固井水泥灰干混层铺工艺及干混装置研究.docx

新产品开发 #固井水泥灰干混层铺工艺及干混装置研究潘 南 林 (四机赛瓦石油钻采设备有限公司 )摘要固井水泥灰干混层铺工艺采用在计量罐内多层铺放 、垂直切割 、混合罐间多次输入输出的工艺原理 , 达到将固井水泥灰基料和干粉添加剂或其它物料干混均匀的目的 按干混层铺工 艺研制的固井水泥灰干混装置由添加剂罐 、讲量罐 、混合罐和自动控制系统组成 , 其中自动控制 系统由数据采集系统 、控制器 、显示器及控制软件组成 该干混装置在新疆准东油田和中海油塘 沽基地的应用表明 , 干混生产能力可达 20 t / h, 设备剩灰率 < 013 % , 混合后的水泥灰均匀 、细 腻 , 满足固井水泥灰干混要求 关键词固井水泥灰干混层铺工艺干混装置自动控制系统先把每一种物料按比例逐一输入混合计量罐内 ,多 引言层铺放 , 直到罐內的物料装满 ; 然后 , 使压缩空气通过罐底的浮化床 , 对物料流化并传送到另一混合 罐 , 并依次进入第二 、三号混 合 罐 (或在 计量 罐 和混合罐之间多次循环 ) ; 最后 , 将混好的物料输 入成品罐 , 待其发往固井现场 。

干混层铺工艺原理如图 1 所示 , 这种工艺方法的特点是被混物料性能 波动小 , 混合均匀 固井干灰混拌是在规定级别的水泥基料中混合其它材料或加入不同用途的干粉添加剂 , 以获得高 品质的固井干粉物料 散装物料干混系统适用于陆地 、海上 的 石油 开采 、沙漠 钻 井 井 场 、沼 泽 地 井 场 、集运码头 、物资集转站 、水泥厂等场所 主要 用于散装水泥 、粘土 、重晶石粉及其它颗粒状物料 的储存 、干混和输送运输 四机赛瓦石油钻采设备有限公司于 2002 年 5月完成固井水泥干灰混拌橇的研制 , 随后研制的产 品运送到新疆准东油田 , 至今已经现场作业多次 , 该设备的使用情况很好 , 各种性能和参数都能达到 使用要求 固井水泥灰干混层铺工艺的特点在干灰混拌工艺应用中 , 目前常用的方法是在管线中加装混拌器 , 通过载料气流的混拌达到干混 的目的 传统的干粉混合器由于被混物料的物理性能相差较大 , 在气固相沉积中出现严重偏析 , 通过 取样化验试验 , 其性能波动较大 , 已逐步被新的工 艺原理代替 干混层铺工艺采用在计量罐内多层铺放 、垂直 切割 、混合罐间多次输入输出的工艺原理 。

具体方 法是 : 需要相互混合的物料根据混合工艺要求 , 首图 1 干混层铺工艺原理图 外加剂的使用效果取决于它与水泥及其它外加 剂混合的比例和均匀性 , 因此外加剂在油井水泥中 的比例和均匀性是该套固井水泥灰干混装置要解决 的一个难题 小批量外加剂因所占的比例偏小 , 在采用层铺 工艺时 , 每次输入的量会更小 , 受电子秤精度和各— 52 —石 油机 械2005年 第 33卷 第 11期种其它因素的影响 , 会导致混合精度降低 为解决这一问题 , 增加了小批量外加剂预混合系统 该系 统先将外加剂与水泥的混合百分比按比例放大 , 然 后在计算机控制系统的控制下 , 将外加剂与水泥按放大后的比例在外加剂计量罐中多次铺层 , 然后从 外加剂计量罐到外加剂混合罐依次进入混合程序 , 混合均匀后 , 等待下道工序 计量罐结构示意图如 图 2 所示 机 , 当输送压力达到计算机设定的某值时 , 计算机将指令下达给相关阀门 , 开启相关阀门 , 进行输送 混合操作 (见图 3 ) 该系统的显示软件主要支持 A —B 工控机在显示器上显示各罐的物料质量 , 同时也支持 A —B 工 控机在显示器上显示输入作业设置和系统校准 , 为 作业 参 数 、系 统 校 准 和 物 料 显 示 提 供 一 个 工 作 界面 。

图 3 自动控制原理图 控制软件根据采集到的数据和作业输入数据来 指挥执行元件动作 , 实现所需要的控制动作 , 如控 制阀门的开和关 比如设置好每次作业的总质量 、 各物料的配比 、循环次数和混合次数 , 在每一个循 环里 , 一种物料达到该次循环的质量 , 计算机自动 控制关闭该物料的进料管线 , 并开启下一物料的进 料管线 , 直到本次循环结束 , 再进行下一循环 , 最 后达到设置的总质量 当达到该总质量后 , 计算机 会自动控制阀门进入混合作业阶段 , 达到混合次数 后 , 开启管道阀门并输送到成品罐或下灰车供作业 使用 该自动控制系统具有如下特点 :( 1 ) 采用中 央 控制 室集 中 控制 的方 式 现 场 数据由各传感器采集后传回控制室 , 使操作人员能 全面及时地对现场情况进行监控 2 ) 具有全程自动控制 、故障诊断 功能 其 控制工艺能完全满足干灰层铺混合的要求 , 工作时操作人员只须将作业数据输入计算机 , 计算机可实 现作业的全程自动控制 由各传感器将现场作业参 数反馈给计算机 , 因此自动控制过程中 , 计算机会 对故障及突发事 件 做出 正确 判 断 , 并 做出 相应 反 应 , 同时在操作界面上也显示出报警提示 , 利于操 作者迅速解决问题 。

在作业过程中 , 计算机依据压力传感器 、电子 称 重传 感器 、阀位 反 馈信 号对 管 线 、阀门泄漏作出报警提示 , 用户可依据提示终止 作业 , 排除故障 ( 3 ) 控制软 件 具备 动态 显 示功 能 作 业过 程图 2 计量罐结构示意图 这种水泥灰干混装置在计算机控制系统的控制 下 , 将外加剂或预混好的外加剂与水泥按比例在计 量罐中多次铺层 , 然后从计量罐到混合罐 , 并依次 进入计量罐和混合罐之间的混合程序 , 再由混合罐 输送到成品罐储存 , 以供固井作业时使用 对小批量外加剂通过放大比例 , 2 次混合的方 式 , 不但提高了混合的精度 , 而且性能波动小 、均 匀性好 , 从而提高了干灰混拌的质量 自动控制系统固井水泥灰干混装置的自动控制系统主要由数据采集系统 、控制器 、显示器及控制软件等组成 其中数据采集 、显示及控制软件是拥有自主知识产 权的专业 软 件 , 控 制 方 式 先 进 、稳 定 、及 时 , 精 度高 自动控制系统数据采集通过电子秤和传感器来完成 , 主要采集配料罐和混合计量罐的物料质量 , 并计算出混合罐内的物料质量 , 为计算机的控制提 供原始数据 。

层铺时 , 在计算机上设置好层铺比例 , 每一物 料进入层铺罐 , 称重传感器将所得到的数据反馈给计算机 , 当达到设置值时 , 计算机及时将指令下达 给相关阀门 , 关闭和开启相关阀门 , 以进行下一步 操作 混合时 , 压力传感器将压力信号传递给计算2005年 第 33卷 第 11期潘南林 : 固井水泥灰干混层铺工艺及干混装置研究— 53 —中 , 操作者能依据动态的画面显示 , 准确地掌握作业进展情况 , 例如罐体内的料位 、各阀的状态和干 灰的传输线路等必要情况 , 同时也为故障判断与排 除提供了准确信息 4 ) 具有承 运功 能 自 动 控制 过程 中 如果 出 现故障 , 工作停止 , 在操作人员排除故障后 , 作业 依然可继续进行 ; 此外操作人员也可通过软件上的“ 停止 /开始 ”按键 , 随时对作业进行控 制 , 而 不 影响整个作业流程 ; 操作人员亦可随时终止作业 , 更改作业数据 5 ) 自动 /手动控制切换方便 系统可实行输 入参数设定后点击 “ 开始 ”键的全自动 (由软件支持 ) 控制 , 也可采用点击计算机鼠标控 制阀 位 的手动控制 。

6 ) 装备完全独立于计算机自动控制系统之 外的手动控制系统 当控制系统出现短时间无法恢 复的故障或进行较简单作业时 , 用户可利用控制面 板上的电气开关和压力 、称重仪表完成混灰作业 , 其作业数据照样可被 PC机记录 、储存 7 ) 数据记录 、报表输出打印功能 鉴于 油 田作业的特殊需要 , 软件设置了作业数据的自动存 储功能 , 计算机能够记忆每次作业各种原料的消耗 量 、干灰混配量 、实际进发送量及储存量等系列数现场应用研制的固井水泥灰干混拌橇先后在新疆准东油田和中海油塘沽基地现场应用 , 两地现场多年的使 用情况表明 , 这种固井水泥灰干混装置的生产能力 比以前传统设备有很大提高 , 可以达到 20 t / h, 设备的剩灰率也可以控制在 013 %以下 , 且混配出来 的灰均匀 、细腻 , 较以前的传统工艺混合质量有很 大的提高 带补偿功能不受室外风力和温度影响的 电子秤和适应油田工况及气候的工业计算机 , 提高 了作业的精度和可靠性 全自动控制系统提高了工 作效率 , 降低了操作人员的劳动强度 结论采用先进的层铺工艺和自动控制系统而研制的移动式固井水泥灰干混装置 , 通过在油田固井作业 中多年的使用 , 主要特点如下 :( 1 ) 采用层 铺 工艺 , 这种 在罐 内 多层 铺放 先 进的新型干混方式 , 混配出来的灰更均匀 、细腻 、 波动小 , 提高了混合质量 。

2 ) 采用自动控制系统能准确有效地控制作 业流程 , 由计算机全程控制生产过程 , 降低劳动强 度 、提高生产效率 3 ) 利用先进的电子仪器和计算机对设备的 运行进行自动监控和作业数据的自动采集及记录 , 保证数据采集的真实性和准确率 4 ) 除用于油田固井作业中的水泥灰干混以 外 , 该系统还可推广应用于各种具有特殊要求的建 筑水泥生产等领域 据 , 并将其生成报表 , 的数据 为用户提供一段时期内所需( 8 ) 自动控制系统所选控制元件及传感器元件均能满足恶劣工况条件下的作业要求 由于电子秤和传感器具有补偿功能 , 仪表均可实现调整和校准 , 业的准确控制 同时计算机对传感器和 因此可确保控制器对作主要技术参数作者简介 : 潘南林 , 工程师 , 生于 1966年 , 1989年毕业于大连理工大学机械制造专业 , 现从事石油机械产品设 计工作 地址 : ( 434000) 湖北省荆州市 : ( 0716 )8429250收稿日期 : 2005 - 07 - 29 (本文编辑 李学富 )生产能力 : 20 t / h;混灰气路工作压力 : 0120 ～0130 M Pa; 混灰气路最高压力 : 0135 M Pa; 控制气路压力 : 0170 M Pa; 工作环境温度 :- 35～ + 50 ℃; 剩灰率 :< 013 % 。