比较，如果有差异，则发出指令改变液态添加剂泵的转速，使其能够泵出正确的液态添加剂量为止。当固井作业的清水泵停止工作后，系统将自动停止液态添加剂泵及关闭相应的阀门。

另外，考虑工业现场情况的复杂性，系统还配置有手动操作系统，当自动控制在工作中发生故障时，操作员可手动打开相应的阀门，启动相应的液态添加剂泵，使液态添加剂能加入到水泥浆中。液态添加剂的排量，操作员可通过自动混浆系统上设定的清水流量(或控制器上流量计仪表显示的清水流量)，通过计算调整液态添加剂泵的转速来控制，但是，需特别强调的是，由于加入人工观测和计算因素，手动控制时添加剂泵入量的精度会降低。

2.如权利要求1所述的油田固井液态添加剂自动化分配系统LADS设备，其安装使用条件如下：(1)主电源：460AVC，三相五线制供电；(2)压缩空气：压力0.8Mpa；流量0.5M3/min；(3)蒸汽：压力0.2Mpa；流量60kg/h；(4)液体填加剂：种类4种；(5)计量泵：精度：±0.3％～0.5％(由选用泵型号定)。

3.如权利要求1所述的油田固井液态添加剂自动化分配系统LADS设备，其设备机电配置和技术说明如下：

3.1 A供料系统(搅拌罐4台)

不锈钢罐体，焊接结构。活动式盖板上安装有液压马达驱动的搅拌装置，用于物料的搅拌、均化。为了满足用户在寒冷地区使用，罐内安装有蒸汽加热不锈钢盘管，由罐内安装的热电阻实时检测液体温度，根据设定温度自动并控制蒸汽管上的气动截止阀的开、关进行加热和保温。温度误差可保证在±5℃之内。对搅拌罐的加热一方面可以降低填加剂粘度，防止引起计量泵或输送管路的堵塞，降低搅拌功率和搅拌的均匀性；另一方面由于能控制填加剂的粘度，从而提高计量精度。当用户不需要对填加剂进行加热时，只需将蒸汽管上的手动闸阀关闭或关闭气动截止阀，或将设定加热温度定为低值，停止加热即可。搅拌罐上还安装有清洗水管，由手动闸阀控制。当需要清洗搅拌罐、计量泵和管路时，可以人工打开手阀清洗。搅拌罐容积和搅拌器长度见下表1：

表1 供料系统配置和技术指标

*注：如用户需要，搅拌器容积可以按用户要求设计为375gal(1419.4L),对应搅拌器长度62.54in(1.588m)

3.2 计量泵系统4台

在每台搅拌罐下方，安装有计量泵。计量泵由油马达驱动，通过电液伺服阀控制油马达转速，控制器通过电压信号改变阀门开度进而控制计量精度。同时计量泵转轴上安装有编码器，检测计量泵的实际转速,与计算所需转速进行比较。计量泵出口通过带快速接头的高压橡胶管和手动闸阀进入混合罐中备用。为了减少计量泵出口管路中残余料对计量精度的影响，在计量泵出口安装有气动截止阀，靠近该阀安装有压缩空气或高压水清扫管，在清扫管上同样安装有气动截止阀，控制清扫动作。当每种填加剂计量完成后，通过压缩空气或高压水将管中残余料清扫干净。由于不同的填加剂及操作温度，填加剂粘度、比重不同，计量泵排量要发生变化(粘度增大，泵的容积效率下降；操作温度升高，填加剂粘度下降)；计量泵出口压力也对计量精度产生影响。为了保证计量精度，在系统调试时根据不同的填加剂、不同温度进行粘度和压力校正，供用户校正系数或曲线，或由计算机存储自动进行校正(由用户确定方式)。

3.3 液压系统

液压系统为整个配料系统提供动力源。包括搅拌、计量泵送都是通过液压马达驱动。液压马达驱动具有它体积小(相同驱动功率下与电机减速器比较)、启动扭矩大、调速方便等特点。本系统采用齿轮泵和柱塞泵组成的双联泵，由一台电机驱动，小的齿轮泵驱动搅拌器油马达，同时为大的柱塞泵提供液压油，提高柱泵的吸油能力。齿轮泵通过油管上的手动阀人工控制搅拌器油马达的转动。柱塞泵提供计量泵驱动油马达的液压油，由电磁比例伺服阀自动控制马达转速，也可用手动针阀人工控制。为了防止液压油中杂质对液压元件的损害，在液压泵进油管上安装有过滤器。冷却器可以根据液压油管上的测温元件控制油的温度，在泵的出口安装有溢流阀，防止液压系统超压。液压系统包括：电机、齿轮泵、柱塞泵、计量泵驱动马达、电磁伺服阀、手动针阀、油箱、过滤器、液压油冷却器、压力传感器、测温元件、搅拌器驱动马达及其液压管路等。为了减小系统尺寸,多数液压阀门采用模块化设计，同时方便系统的扩展。各油管采用快速接头的高压胶管连接，便于维修。液压系统各元件的配置如下表2：

(1)螺杆计量泵4台

表2 液压系统计量泵配置和技术指标

*注、工作压力按计量泵出口管路长50ft(15.24m)计算。如管路加长，压力需增大。

(2)螺杆计量泵驱动齿轮油马达4台

表3 液压系统计量泵驱动配置和技术指标

(3)搅拌器驱动油马达4台

油马达最高转速约180rpm,型号Ross17.7cu in/motor(290ml/转)，产地美国。

(4)齿轮泵1台

最高压力：3000Psi(21MPa),工作压力：2000psi(14MPa)。

该泵主要用于驱动搅拌器油马达和为变量轴向柱塞泵提供20psi(0.14MPa)液压油，排量≥46ml/转。

(5)PVPC型变量轴向柱塞泵1台

原系统最高压力2500psi(17.5MPa),工作压力700～1000psi(4.9～7.0MPa)。选用泵型号：X2E-L-4-046/D，排量：46ml/转；最高压力：260ba(26MPa)r；额定工作压力：210bar(21MPa)。产地：意大利ATOS公司。

(6)电液比例伺服阀4台

电磁比例伺服阀控制通过液压计量泵驱动马达的液压油流量，从而控制油马达转速，达到准确计量。每台计量泵驱动马达配一个比例伺服阀。伺服阀型号BD-15CCCN B2.5、BD-15CCCN B15和BD-15CCCN B20分别控制1#、2、3#和4#计量泵驱动马达，比例伺服阀的控制器(放大器)采用内防爆型，24DVC,电缆EHC 12 4s长度12m。型号PCM600S。

(7)过滤器1台

过滤器是液压系统中重要元件。它可以清除液压油中的污染物，保持油液清洁度，确保系统元件工作的可靠性。

采用不锈钢纤维过滤器，滤芯采用不锈钢超细纤维烧结毡材料，具有强度高，耐高温，耐腐蚀，纳污容量大，过滤性好，滤芯可反复清洗使用等特点。

过滤器型号：YPH240ST-10W。

技术性能：流量：240L/min；过滤精度10μm；压力4.2Mpa；目视压差指示器，指示压差0.7±0.07Mpa；温度-10℃～+100℃；滤芯耐压21Mpa；带旁通阀，金属芯。

(8)冷却器1台

液压系统工作时，因液压泵、液压马达的容积损失和机械损失，或控制元件及管路的压力损失和液体摩擦损失等消耗的能量，几乎全部转化为热量，使液压油和液压元件的温度升高。如果油温超过80℃时，将严重影响液压系统的正常工作。一般规定液压油的正常工作温度为15℃～65℃。采用冷却器对液压油进行冷却，使其在规定范围内。在冷却器液压油出口管路上安装油热电阻测温元件，通过控制盘上的温度表可以观测液压油温度。

冷却器采用国产管壳式换热器，不锈钢焊接结构。液压油通过壳程，冷却水通过管程，散热效果好，传热系数约为：350～580W/(M2·℃).换热面积0.7M2,设计压力1.6MPa。压力降≤0.1MPa,型号：2LQF1W型。

(9)单向阀2个

控制液压油的方向，使其只能从一个方向流动。其中一个单向阀同时作背压阀，使变量轴向柱塞泵的入口油压升高到20psi(1.4Mpa),稳定压力。

表4 高温对液压元件性能的影响

(10)手动针阀4个

用于手动控制搅拌器油马达转速。

(11)交流电机1台

通过交流电机同时驱动两台同轴安装的齿轮油泵和变量轴向柱塞泵。

技术参数：40HP，380～460DVC.三相电机，48A,1800rpm，内置加热器，当停止使用时启动加热器加热电机，防止冷凝水。

(12)电机启动器1个

用于电机的启动。不锈钢内罩内安装电加热器，当系统停止工作时，加热器防止冷凝水进入启动器内部。型号FVNR。

(13)溢流阀2个

作安全阀使用，保证系统安全、可靠。

用于变量轴向柱塞泵出口管路上的溢流阀设定压力2500psi(17.5MPa),最高压力：3000psi(21MPa),流量：≥82.8L/min。

用于齿轮液压泵出口管路上的溢流阀最高压力3000psi(21MPa),设定压力2000psi(14MPa)；流量：≥82.8L/min。

(14)油箱

开式油箱，不锈钢焊接结构，容积20加仑(75.7L)。为了防止油液被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，同时兼作注油口。油箱内部设置隔板将吸、回油管隔开，使液流循环，油流中的气泡与杂质分离和沉淀。在油箱低部最低位置，设置放油孔，使换油时油液和污物能顺利地从放油孔流出。为了能够观察向油箱注油的液位上升的情况和在系统运行过程中看见液位高度，设置有液位计。油箱内壁喷砂处理，彻底清除污物和焊渣。

空气滤清器型号：QUQ2,空气过虑精度：10μm；空气流量：1.0M3/min；温度范围：-20～+100℃；油过虑网孔：15μm。

(15)快速接头及高压胶管

为了便于维护，所有液压管路和填加剂输送管均采用快速接头连接。胶管采用钢丝编织高压橡胶管。

(16)压力表及压力表开关

指示液压管路中各点的压力。

3.4 电子台秤和料桶

电子台秤和料桶是作为紧急处理时用于人工配料用。当系统出现故障时，为了不影响生产，在每个搅拌器底部设有排料口。可以打开手阀人工进行配料。电子台秤配有高精度Panther仪表，可以显示重量。