石油压裂液混配自动控制系统的研究

论文摘要

油井经过一段时间开采以后,常出现油层渗透性能降低,有油不出油的衰老现象,对此石油行业普遍采用压裂增产技术,它利用高排量和高压力将含有高浓度支撑剂的非牛顿高黏压裂液注入井下,在目的层造成裂缝并延伸裂缝;当压裂液破胶返排后,形成一条或多条具有高导流能力的支撑裂缝。这样就提高了油层的渗透性,可达到增产的目的。因此压裂液质量的好坏,将直接影响压裂施工作业的效果,也就直接影响石油的稳产与增产。为了满足生产需求,压裂液必须满足以下的要求:黏度高,便于携带支撑剂（如石英砂）;在泵送过程中摩擦阻力低;防滤失性好;压后破胶和返排过程迅速;而且要经济可行,不伤害地层。论文依据对石油压裂液配液站参数的设计要求,主要目标是实现石油压裂液混配自动控制系统的设计。文中详细阐述了自动控制系统的设计思想,以及整个系统的硬件实现和软件设计。其中采用OMRON公司的Controller link网络完成了系统的组网通信,并对通信配置进行了详细的介绍。系统把智能控制中的模糊控制思想运用在清水和胶粉混配过程中,解决了石油压裂液混配过程中的混配控制困难的难点。所开发的系统将模糊控制与可编程逻辑控制器（Programable Logic Controller, PLC）相结合,克服了传统调节器超调量大的缺点,充分发挥了PLC控制灵活、编程方便、适应性强的优点,提高了对清水流速以及胶粉实时下粉精度的控制。并且对基于OMRON CS1G-H PLC模糊控制策略进行了工程实现,并给出了关键部分的控制逻辑。实验结果表明,该系统可完成石油压裂液配液站对自动控制的要求,可按照生产需要自动连续快速的配置不同浓度的压裂液,配液质量高,无“鱼眼”,橇出口粘度达到实验室最高粘度的80%以上,实用性强,具有一定的推广价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 石油压裂液混配系统概述
• 1.2 本课题研究的意义和内容
• 1.2.1 本课题研究的目的及意义
• 1.2.2 本课题研究的内容
• 第2章 石油压裂液混配自动控制系统总体方案
• 2.1 石油压裂液混配自动控制系统概况
• 2.1.1 电控系统设计依据
• 2.1.2 石油压裂液混配自动控制系统结构图
• 2.2 系统结构形式的选择
• 2.2.1 PLC 模块的选择
• 2.3 通讯系统
• 2.4 胶粉和清水混配的闭环控制系统
• 2.5 本章小结
• 第3章 自动控制系统通讯方案
• 3.1 PLC 网络通信技术
• 3.1.1 OMRON 公司PLC 网络体系结构
• 3.1.2 Controller Link 网介绍
• 3.2 本系统网络通信实现方法
• 3.2.1 配置Controller Link 硬件
• 3.2.2 Controller Link 软件配置
• 3.3 本章小结
• 第4章 控制系统软件设计及实现
• 4.1 PLC 控制系统整体设计
• 4.2 控制程序的PLC 实现
• 4.2.1 基液配置部分自动控制系统程序设计
• 4.2.2 液体添加部分自动控制系统程序设计
• 4.2.3 纯碱和小苏打添加部分自动控制系统程序设计
• 4.2.4 交联剂配置部分自动控制系统程序设计
• 4.2.5 搅拌及发液部分自动控制系统程序设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 混配控制算法研究
• 5.1 清水和胶粉给料的一般控制方法
• 5.2 恒压供水系统模糊PID 控制器结构设计
• 5.2.1 模糊语言变量的确定
• 5.2.2 确定各语言变量论域上的隶属度函数
• 5.2.3 模糊PID 参数模糊调整规则
• 5.2.4 生成模糊查询表
• 5.2.5 PID 初始参数的整定
• 5.3 胶粉供给系统模糊控制器结构设计
• 5.3.1 确定模糊语言变量
• 5.3.2 确定各语言变量论域上的隶属度函数
• 5.3.3 生成模糊查询表
• 5.4 工业试验结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢