[发明专利]一种压裂作业中液氮泵的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油生产技术领域，具体的说是一种压裂作业中液氮泵的控制方法。

背景技术

现代石油工业中，氮气技术发展快速并广泛应用于油气生产的许多环节，它在提高采收率、钻井、射孔、增产措施、修井等方面有着广泛的应用。随着中深井、低压、低渗、低孔隙度的油气藏开采，为了提高其产量需进行压裂改造，采用混氮气增能助排压裂工艺技术后，降低了压裂流体对储层的伤害，压裂后流体的返排效果显著，提高了压裂效果；同时现代油田作业规模也不断扩大，大型网络自动控制机组已经成为当前施工的主力配置，这就对作业质量、控制精度和安全提出更高的要求，同时鉴于液氮装备其广泛的应用范围和广阔的市场前景，其控制系统的自动化程度亦亟待改善。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足之处，提供一种压裂作业中的液氮泵控制方法，该控制方法可实现限压定排、恒配比、恒温等控制，具备超压、高温和低温等多种施工报警和保护，可与压裂机组联机协同作业，可根据压裂机组中混砂排量和设定配比进行恒配比匹配控制，在本台液氮泵监测到超压或低温报警高温报警后通过网络将报警信号传送给其他压裂设备，可相互之间监测数据。

为了实现上述目的，本方法提供了一种压裂作业中液氮泵的控制方法，包括以下步骤：

（1）启动辅助发动机，关闭排空阀，打开建压阀，对灌注泵进行冷却，启动主发动机，主发动机预热后，启动灌注泵，对柱塞泵进行冷却，并根据设定时长定时转动柱塞泵，柱塞泵冷却完成后，当蒸发器入口温度低于设定值后，启动蒸发器风扇并控制其低速运转，点燃8个引火器；

（2）控制蒸发器风扇至高速运转，打开排出阀；

（3）判断当前液氮泵的控制模式，若为单泵手动控制，根据操作者操作控制发动机油门和传动箱档位；若为编组手动控制，把连接到网络上的所有液氮泵编为一组，操作者在任何编为一组的设备上控制该组泵的传动箱档位和发动机油门，并控制保持组的档位和油门一致；若为限压定排控制，根据设定排量和限定压力自动调节发动机油门和传动箱档位，在此模式下，比较当前液氮泵压力和设定压力，在当前液氮泵压力比设定压力区间低时，根据设定排量来控制发动机油门和传动箱档位，使氮液泵排量为设定排量；在当前液氮泵压力处于设定区间内时，若设定排量小于当前液氮泵排量，则调节发动机油门和传动箱档位，控制液氮泵排量为设定排量，若设定排量高于当前液氮泵排量时，则保持当前排量；在当前大泵压力比设定压力区间高时，所有设为自动限压定排的液氮泵同时降低油门至最小锁定转速，随后按照泵的先后编排次序，最后一台开始一档一档向下降档位直至空档，然后在前面的一台也逐次一档一档下降档位，直至所有限压定排的液氮泵均处于空档或液氮泵压力处于设定压力区间内；若为恒配比控制，设定液氮配比，根据当前混砂排量实时计算液氮排量来控制发动机油门和传动箱档位，保持液氮排量和混砂排量之比为定值，液氮排量=混砂排量*设定配比；

（4）根据当前液氮排量和设定氮气出口温度，计算燃烧器个数；计算单位时间内所需热量，设为Q_Z，单位时间内所需热量Q_Z=液氮排量*液氮密度*液氮汽化热+液氮排量*液氮密度*（氮气出口温度-氮气入口温度）*氮气比热容 ,一个燃烧器单位时间内产生的热量设为Q，则燃烧器个数为Q_Z/Q；

（5）根据确定的燃烧器个数，使之对称燃烧,根据设定氮气出口温度和实测的氮气出口温度，再调整燃烧器个数,在整个过程中，燃烧器均为对称燃烧，且在设定时间内，8个燃烧器循环燃烧；

（6）在作业过程中，若液氮罐压力大于设定压力，则打开排空阀进行泄压；若液氮罐压力小于设定压力，则打开建压阀进行建压；

（7） 作业过程中，实时监测灌注压力和饱和压力，若灌注压力过低，则提高灌注泵转速；若饱和压力过高，提高灌注泵转速。

在上述技术方案中，步骤（2）中若为限压定排控制，根据设定排量和限定压力自动调节发动机油门和传动箱档位，首先判断限压定排泵的台数，再计算每台泵的设定排量，根据设定排量确定传动箱档位，根据当前排量和设定排量来调节油门。