（机械工程专业论文）单机单泵水泥车控制系统研制.pdf

摘要 固井作业是油田勘探开发作业中必不可少的重要组成部分，是钻井工程重要的环节 之一，固井质量是油气井的“百年大计 ，该项作业中的各技术措施与最终的产量紧密 相关，对油气井寿命、油气井产能、勘探开发的总体效益影响很大。因此研制开发性能 可靠、技术先进的固井设备对完成固井作业、保证固井质量有着非常重要的意义。 单机单泵水泥车主要用于油气田深井、中深井、浅井的各种固井作业，可完成自制 水泥浆、注水泥、替泥浆等工作，是固井成套设备中的关键设备，其性能是否可靠直接 影响到固井质量，单机单泵水泥车还可用于洗井和一般浅并的压裂施工，凡属井深在 4 5 0 0 m 以内的各种固井作业，用一台车即可完成。但是单机单泵水泥车由于技术含量高， 装配工艺较复杂，国内目前能真正生产该车的厂家极少，造成目前国内该类水泥车品种 不多，竞争对手少的局面。为了满足油田的需要，也为了公司的发展，我们决定开发符 合油田需要的该类型水泥车，参与市场竞争。 本文根据水泥车的技术性能要求对水泥车的底盘、主柴油机、液力变速箱、三缸柱 塞泵、辅助柴油发动机、联泵装置以及离心泵等主要零部件进行了设计与选择，并严格 按照s y t 5 6 11 - 2 0 0 1 固井水泥车等相关规定研制出了单机单泵水泥车的控制系统， 该控制系统主要包括包括自动混浆系统、液压系统、气路系统及电路系统。研制出了高 能混合器等关键部件，建立了力学模型，并进行了结构分析与计算：根据水泥车的工作 状况对液压系统的清水泵、循环泵、增压泵等主要部件进行了选型计算，并设计了各泵 的液压原理图及管路图。 本文根据单机单泵水泥车的工作环境和性能要求选用a b 公司的s l c 5 0 0 系列p l c ， 开发出了单机单泵水泥车的控制系统软件，并编写了相应的软件程序。 油田固井常用的工作介质为水、泥浆、钻井液等油井服务液，固井中需要达到的技 术要求为：混浆能力o 2 3 m 3 r a i n ，混浆密度1 o 2 4 9 c m 3 ，密度控制精度o 0 1 0 0 2 9 e m 3 。本文研制的单机单泵水泥车的自动混浆系统最大混浆能力2 3 m 3 m i n ，最大 混浆密度2 4 9 e r a 3 ，密度控制精度为o 0 1 - 0 0 2 9 c m 3 ，能够达到油田固井的需要。 关键词：单机单泵水泥车，控制系统，混浆系统，固井 r e s e a r c ho nt h ec o n t r o ls y s t e mo f s i n g l ee n g i n ea n ds i n g l ep u m pc e m e n t i n gt r u c k y a hc o n g y i n ( m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i uy o n g h o n g a b s t r a c t w e l lc e m e n t i n go p e r a t i o ni san e c e s s a r ya s s e m b l yp a r to fi n t e g r a t e dd e v e l o p m e n tj o bo f o i lf i e l da n da l li m p o r t a n tl i n ko fw e l ld r i l l i n gp r o j e c t ，t h eq u a l i t yo fc e m e n t i n go p e r a t i o ni s t i g h t l yr e l a t e d 晰t l lt h ef i n a lp r o d u c t i v i t y , s oi ti si m p o r t a n ta s h u n d r e dy e a r sp l a n ”，a n di t a l s oh a sg r e a te f f e c to nt h eo i la n dg a sw e l ll i f e ，w e l lp r o d u c t i v i t ya n dd e v e l o p e dc a p a c i t ya n d b e n e f i t s oi ti ss i g n i f i c a n tt or e s e a r c ht h ec e m e n t i n ge q u i p m e n t s ，i m p r o v et h ec a p a c i t yo f c e m e n t i n ge q u i p m e n t sa n df i n i s hw e l lc e m e n t i n gw o r kw e l l t h es i n g l ee n g i n ea n ds i n g l ep u m pc e m e n t i n gt r u c ki sm a i n l yu s e df o ro p e r a t i o na td e e p w e l l ，m i d d l e s h a l l o ww e l la n ds h a l l o ww e l l ，a n di tc a l lf i n i s h t h ew o r ko fm a k i n gs l u r r y , i n j e c t a n dc h a n g em u da u t o m a t i c a l l y i ta l s oc a nb eu s e df o rf r a c t u r i n ga tw a s h i n gw e l la n dm o r m a l s h a l l o ww e l l o n es e to ft h i st r u c kc a l lf i n s ha l lc e m e n t i n gw o r ko ft h ew e l lt h a td e p t hi sl e s s t h a n4 5 0 0m a tt h a tm o m e n t ，t h ef a c t o r y 也a tc a nm a n u f a c t u r et h ec e m e n t i n gt r u c ki ss e l d o m a n dt y p e so fc e m e n t i n gt r u c ka n dc o m p e t i t o ri sf e wi nc h i n ab e c a u s et h et e c h n o l o g ya n d a s s e m b l ec r a f ti sc o m p l i c a t e d ，s oid e c i d er e s e a r c ha n dd e v e l o pc e m e n t i n gt r u c kt om e e tt h e o i lf i e l dn e e da n dj o i ni nt h em a r k e tc o m p e t i t i o n a c c o r d i n gt ot h et e c h n i c a lp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t so ft h ec e m e n tt r u c k , t h em a i np a r t s s u c ha st h ec h a s s i s ，t h em a i nd i e s e le n g i n e ，t h eh y d r a u l i ct r a n s m i s s i o n , t h et r i p l e xp i s t o n p u m p ，t h ea u x i l i a r yd i e s e le n g i n e s ，t h ec e n t r i f u g a lp u m pa n ds oo na r ed e s i g n e da n ds e l e c t e d i nt h i sp a p e r t h ec o n t r o ls y s t e mo fs i n g l ee n g i n ea n ds i n g l ep u m pc e m e nt m e ki sd e v e l o p e d a c c o r d i n gt ot h es y t 5 6 11 - 2 0 0 1 c e m e n t i n gc e m e n tt r u c k ”a n do t h e rr e l e v a n tp r o v i s i o n s ， w h i c hi n c l u d e st h ea u t o m a t i cm i x i n gs y s t e m ，t h eh y d r a u l i cs y s t e m ，t h eg a ss y s t e ma n dt h e c i r c u i ts y s t e m t h ek e yp a r t ss u c ha st h eh i g h - e n e r g ym i x e ra r ed e v e l o p e d ，a n dt h em e c h a n i c s m o d e li sf o u n d e d 。t h em a i np a r t so ft h eh y d r a u l i cs y s t e ms u c ha st h er i n s i n gp u m p ，t h e c i r c u l a t i o np u m pa n dt h eb o o s t e rp u m pa r ec a l c u l a t e da n ds e l e c t e d ，a n dt h es c h e m a t i ca n d p i p e l i n ed i a g r a mo fe v e r yp u m pi sd e s i g n e d t h es l c 5 0 0s e r i e sp l co fa bc o r p o r a t i o ni ss e l e c t e da c c o r d i n gt ot h ew o r k i n g e n v i r o n m e n ta n dp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t so ft h es i n g l ee n g i n ea n ds i n g l ep u m pc e m e nt r u c k i nt h i sp a p e r t h es o f t w a r eo ft h ec e m e n tt r u c k sc o n t r o ls y s t e mi sd e v e l o p e da n dt h er e l e v a n t p r o c e s si sp r o g r a m m e d t h eu s u a lw o r k i n gm e d i ai nt h ew e l lc e m e n t a t i o na r ew a t e r , m u d ，d r i l l i n gf l u i da n do t h e r w e l ls e r v i c ef l u i d ，a n dt h et e c h n i c a lr e q u e s t si nt h ew e l lc e m e n t a t i o ni n c l u d et h a tt h em u d m i x i n gc a p a c i t yi s0 - - 2 3 m 3 m i n , t h em i x i n gm u dd e n s i t yi s1 0 - 2 4 9 c m 3a n dt h ed e n s i t y c o n t r o la c c u r a c yi s4 - 0 0 1 0 0 2 咖m j ，n l es i n g l ee n g i n ea n ds i n g l ep u m pc e m e nt r u c k d e v e l o p e di nt h i sp a p e rc a ns a t i s f yt h er e q u i r e m e n t so ft h ew e l lc e m e n t a t i o n ，a n dt h em a x m u dm i x i n gc a p a c i t yi s0 - - 2 3 m 3 m i n ，t h em a xm i x i n gm u dd e n s i t yi s2 4 固蕊a n dt h e d e n s i t yc o n t r o la c c u r a c yi s 士0 0 1 o 0 2 9 c m 3 k e yw o r d s ：s i n g l ee n g i n ea n ds i n g l ep u m pc e m e n t i n gt r u c k ，c o n t r o ls y s t e m ，m i x i n gs y s t e m ， w 色l lc e m e n t a t i o n 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：返：垒：曼过日期：。q 年、q 月l f 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：奉! 亟丈 指导教师签名：童4 她 日期：v 年、- 月lr 日 日期：俨彦年，护月t s - 日 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第1 章前言 固井就是向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注入水泥浆，把套管固定在井 壁上，避免井壁坍塌。其目的是：封隔疏松、易塌、易漏等复杂地层：封隔油、气、水 层，防止互相窜漏；安装井口，控制油气流，以利钻进或生产油气【l 羽。由于油气井浅 则数百米，深则数千米，乃至万米，套管和水泥浆要经受高温高压的恶劣环境，还要承 受地下油气水及其它介质的腐蚀窜扰，以及采油作业中酸化、压裂等增产措施的种种考 验。因此，固井对材质、设备和工艺有着特殊的要求，可以说固井是一门复杂的涉及面 很广的综合技术，固井质量的好坏关系到油田的开发和建设，是油田长期稳产的基础工 程【7 1 0 1 。 为完成固井作业，通常需要多种专用设备联合进行作业。一般来讲，需要下灰车( 用 于运送干水泥) 、罐车( 用于储存和运输清水) 、固井水泥车( 用于向井内注入水泥浆) ； 进行技术套管和生产套管固井作业时，还要根据实际情况在上述设备的基础上增加压风 机车( 用于向下灰车提供压缩空气，以提高下灰车的下灰速度) 、供水车( 向固井水泥 车提供清水) 、固井管汇车( 用于多台固井水泥车的联合作业) 、备用车( 主要为固井水 泥车，防止作业时设备出现故障，造成作业停止) ，有时根据设备能力情况还要再增加 混浆车( 橇) 或倍混装置等专门用于混浆的设备，固井作业现场如图1 1 所示。由上述 可以看出，固井作业需要很多种类的设备共同完成，但向井内注入水泥浆的工作，则是 完全依靠固井水泥车来进行，固井水泥车是固井成套设备中的关键设备，其性能是否可 靠直接影响到固井质量。因此，研制开发性能可靠，技术先进的固井水泥车是保证固井 质量必不可少的基本条件【l l 1 8 】。 前言 圈1 - 1 日井作韭现塌 i 1 固井水泥车用途 固井水掘车是油田矿场的车载固井设备，专用于钻井工程的同井旖工，也可用于洗 井、压井等其他作业，在固井旆工中主要完成下列工作： ( 1 ) 注隔离液； ( 2 ) 配制水泥浆，并向井筒中压注水泥浆： ( 3 ) 用顶替液顶替水泥浆( 包括压塞和碰压) 。 1 2 固井水泥车分类 国内外固井水泥车一般接其主要参数排量来进行分类，可分为大、中、小三类f 1 蝴】。 ( 1 ) 大型固井水泥车 排量在2 4 32 m 3 m i n 的为大型车。双机双泵车为大型车，郎台车上配备二台大 型柴油机- 各带动一台柱塞泵，总排量为3 2 d m i n 。生产厂家有：美国道威尔公司、 哈里伯顿公司等；国内仅有中油特车、四机厂等极少厂家。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 ( 2 ) 中型固井水泥车 排量在1 6 m 3 m i n 左右的为中型车。单机单泵车为中型车，排量为1 5 m 3 m i n 。国内 目前仅有中油特车、四机厂、烟台杰瑞等极少数厂家生产。 ( 3 ) 小型固井水泥车 排量在i m 3 r a i n 左右的为小型车。国产的7 0 0 型、4 0 0 型、3 5 0 型、3 0 0 型等为小型 车。国内绝大多数特车生产厂家都有能力生产。 根据工艺要求，固井要求水泥浆密度控制精度为士0 川 o0 2 9 e r a 3 ，单机单泵水泥车 ( 见图l 2 ) 是固井作业中最为主要的设备，该设备技术含量高，设备较为复杂，采用 的是自动混浆系统能混配设定的所需密度的泥浆，故能满足固井作业中对泥浆密度精 度的严格要求。 圈l 单机单泵水泥车 魂1 - 2 a g l e e 咖e - 出h m p t r i c k l3 具有混浆功能的固井水泥车简介 在段时间内，带混浆系统的固井水泥车，仅有四机厂一家形成规模生产，该厂的 生产技术在国内处于领先地位a 二0 0 三年中油特种车辆有限公司开始引进国外技术井 进行消化吸收，井- 于- - - 0 0 六年开发完成了具有混浆功能的固井水泥车。 目前国内生产具有混浆系统的固井水泥车不多，其基本机构形式大同小异，仍是以 前言 汽车二类底盘为安装基座，其上安装各种改装而成口9 。5 1 。 各主要部件安装布置如下： 柴油机通过支架固定在台板的前部，其配套装置有风扇、水箱、排气消声筒，仪表 及空气压缩机等。液力变速箱安装在主柴油机后部，可在操作台上通过电控手柄对变速 箱档位进行控制，使变速箱挂合不同的档位，并输出不同的转速和扭矩，以满足不同的 工况。 三缸柱塞泵安装在车台的中部，通过传动轴与变速箱连接。水柜安装固定在变速箱 上部，可用于作业时的计量液体、配液等。高低压管汇与三缸柱塞泵相连，其上安装有 相应的阀件、由壬、管卡等装置，满足工作液体的吸入和排出。操作台安装在水柜后部， 安装有柴油机控制手柄及相关仪表、气压表、三缸柱塞泵润滑动力端压力表、液力变速 箱控制按钮、液力变速箱油压表和油温表，同时还装有液力变速箱换档阀操作手柄和档 位指示灯。 此部分的动力路线：主柴油机将动力传至液力变速箱，液力变速箱变速后通过传动 轴将动力传至三缸柱塞泵。 混浆系统的动力由各离心泵提供，生产厂家通常在安装主柴油机( 驱动三缸柱塞泵) 的同时，安装一台辅助柴油机驱动液压系统，为混浆系统提供动力( 根据整机形式，有 些车型以底盘柴油机作为动力) 。具体驱动路线( 即混浆系统的动力路线) ：辅助( 底 盘) 柴油机一液压泵一液压马达一离心泵一混浆系统。 该类设备通常将混浆系统安装在整机尾部，该系统由清水泵( 该泵为离心泵，主要 用来输送清水) 、循环泵( 该泵为离心泵，主要用来循环混浆罐中的液体) 、增压泵( 该 泵为离心泵，主要用来将混浆罐中的液体加压后向三缸柱塞泵输送) 、混浆罐( 用于暂 时存储水泥浆，并为水与干水泥的混合提供适当的空间，以使混合后的水泥浆密度均 匀) 、高能混合器( 其上有三个外部接1 ：3 ，分别连接下灰车、清水泵、循环泵，主要完 成压力水与干水泥混合的一次混浆和混浆罐内水泥浆的二次混浆) 、搅拌器( 用于搅拌 混浆罐内的水泥浆) 。 根据工艺要求，固井要求控制水泥浆的密度精度为士0 0 1 o 。0 2g c m 3 ，单机单泵水泥 车是固井作业中最为主要的设备，该设备技术含量很高，设备较为复杂，采用的是自动 混浆系统，能混配设定的所需密度的泥浆，能满足固井作业中对泥浆密度精度的严格要 求。 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 1 4 课题的研究目的及研究内容 1 4 1 研究目的 由于技术含量高，装配工艺较复杂，国内目前能真正生产单机单泵水泥车的厂家极 少，而且基本上都选用国外厂家或合资企业的自动混浆系统，核心技术受限于外，系统 出问题后，服务周期较长，维修成本高。基于此，中油特种车辆有限公司决定开发该产 品，并研制具有自主知识产权的自动混浆控制系统，经过近三年科技攻关，本课题研制 成功了单机单泵水泥车成套控制系统。 1 4 2 研究内容 以下两方面是本课题主要研究内容： ( 1 ) 高能混合器等关键部件研制 ( 2 ) 控制软件开发 该产品研制遵循标准s y t 5 6 1 1 2 0 0 1 固井水泥车【3 6 1 。 单机单泵水泥车主要部件的设计及选型 第2 章单机单泵水泥车主要部件的设计及选型 单机单泵水泥车是在汽车二类底盘上安装卧式三缸单作用柱塞泵并由计算机控制 混浆的固井设备。台上安装有两台柴油发动机，其中一台为主柴油机，用来驱动三缸柱 塞泵，另一辅助发动机为混浆系统中离心泵提供动力。 2 1 底盘的选型 型号 n d l 2 5 0 d 3 3 6 s j 底盘制造厂内蒙古第一机械制造( 集团) 有限公司 柴油机 b f 6 m 1 0 1 5 c 柴油机额定功率 2 4 0 k w 2 1 0 0 r p m 柴油机额定扭矩1 4 7 0 n m 1 3 0 0 r p m 轴距 5 0 5 0 + 1 4 5 0 m m 2 2 主柴油机的选型 型号ddc 6 0 6 4m k 3 3 额定扭矩 2 1 0 2 n m 1 3 5 0 r p m 额定功率 3 4 9 k w 2 1 0 0 r p m 2 - 3 液力变速箱的选择 该车型可匹配安装两种变速箱，分别为：t w i n d i s ct 4 0 0 0 0 系列1 5 7 h r 4 0 4 3 2 、 a l l i s o n4 7 0 0o f s 。 2 4 三缸柱塞泵的选型 该车的三缸柱塞泵总成由动力端、液力端、填料箱等不部件组成。 2 4 1 动力端的选择 型号p g 0 5 最大输入功率2 6 5 k w 最大输入扭矩8 3 5 6 n r l l 曲轴偏心距 6 3 5 m m 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 齿轮传动比 4 3 2 2 4 2 液力端的选择 型号tg06 最大水功率2 2 5 k w 柱塞直径 1 2 7 m m 柱塞冲程 1 2 7 m m 2 5 辅助柴油发动机的选型 型号 6 c t a 8 3 c 2 1 5 额定扭矩8 9 7 n m 1 5 0 0 r p m 额定功率 1 6 6 k w 2 0 0 0 r p m 2 6 联泵装置的选型 型号a m 3 2 0 制造厂twind i s c 公司 最大输入扭矩 9 4 5 n m 最大输入转速 3 2 0 0 r p m 输出口数量3 个 每输出口最大输出功率1 0 6 k w 2 7 离心泵的选型 该车有四个离心泵，为混浆系统完成自配固井水泥浆使水泥浆产生再循环和清水供 给提供动力而配制的。 离心泵的结构图见2 1 。 7 单机单泵水泥车主要部件的设计及选型 辟 9 。 。、，i 、一、，i 一一 、卜 -】l 姓 ，-一 喇车 r = j ： 聋 霪 c 、q 如 r 苫 髻牵 c 嚣季 i 一 嚣：墨p - 一1 1避 ： 掣 盆g l 卜 商 絮 电 二 一 - 毒孽 产 -陌 盘 二二， 了 “ 上 正 毒藿： 葛善 严 r u i 薄 厂、 一 l 甲础t i ：1j - 一j ， 样 b ；圭土土，、 喝? 习 萎蓁 未雌蚓阊糖； 吕 式 i n 。 - o 蚓硼笔 d h 已目 二- 嗣 _ f 霎萋 一 - 。i 量lil蔷9 妻 t - 甲1 l | 至剿 图3 1 6 电路系统原理图 f i g3 - 1 6 s c h e m a t i cd i a g r a mo fe l e c t r i cs y s t e m 谇咎利 n ，i f 、n 中国石油大学( 华表) i 程十学* i 第4 章控制系统软件的开发 41 软件的操作使用说明 根据单机单泵水泥车的工作环境和性能要求选用a b 的s l c 5 0 0 系y 0p l c 。本控制 系统处理器( c p u ) 采用的是a b 公司的r s l o g i x5 0 0 系列的p l c ，显示系统采用的是 a b 公司的p a n e l v i e w6 0 0 彩色触摸屏，如图4 1 所示。 图4 1 触摸屏 f i 9 4 - 1 t 0 u c hs c r e e n 本界面的左上角黑色的方框内显示的是触摸屏的主界面，这个界面的各个部分的功 能和作用如下： 本系统控制的控制界面和显示界面都在这一部分显示。 右侧的数字键主要是用来设定、输入或者校准时的输入键。 小数点和l 键的功能配合数字键输入值。 退格键e ：j 的功能是输入值有错的话可以消除当前输入的值。 回车键【! ! 詈g 是确定输入的值。 f i f 1 0 共计1 0 个功能键的功能是在制作控制界面时所制定使用的特定功能键 根据特定的控制界面它们的作用也不同。 控制系统软件的开发 上下左右四个方向调整键的功能是调整当前光标的位置，以便于在输入设定校准值 时输入到不同的参数里面。 提示：在本控制系统中采用的光标调整键是左键陵麓躺和右键瀚潮。 操作流程如图4 2 所示。 、景计量】 图4 2 操作派程不惹圈 f i g4 - 2 s c h e m a t i co fo p e r a t i o nf l o w 在首次启动本系统时，应保证供电电瓶有足够的电源维持本系统运作。本控制系统 的启动和停止是由电脑电源开关和上装柴油机电源开关共同控制，启动本系统时，首先 打开柴油机电源开关，然后再开启电脑开关，给控制系统送电，启动p l c 控制模块和 触摸屏，等待l o s 左右的系统启动自检时间，触摸屏将进入控制主界面，如图4 3 所示。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 水泥混浆控制系统 zyt 中油特种车辆有5 匿公司 运行界面f1 作业界面f 2 校准界面f 3 阀位校准f 冬模拟界面f 5 e n g l i s hf i o 图4 - 3 主界面 f i g4 - 3 m a i np a n e l 本届面背景采用青蓝色，前景显示的是“中油特种车辆有限公司 的文字字样和中 油特种车辆有限公司的l o g o 显示图样，以及本控制系统的相应的控制按钮。以下是各 控制功能键的介绍： 按f 1 键进入运行界面 按f 2 键进入作业界面 按f 3 键进入校准界面 按f 4 键进入阀位校准界面 按f 5 键进入模拟界面 按f i o 键进入英文界面 首先进入运行界面( 按f 1 键) ，如图4 - 4 所示 控制系统软件的开发 运行界碾 阀位匿豳干灰传输量墨圜k g s 水流量圆m 3 p i 互水流量零计匪幽m 3 泵压盔圈h p a 大泵排浆量盔盈田m 3 p m 湮凰；撅 ：幂秀鲞藏篷撬痛纛鬟停峻 溅燃趁慧惑惑惑黼 图4 - 4 运行界面 f i g4 - 4r u n n i n gp a n e l 在运行界面主要显示的是当前控制系统运行的各种参数的值，当前工作模式的作业 号，干灰控制阀阀位的增加和减少按钮以及大泵的压力是否报警的标示等。 a 阀位显示的是当前阀位的开张程度，开张程度以百分比显示； b 干灰传输量显示的当前干灰的传输能力； c 水流量显示的是当前清水流量的速度； d 水流量累计显示的是截至当前所流过的清水流量的累加值； e 大泵压力显示的是当前大泵的压力值，以m p a 为单位； f 大泵排浆量显示的是大泵当前排放的泥浆的值； g 泥浆量累计显示的是截至当前为止，大泵总共排放的泥浆量的累加值； h 再设定值里面可以选择作业号： i 密度显示的是当前循环运行过程中的密度值。 其他的按键主要显示的是界面之间的调用，启动停止等。 按f 1 键返回主界面； 按f 2 键选择上个作业号； 按f 3 键选择下个作业号； 按f 4 键是水流量累计值清零； 3 2 中国石油太学( 华东) i 程硕学位论文 按f 5 键是泥浆累计值清零； 按f 9 键启动当前作业号的工作模式： 按f 1 0 键是停止当前作业号的工作模式。 现在从运行界面按f 1 返回，然后在主界面上按f 2 键进入作业界面，如图4 - 5 所示 图4 5 作业界面 f i g4 - 5o p e r a t i o np _ n e l 在作业设定界面中可以提供1 1 种作业方案设定输入。输入保存后可以选择作业号 调出己经设定好的作业参数，主要设定的参数如下： a 作业号，0 1 0 共计1 1 种作业设定； b 输入值显示的足在触摸屏上用键盘键入的值i c 使用值是当按f l 保存之后这个作业号以后将要用的值： d 每袋水泥的造浆量； e 每袋水泥的需水量； f 每袋水泥的重量； g 设定当前水泥的密度值； h 设定能允许的密度值的偏差范围； 1 设定泥浆的排放量。 设定完以上参数后按f l 键将设定的参数值保存到当前的作业号下。可以通过f 2 和 f 3 分别选择上一个作业号和下一个作业号进行设定。按f 5 键将会返回到主界面。 在进玎完作业界【f 【l 的设定工作以后 仪表仪嚣校准界面，如图4 - 6 所示 仪表 【，以按f 5 键返回到主界面，然后再按f 3 逆入 校准界面 返回主界面f 1 d 图4 6 校难界面 f i g4 - 6a d j u s t i n g p a n e l 在仪表校准界面，可以校准的参数有： a 密艘计校准( f 1 ) ： b 系统的参数( f 2 ) ； c 大泉压力传感器( f 3 ) ； d 清水流量校准( f 4 ) ： e 大泵泥浆流量校准( f 5 ) ： 首先在本仪表校准界面按f 1 进入密度计校准界面，直图4 7 所示 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 密度计校准界面 密度牟j 9 | 群撑g lc m 3电流撑牟拌岸姐 图4 7 密度计校准界面 f i g4 - 7d e n s i m e t e ra d j u s t i n gp a n e l 在这个界面的参数中，密度显示的是当前密度计所监测到的密度值，电流是现在通 过密度计的电流值，这2 个值都是实时监控的。 在本界面可以设定的值有： a 设定校准的是最小密度； b 设定校准的是最大密度； c 设定校准的是最小电流； d 设定校准的是最大电流： e 最小密度值对应的是最小电流值，最大密度值对应的是最大电流值。最小电流值 为4 m a ，最大电流值为2 0 m a 。最大最小密度值根据实际情况而定，一般情况下都在2 5 左右。 现在按f 9 返回，然后按f 2 进入系统参数校准界面，如图4 8 所示 控蹦系统戟件的h 发 系统参数设定界面 i 一 匡亟亟叠 】亘雪旺习 匮堕巫垂匦二亘亘匝 d l l , , - i 回 吲4 - 8 糸筑咎数筏准界 f i g48 鼽s t c mp a r a n l c t e r s a d i l l m i n gi l i n c l 在本设定界面可以校准的系统参数主要有； a 可以根据干灰的传输速度设定一个理想的传输值； b 可以设定泥浆罐体的最大容量： c 可以设定大泵的极限压力值，但是这个值不能太高，应根据实际的参数值设定。 按f 9 键返回到校准界面，然后按f 3 进入大泵压力传感器校准界面，如图4 - 9 所示 一 垮垄输 电流 嘲 “。函趟m a e 圜础l l 墼婴兰 圈圈”a l 暖囝圜船a l 匿圈圈圜 图4 9 大泵压力传蓐嚣校准界面 f i 9 4 - 9p a m p k m l r e s e a s o r a d j u s t i n g p a n e l 在本界面压力主要显示的有： 中目石学牛东) i 程磺学位论文 a 当前大泵的压力值，显示的单位是，a ； b 电流显示的值是在当前这个压力值下对应的传感器的电流值最小电流，在没有给 传感器压力的时候的电流值，僮为4 r r a ； c 最大电流对应的是压力传感器达到设定的最大值的时候的值，值为2 0 m a ； d 展小压力对应的是在晟小电流值时的压力值，最大压力对应的是在最大电流时的 值。 输入完校准值之后按f 7 进行存入，然后系统运行起来就用的是设定校准之后的对 应的夫泵压力值了。按f 9 键可以返回到当前的仪表校准界面，再f 4 进入清水流量计校 准界面，如图4 - 1 0 所示 田4 - 1 0 滑术掂量计校准界面 n 9 4 - 1 0w a t e r 用唧 嘶u s f i u g h n e l 这个校准界面是校准清水流量计每转一周之后清水流量的数值。在校准完清水流量 之后，系统的流量计就根据每转水流量的数值来进行运作计算。最大最小电流，最大最 小流量和上面在密度计校准界面所描述的完全相同。功能键f 7 和f 9 的功能和上述设定 界面一样。 现在按f 7 保存，然后f 9 返回，再按f 5 进入大泵泥浆流量校准界面，如图4 - 1 l 所 不 控制系统软件的开发 所示 图4 1 1 大泵泥浆流量校准界面 f i g4 - 1 1p u m pm u df l o wa d u s t i n gp a n e l 在大泵泥浆校准界面中有如下几个校准的参数： a 大泵转动一周的泥浆排量，单位是升( l ) ； b 泵转动一周时所发出的脉冲量； c 大泵的流量校准因子，它表示在每一个脉冲能排放多少泥浆量。 现在按f 7 保存，然后f 9 返回校准界面，然后按f 5 进入有水模拟界面，如图4 1 2 图4 1 2 模拟界面 f i g4 - 1 2s i m u l a t i n gp a n e l 在有水模拟界面，可以比较真实的显示出当前在有水模拟的情况下的所有参数。主 3 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 要显示的设定值有： a 当前模拟模式所采用的作业号； b 设定的密度值； c 设定的清水流量的值。 主要显示的模拟运行值有以下几个： a 阀位的开合状态，以百分比显示； b 模拟时干灰的传输量( 传输能力) ： c 模拟运行时的清水流量显示； d 一段运行时间内的清水流量累计； e 模拟运行时大泵的压力值显示； f 模拟运行时大泵泥浆排量的值； g 模拟运行时泥浆密度的值的显示。 通过以上这些数值的显示，可以观察出系统在模拟运行的状况下，所要控制的值， 和所要显示的值的准确性。如果遇到和期望控制的值由一定的差别时，可以进入系统参 数校准界面进行校准，把校准过的数值保存在系统参数中，然后可以进入模拟运行界面 进行比较，直到所要控制的参数和显示的数值相符。 在有水模拟界面下，可以通过f 3 按键和f 5 按键进行调入上一个作业号和下一个作 业号的参数进行有水模拟。然后可以在模拟界面看到上一个或者下一个作业号情况下的 模拟运行情况。 以上所有界面的控制都可以在英文界面中实现，其控制流程和每个按键的控制作用 完全相同，所显示的控制参数也相同，另外需要键入的校准值也相同。中文界面和英文 界面之间相互切换的功能键是f 1 0 。而且只能在主界面下转换。主界面下按f 1 0 转换到 英文控制界面，再按f 1 0 就又转换到中文控制界面。 4 2 部分软件程序 见附录。 3 9 结论 第5 章结论 单机单泵水泥车是固井成套设备中的关键设备，主要用于油气田深井、中深井、浅 井的各种固井作业，可完成自制水泥浆、注水泥、替泥浆等工作，还可用于洗井和般 浅井的压裂施工，凡属井深在4 5 0 0 m 以内的各种固井作业，用一台车即可完成。但是单 机单泵水泥车技术含量高，装配工艺复杂，国内目前能真正生产该车的厂家极少，难以 满足油田的需要。 本文根据水泥车的技术性能要求对水泥车的主要零部件进行了设计与选择，研制了 高能混合器等关键件，并严格按照s y t 5 6 1l - 2 0 0 1 固井水泥车等相关规定研制出了 单机单泵水泥车的控制系统，选用a b 公司的s l c 5 0 0 系列p l c ，开发了具有自主知识 产权的软件系统。 本文研制的单机单泵水泥车主要具有如下优点： ( 1 ) 压力高、排量大、效率高、安全耐用； ( 2 ) 车载柴油机功率大，运行平稳，安全耐用，功率储备大，可延长使用寿命； ( 3 ) 混浆系统中离心泵的动力来自辅助柴油机，使混浆系统的工作状态更加稳定， 提高了混浆质量并延长整机寿命； ( 4 ) 设有两套超压保护装置，以保护设备的安全运行和人身安全：一套为电控超压 停机保护装置，当泵压超过设定的压力值时，该装置起作用，从而使柴油机降低为怠速， 三缸柱塞泵停止工作。另一套为弹簧式机械超压保护装置，当压力超过设定的压力值时， 三缸柱塞泵通过旁路泄压： ( 5 ) 水泥浆的密度测定采用非放射性密度计，避免了放射性物质对人体及环境的危 扫 雷： ( 6 ) 清水流量计、密度计等关键仪表均设有就地仪表，可方便地读取数据； ( 7 ) 该车的固井作业均可在操作台上由一人完成，操作方便可靠。 ( 8 ) 控制系统的操作安全简便，符合油田现场作业要求和习惯。 ( 9 ) 仪表台、计量罐上方均设有灯光照明，可以在夜间进行作业。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 参考文献 【1 】丁保刚，王忠福主编固井技术基础北京：石油工业出版社，2 0 0 6 2 】郭昭学，李早元，宙俊杰等国内目前固井面临的新问题及发展方向钻采工艺， 2 0 0 7 ，3 0 ( 4 ) ：3 8 - - - 4 1 3 】丁士东国内外固井现状及发展趋势钻井液与完井液，2 0 0 2 ( 5 ) ：3 5 - - - 3 9 4 齐秦忠，申瑞臣等国内固井技术现状问题及研究方向建议钻采工艺，2 0 0 4 ( 2 ) ： 7 1 0 5 b o c k l i e l i f al ，m o r o n i n ，e ta 1 e v a l u a t i o no fc e m e n ts y s t e m sf o ro i la n d g a sw e l lz o n a l i s o l a t i o ni naf u l l - s c a l ea n n u l a rg e o m e t r y s p e 一8 719 5 6 】杨智光，弓玉杰，肖志兴等发展调整井固井技术满足油田开发需要石油科技论 坛，2 0 0 5 ( 6 ) ：4 7 , - - - 5 1 【7 孙莉，黄晓川，向兴华国内水平井固井技术及发展钻采工艺，2 0 0 5 ，2 8 ( 5 ) ：2 3 2 6 ，3 0 8 】b u c h a nr ，l i t t l emts a d v a n c e dt e c h n i q u e si m p r o v el i n e rc e m e n t a t i o ni nn o r t hs e a w e l l s ：a i lo p e r a t o r se x p e r i e n c e s p ed r i l l i n ge n g i n e e r i n g ，1 9 8 8 ，3 ( 3 ) ：2 8 1 - - 2 8 8 9 】秦文贵中国石油固井技术现状及发展方向石油科技论坛，2 0 0 7 ( 6 ) ：6 - - 一1 1 1 0 刘爱平中国石油固井技术现状及发展趋势测井技术，2 0 0 4 ( 2 8 ) ：2 3 - - 2 6 11 】o n a nd d ，g o o d w i nkj ，m c p h e r s o ntw e l a s t o m e r i cc o m p o s i t e sf o ru s ei nw e l l c e m e n t i n go p e r a t i o n s p r o c e e d i n g so ft h ep e r m i a nb a s i no i l & g a sr e c o v e r y c o n f e r e n c e ，1 9 9 4 ：1 3 9 1 5 4 12 】k i n z e lh o l g e r p r o