动态模拟试验装置的测控系统设计

日期：2024-11-25 01:45

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摘要：

水平井分段压裂技术是非常规油气资源开发增产的重要手段;分段压裂技术技术含量高,用到的井下工具种类多、数量大,技术风险高;因此这类工具在下井前应进行严格检测。本课题是针对压裂完井工具动态模拟试验装置进行的测控系统设计。本测控系统采用DCS和Fieldbus相结合的方式设计,由电控柜、操作台、测量传感器、采集处理单元、控制计算机和测控软件组成;主要完成现场动态模拟试验、静态试验、零部件测试试验、泵房、司钻房的参数检测及相关控制功能;控制所有试验设备的供电、启停,准确控制试验温度、试验压力,以便满足试验要求。试验参数通过数据总线传送到一层控制室和二层监测室,进行数据存储、曲线动态显示、历史数据查询、超限报警等功能,一层控制室进行具体试验操作,可进行闭环控制和紧急停车等功能,二层监测室进行相关数据显示及存储。由于该装置模拟现场压裂施工工况,需要对高压高流速的携砂液进行检测,实现对试验过程中压力、流量和砂比等相关参数的检测,并对固液两相的携砂液测量中的问题进行了探讨。
动态模拟试验装置可以替代实际**的发射装置和实弹，搭载引信进行引信的靶场试验，这种模拟试验方法加快了引信研制进度，节约了试验经费，为引信的研制提供了新的思路。本文研究了动态模拟试验弹的发动机设计问题，推导了固体火箭推进剂燃烧的内弹道数学模型，进行了内弹道理论计算。分析了动态模拟试验弹发动机的压力曲线尖峰过高这一工程问题，发现其主要原因是单孔管状药的装药设计受通气参量的制约所导致的。为此，提出了一种新型设计方案，采用两节式装药的两室一推发动机结构减小了初始压力峰值和发动机燃烧通气参量，同时提高了发动机推力，满足了动态模拟试验弹对发动机的要求。搭载引信的靶场试验结果表明：所设计的模拟实验装置达到了设计要求。

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