生物酶压裂体系说明书

生物酶压裂体系生物酶压裂体系说明书东营盛世石油科技有限责任公司SUNPETROLEUMTECHNOLOGYSERVICEINC.（USA）盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系目录一、生物酶压裂体系介绍31、技术背景31.1传统的压裂液基液组成：31.2传统破胶技术存在的问题：32、生物酶压裂体系42.1生物酶压裂体系组成42.2生物酶压裂体系的作用机理42.2.1生物酶破胶机理42.2.2生物酶解堵机理52.3生物酶压裂体系优势53、生物酶压裂体系的使用工艺6二、生物酶压裂体系室内评价试验71、SUN-B2生物酶解堵剂的综合性能评价71.1SUN-B2生物酶解堵剂助排性能71.2SUN-B2生物酶解堵剂破乳性能71.3SUN-B2生物酶解堵剂杀菌性能81.4SUN-B2生物酶解堵剂降粘性测定81.5SUN-B2生物酶解堵剂剥离原油效果102、生物酶破胶体系室内评价112.1生物酶破胶剂体系破胶能力评价112.2残渣含量测试122.3流变性能评价122.4压裂液伤害性能评价13三、生物酶压裂体系的现场应用141、南泥湾采油厂152、王家川采油厂153、青化砭采油厂164、川口采油厂175、总结18盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系一、生物酶压裂体系介绍1、技术背景现阶段对于低渗特低渗油田，压裂工艺已经成为油井增产，水井增注的最常用最有效的改造措施之一。而水基压裂因其工艺简单，成本低廉的优势占据了压裂市场90%以上的份额。但是多年来的现场试验及室内实验论证表明，水基压裂存在三大伤害问题：冷伤害、水伤害和残渣伤害。大量的冷水随着压裂施工注入地层，会对裂缝周围的地层产生很多伤害，如水敏，水锁，速敏等，同时压力和温度的变化会使原油析出大量的无机盐和蜡质，在压后，油井正常生产过程中，这些无机盐和蜡质会慢慢聚集，形成堵塞，另外过氧化物破胶不彻底滞留在地层的聚合物残渣也会堵塞渗流孔道，使油井迅速减产，最终导致压裂效果不明显，有效期短。这些都制约了压裂增产效率。（1）使用冷水进行压裂，会产生冷伤害。由于原油含有蜡等成分，存在遇冷水结垢的可能性；（2）水伤害-水锁，有机无机垢。压裂过程破胶后，产生的界面渗析影响，水锁，结垢等问题产生，影响反排；（3）残渣伤害：瓜胶破胶速度慢，不彻底，残渣多；传统的压裂破胶体系是过硫酸铵，过硫酸钾等，添加剂有助排剂、破乳剂、活性剂和杀菌剂等。存在的问题有：速度慢、不环保、残渣多、伤害大、药剂种类多、协同性差等。1.1传统的压裂液基液组成：稠化剂[0.25%-0.5%的羟丙基瓜胶（或香豆胶）]，加入一定量的杀菌剂、pH调节剂、粘土稳定剂、助排剂、破乳剂。压裂液交联剂：硼砂（或有机硼交联剂）交联比：100：5（或100：0.25）支撑剂：陶粒砂破胶剂：氧化破胶剂（过硫酸钾、过硫酸铵等）1.2传统破胶技术存在的问题：（1）速度慢，反应时间及其活性主要依赖于温度（温度低于50℃，反应很慢）；（2）不环保，它属于非特殊性反应物，能和遇到的任何反应物如管材、地层基质和烃类等发生反应，生成与地层不配伍的污染物，造成地层伤害；（3）破胶持续时间短，氧盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系化破胶剂很可能在到达目的裂缝前就消耗尽了，因而达不到破胶的目的；（4）残渣多，氧化破胶具有随机性，造成瓜胶链不能完全降解，约20%的分子量大于2.0×106聚合物基本上未降解。针对以上问题，我们研发了一种新型的生物酶压裂体系，并得以大力推广。2、生物酶压裂体系2.1生物酶压裂体系组成前置液：0.5%SUN-B2生物酶解堵剂热水溶液（80℃）基液组成：稠化剂[0.25%-0.5%的羟丙基瓜胶]+0.5%SUN-B2生物酶解堵剂（取代助排剂、破乳剂、杀菌剂等）交联剂：硼砂（或有机硼交联剂）交联比：100：5（或100：0.25）支撑剂：石英砂或陶粒砂破胶剂：SUN-Y100生物酶压裂破胶剂+APS，单独使用SUN-Y100生物酶破胶剂也可以破胶，但是鉴于现场一般要求破胶速度快，两者配合可以达到更好的效果。根据现场地质情况，也可在基液中选择性加入防膨剂。2.2生物酶压裂体系的作用机理2.2.1生物酶破胶机理瓜尔胶分子是由甘露糖通过β（1-4）糖苷键连成的甘露聚糖，生物酶的破胶原理就是通过催化瓜尔胶分子表面的β（1-4）糖苷键，使其裂解,最终将瓜尔胶分子的聚糖形式裂解为不可还原的单糖或二糖，粘度变稀，使得压裂液残液能从支撑剂充填中更稳定地返排出来，减少聚合物伤害，以提高采油采气的增产效率。生物酶破胶剂反应图：盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系2.2.2生物酶解堵机理SUN-B2生物酶解堵剂是由东营盛世石油科技有限责任公司同国内外多家生物工程研究所、公司及油田专家合作开发的一种新型、高效的生物酶高科技制剂，其主要成份是酶主导的多种天然提取物质，其技术完全针对油田开发中出现的油水井生产层系堵塞、产能降低、采收率低等问题而设计开发。产品根据不同区块油藏构造条件进行调整，从而形成了一套完整的产品技术系列。解堵技术思想具有前瞻性和革命性，提供了解决油层堵塞、油井生产期短、区块采收率低等难题的技术方案。作为绿色环保型产品，SUN生物酶解堵增产技术应用具有良好的安全、稳定、环保特征，符合油田开采中HSE工作环境的要求。生物酶解堵机理：（1）通过诱导和自发渗吸作用进入微观孔道，清洗、剥落油膜，洁净油砂；（2）降低油水界面张力，加强扩散作用，提高水分子活化能；（3）降低原油粘度，改善粘度比，让油滴在地层中聚集，连成片成为稀释油墙；（4）提高原油流动能力，提高流速，提高开采压力梯度、提高油压；（5）吸附在岩心表层，岩石润湿性改变，稳定油藏，改善孔吼，提高渗流效率；（6）自破乳效果明显，回收药剂可以二次应用。2.3生物酶压裂体系优势在体系中用绿色环保、高效的生物酶破胶剂取代强腐蚀性的过硫酸铵（或者减少过硫酸铵使用量），使破胶更彻底、返排率更高、减少了对地层的伤害。在体系中，生物酶解堵剂完全替代常规的助排剂，表面活性剂，杀菌剂，引发剂，破乳剂等常规盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系压裂添加剂，利用环保清洁的生物酶解堵剂来一剂多效，产生多种功能及其解堵的协同效果。在整个施工过程中加入生物酶解堵剂，可以对底层进行一次小型的解堵，特别是在低渗透油田，近井地带周围在钻井过程中或长期的生产过程中，都会产生一些泥浆伤害或有机垢质、蜡质、沥青质等堵塞，加入SUN-B2生物酶解堵剂的前置液可以解除堵塞，并在压裂基液的推动下，延伸到地层深部，对地层进行处理。相当于解堵加压裂一起作用。SUN生物酶压裂液体系，是利用加入适量生物酶破胶剂和SUN-B2生物酶解堵剂，联做使用，发挥破胶和解堵增产的协同作用。能够有效起到预防冷伤害，预防结蜡，降低表面张力，产生消除水锁，洁净油砂，降粘解堵，诱导油流，容易反排的效果所以生物酶压裂液体系是一个具有清洁环保，油藏保护，提高压裂效果的新工艺新方向。（1）解除水伤害：全程加入SUN-B2生物酶解堵剂，具有降低油水界面张力，洁净油砂，消除水锁，降粘解堵，诱导油流，容易反排，提高近井地带渗透率。（2）降低残渣伤害：使用SUN-Y100生物酶破胶技术，破胶速度快，破胶彻底，残渣少，极大的提高裂缝的渗透性。（3）环境保护：对油田生产环境和人畜无伤害，无污染；（4）适用范围广：低温破胶好，对油田管道和井下设备无腐蚀；（5）兼容性强：可与化学破胶剂搭配使用，优势互补，提高效能；（6）破胶彻底：低残渣，长效、速效、高效；（7）操作简单：不改变现有压裂模式，只是进行现有工艺的优化；（8）性价比高：增产幅度大，预计提高10-20%以上压裂效率。3、生物酶压裂体系的使用工艺（1）、连接地面管线，高压管线试压15分钟，压力达50Mpa，不刺漏为合格；（2）、以1.0m3/min排量反洗井，循环两周以上；（3）、启泵压裂待有破压显示，压力平稳后开始加注，加注顺序为，首先注入前置液，然后注入基液，注入基液的同时加入交联剂和支撑剂，SUN-Y100生物酶破胶剂随基液全程点滴加入；（4）、安装井口关井憋压，观察并记录好井口压力变化，60分钟后，控制压力油管放喷；（5）、待井口压力扩散后，起出井筒管柱。盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系二、生物酶压裂体系室内评价试验1、SUN-B2生物酶解堵剂的综合性能评价1.1SUN-B2生物酶解堵剂助排性能表1不同SUN-B2加量对表面张力的影响含量/%SUN-B2生物酶解堵剂助排剂0.20.30.40.50.3表面张力mN/m30.929.130.530.132.3注：蒸馏水的表面张力74.0mN/m实验结果表明：在同一浓度下，SUN-B2生物酶解堵剂的表面张力小于助排剂。1.2SUN-B2生物酶解堵剂破乳性能实验结果见下图1和表2。图1SUN-B2生物酶解堵剂的破乳性能表2不同SUN-B2加量对原油破乳的影响盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系破乳率/%时间/min35101520253060900.2%5083961001001001001001000.5%5093100100100100100100100破乳剂（0.2%）100100100100100100100100100注：破胶液与原油3：2体积比温度=45℃实验结果表明：在同一浓度下，SUN-B2生物酶解堵剂的破乳率在5分钟之前略低于破乳剂的破乳率，但是在10分钟之后两种产品的破乳率相当。1.3SUN-B2生物酶解堵剂杀菌性能实验结果见下表3。表3不同SUN-B2加量对杀菌效果的影响SUN-B21227杀菌剂未加杀菌剂含量/%0.20.30.40.50.10粘度保持率/%96.0596.395.396.2196.379.84注：0.5%瓜胶粉，T=30℃放置72小时测粘度损失率通过实验表明：SUN-B2生物酶解堵剂在72小时的黏度保持率与1227杀菌剂性能相当。1.4SUN-B2生物酶解堵剂降粘性测定实验测试了加入不同SUN-B2生物酶解堵剂后对原油的降粘作用。实验结果见图2和表4。盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系图2不同温度对原油粘度的影响表4不同SUN-B2加量对原油粘度的影响温度/℃不同温度下原油粘度/mPa.s原油0.5%SUN-B21.0%SUN-B220.7135586367921706587547223572651692321418311924175142962515211787261371047627120926028108765229956347308255463172534432604841335347383445423635403833盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系363836303736352838343424393332234032312041302919422828174327271644252614452424134623231247222311实验结果表明：SUN-B2生物酶解堵剂在中低温下对原油黏度的降粘作用明显好于低温。1.5SUN-B2生物酶解堵剂剥离原油效果在兰州砂中加入一定量的原油之后，再加入一定量的SUN-B2生物酶解堵剂，观察在一定时间下的剥油效果。实验结果见图3-图6。图3SUN-B2生物解堵剂对兰州砂的剥离情况盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系图4SUN-B2生物解堵剂对兰州砂的剥离情况图50.5%SUN-B2解堵剂剥油后砂图6未加0.5%SUN-B2解堵剂剥油砂图7原砂样由图初步看出：SUN-B2生物解堵剂对含油的支撑剂具有一定程度的剥离效果，温度和时间对SUN-B2生物解堵剂的剥油率也有一定影响。2、生物酶破胶体系室内评价2.1生物酶破胶剂体系破胶能力评价基液：0.25%瓜胶+0.5%SUN-B2生物酶解堵剂交联剂：1%交联剂交联比100：10实验温度：50℃盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系表5破胶效果评价破胶剂加量／ppm破胶效果评价破胶时间／min破胶液粘度(50°C测)／mPa·s残渣含量／mg·L1APS4003012.6398.6300408.3430.6200506.8416.8生物酶100504.8396.6200403.6350.8250302.2258.6APS+生物酶100+10083.6337.2200+200253.1175.3200+100303.2166.0300+150203.2158.2400+100103.1156.1通过以上表格可以看出，生物酶体系破胶和传统的APS破胶相比，破胶更彻底而且残渣含量低。2.2残渣含量测试表6残渣含量测定压裂液类型破胶剂类型残渣含量mg/L，60℃0.4％瓜胶（硼砂）APS286生物酶＋APS1890.3％瓜胶（有机硼）APS215生物酶＋APS132通过以上表格可以看出，无论是使用硼砂交联剂还是有机硼交联剂，生物酶破胶体系中的残渣含量要低于传统的APS破胶。2.3流变性能评价基液：0.4%瓜胶+0.5%SUN-B2生物酶解堵剂交联剂：0.4%硼砂交联剂剪切速率：170s-1盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系温度：70℃表7流变性测定基液组成名称交联比破胶剂加量基液1100：100基液2100：10150ppmSUN-Y100基液3100：10150ppmSUN-Y100+100ppmAPS基液4100：10200ppmSUN-Y100+100ppmAPS基液5100：10250ppmSUN-Y100+250ppmAPS基液6100：10200ppmSUN-Y100+100ppmAPS图8生物酶破胶剂的流变性曲线从以上图表中可以看出，在恒温70℃条件下,使用生物酶破胶体系破胶，对压裂液的抗剪切性在一定时间内影响不大，即生物酶与APS匹配破胶，不影响携砂效果。2.4压裂液伤害性能评价基液：0.4%瓜胶+0.5%SUN-B2生物酶解堵剂交联剂：0.4%硼砂交联剂交联比：100:10实验温度：60℃、80℃压裂液对岩芯伤害试验研究结果见图9，10盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系图960℃下压裂液对岩芯的伤害图1080℃下压裂液对岩芯的伤害随着岩芯渗透率的增大，压裂液对岩芯的伤害程度逐渐减弱。因为滤液侵入岩芯，引起粘土伤害，使孔隙半径变小，同时又增加了空隙中的毛管力，使渗透率大幅度降低；随着渗透率增大，孔隙半径较大，滤液的毛管力减弱，所以渗透率下降幅度小。从以上的两个对比图中可以看出，SUN-Y100生物酶破胶剂对岩芯的伤害程度要小于APS，使用SUN-Y100生物酶破胶剂与APS匹配破胶，压裂液对岩芯的伤害最小。因此使用生物酶破胶体系对油藏伤害最小。三、生物酶压裂体系的现场应用1、南泥湾采油厂在南泥湾采油厂进行生物酶压裂体系的现场施工。选择松770、阳377-9、两口生物酶压裂井对应松767-4、松、阳377-2井两口常规瓜胶压裂井进行对比试验。盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系松770井观察26天，累计产油38.15吨，单日最高产油1.8吨，平均日产油1.46吨。常规瓜胶压裂的松767-4井，观察31天，共计产油12.45吨，单日最高产量0.66吨，现在稳产在0.14吨。平均日产油0.4吨。由此可见使用生物酶压裂体系的井比常规压裂井平均日增油1.02吨，累积增产29吨。阳377-9井，观察共计9天，累计产油13.27吨，单日最高产油2.04吨，平均日产油1.46吨。常规瓜胶压裂的阳377-2井，观察8天，共计产油3.59吨，单日最高产量0.82吨，现在稳产在0.22吨。由此可见使用生物酶压裂体系的井比常规压裂井平均日增油1.24吨。通过以上现场试验和效果跟踪可看出，用生物酶压裂体系施工后，单井增产效果明显，最高单井单日平均增产2.04吨，且稳产效果显著增。2、王家川采油厂6月底，我们在王家川采油厂进行了生物酶压裂体系现场施工，效果良好。试验选择了两口新井周25-1.，25-2同时与同一平台上的25-3进行对比，两口旧井南丛8-4，丛8-8井同时与同一平台的南丛8-5，丛8-7井进行对比。通过试验发现，生物酶压裂体系施工的井与常规压裂相比在投产后见油较快，最快的要提前两天见油。在效果跟踪上，新井两口井试验得出比常规压裂平均日增油0.76吨（自施工到8月22号按55天计）。旧井比常规压裂日增油0.64吨（自施工到8月22号止按50天计）。且到现在为止试验井依然保持稳产，增油有效期我们还在进一步跟踪。盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系3、青化砭采油厂2009年11月中下旬，我们在青化砭采油厂针对康125-4井，石58-6井进行了生物酶压裂体系增产试验。康125-4井经过使用生物酶压裂体系施工后平均日增油1.95吨，月增油58.5吨。截止到2010年3月5号该井仍然保持日产液2.4吨，产油2吨，日增油1.9吨的效果。有效期达到100天。共计增油190吨。石58-6井经过使用生物酶压裂体系施工后平均日增油1.9吨，月增油57吨。截止到2010年3月5号该井仍然保持日产液2.3吨，产油2.2吨，日增油1.9吨的效果。有效期达到100天。共计增油190吨。盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系4、川口采油厂我们在川口采油厂，进行的生物酶压裂体系试验，在丛301井组中选择丛301-3、301-7作为生物酶压裂体系压井，丛301-4、丛301-6作为常规压裂井进行对比实验。经采油厂产量跟踪后得以下结论：丛301-3井（95.5t）与丛301-4井（40t）相比，累积多产油55.5吨，且现在效果仍明显优于常规压裂井，增油效果比较显著；丛301-7井（88.3t）与丛301-6井（39t）相比，累积多产油49.3吨，且现在效果仍明显优于常规压裂。5、总结生物酶压裂体系以其高效环保、绿色节能、二次利用、等优点自2011盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系年投入市场以来，得到了广大石油工作者的好评。至2011年12月，仅六个多月的时间里，我们就在延长油田，长庆油田，青海油田等国内多家油田已成功改造了600井次，平均单增产43吨以上。累积为国内油田增产25800吨，已获得全国各大油田的认可。盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系永磁交流伺服电机位置反馈传感器检测相位与电机磁极相位的对齐方式2008-11-07　　　来源：internet　　　浏览：504主流的伺服电机位置反馈元件包括增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等。为支持永磁交流伺服驱动的矢量控制，这些位置反馈元件就必须能够为伺服驱动器提供永磁交流伺服电机的永磁体磁极相位，或曰电机电角度信息，为此当位置反馈元件与电机完成定位安装时，就有必要调整好位置反馈元件的角度检测相位与电机电角度相位之间的相互关系，这种调整可以称作电角度相位初始化，也可以称作编码器零位调整或对齐。下面列出了采用增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等位置反馈元件的永磁交流伺服电机的传感器检测相位与电机电角度相位的对齐方式。 增量式编码器的相位对齐方式 在此讨论中，增量式编码器的输出信号为方波信号，又可以分为带换相信号的增量式编码器和普通的增量式编码器，普通的增量式编码器具备两相正交方波脉冲输出信号A和B，以及零位信号Z；带换相信号的增量式编码器除具备ABZ输出信号外，还具备互差120度的电子换相信号UVW，UVW各自的每转周期数与电机转子的磁极对数一致。带换相信号的增量式编码器的UVW电子换相信号的相位与转子磁极相位，或曰电角度相位之间的对齐方法如下： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.用示波器观察编码器的U相信号和Z信号； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.一边调整，一边观察编码器U相信号跳变沿，和Z信号，直到Z信号稳定在高电平上（在此默认Z信号的常态为低电平），锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，Z信号都能稳定在高电平上，则对齐有效。 撤掉直流电源后，验证如下： 盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系1.用示波器观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，编码器的U相信号上升沿与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合，编码器的Z信号也出现在这个过零点上。 上述验证方法，也可以用作对齐方法。 需要注意的是，此时增量式编码器的U相信号的相位零点即与电机UV线反电势的相位零点对齐，由于电机的U相反电势，与UV线反电势之间相差30度，因而这样对齐后，增量式编码器的U相信号的相位零点与电机U相反电势的-30度相位点对齐，而电机电角度相位与U相反电势波形的相位一致，所以此时增量式编码器的U相信号的相位零点与电机电角度相位的-30度点对齐。 有些伺服企业习惯于将编码器的U相信号零点与电机电角度的零点直接对齐，为达到此目的，可以： 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察编码器的U相信号上升沿和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使上升沿和过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 由于普通增量式编码器不具备UVW相位信息，而Z信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而不作为本讨论的话题。 绝对式编码器的相位对齐方式 绝对式编码器的相位对齐对于单圈和多圈而言，差别不大，其实都是在一圈内对齐编码器的检测相位与电机电角度的相位。早期的绝对式编码器会以单独的引脚给出单圈相位的最高位的电平，利用此电平的0和1的翻转，也可以实现编码器和电机的相位对齐，方法如下： 盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.用示波器观察绝对编码器的最高计数位电平信号； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.一边调整，一边观察最高计数位信号的跳变沿，直到跳变沿准确出现在电机轴的定向平衡位置处，锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，跳变沿都能准确复现，则对齐有效。 这类绝对式编码器目前已经被采用EnDAT，BiSS，Hyperface等串行协议，以及日系专用串行协议的新型绝对式编码器广泛取代，因而最高位信号就不符存在了，此时对齐编码器和电机相位的方法也有所变化，其中一种非常实用的方法是利用编码器内部的EEPROM，存储编码器随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下： 1.将编码器随机安装在电机上，即固结编码器转轴与电机轴，以及编码器外壳与电机外壳； 2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 3.用伺服驱动器读取绝对编码器的单圈位置值，并存入编码器内部记录电机电角度初始相位的EEPROM中； 4.对齐过程结束。 由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的编码器内部EEPROM中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻的单圈位置检测数据与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。 盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系这种对齐方式需要编码器和伺服驱动器的支持和配合方能实现，日系伺服的编码器相位之所以不便于最终用户直接调整的根本原因就在于不肯向用户提供这种对齐方式的功能界面和操作方法。这种对齐方法的一大好处是，只需向电机绕组提供确定相序和方向的转子定向电流，无需调整编码器和电机轴之间的角度关系，因而编码器可以以任意初始角度直接安装在电机上，且无需精细，甚至简单的调整过程，操作简单，工艺性好。 如果绝对式编码器既没有可供使用的EEPROM，又没有可供检测的最高计数位引脚，则对齐方法会相对复杂。如果驱动器支持单圈绝对位置信息的读出和显示，则可以考虑： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.利用伺服驱动器读取并显示绝对编码器的单圈位置值； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.经过上述调整，使显示的单圈绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的单圈绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算位置点都能准确复现，则对齐有效。 如果用户连绝对值信息都无法获得，那么就只能借助原厂的专用工装，一边检测绝对位置检测值，一边检测电机电角度相位，利用工装，调整编码器和电机的相对角位置关系，将编码器相位与电机电角度相位相互对齐，然后再锁定。这样一来，用户就更加无从自行解决编码器的相位对齐问题了。 个人推荐采用在EEPROM中存储初始安装位置的方法，简单，实用，适应性好，便于向用户开放，以便用户自行安装编码器，并完成电机电角度的相位整定。 正余弦编码器的相位对齐方式 普通的正余弦编码器具备一对正交的sin，cos1Vp-p信号，相当于方波信号的增量式编码器的AB正交信号，每圈会重复许许多多个信号周期，比如2048等；以及一个窄幅的对称三角波Index信号，相当于增量式编码器的Z信号，一圈一般出现一个；这种正余弦编码器实质上也是一种增量式编码器。另一种正余弦编码器除了具备上述正交的sin、cos信号外，还具备一对一圈只出现一个信号周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信号，如果以C信号为sin，则D信号为cos，通过sin、cos盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系信号的高倍率细分技术，不仅可以使正余弦编码器获得比原始信号周期更为细密的名义检测分辨率，比如2048线的正余弦编码器经2048细分后，就可以达到每转400多万线的名义检测分辨率，当前很多欧美伺服厂家都提供这类高分辨率的伺服系统，而国内厂家尚不多见；此外带C、D信号的正余弦编码器的C、D信号经过细分后，还可以提供较高的每转绝对位置信息，比如每转2048个绝对位置，因此带C、D信号的正余弦编码器可以视作一种模拟式的单圈绝对编码器。 采用这种编码器的伺服电机的初始电角度相位对齐方式如下： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.用示波器观察正余弦编码器的C信号波形； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.一边调整，一边观察C信号波形，直到由低到高的过零点准确出现在电机轴的定向平衡位置处，锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，过零点都能准确复现，则对齐有效。 撤掉直流电源后，验证如下： 1.用示波器观察编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 这种验证方法，也可以用作对齐方法。 此时C信号的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。 如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑： 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系4.一边调整，一边观察编码器的C相信号由低到高的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 由于普通正余弦编码器不具备一圈之内的相位信息，而Index信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而在此也不作为讨论的话题。 如果可接入正余弦编码器的伺服驱动器能够为用户提供从C、D中获取的单圈绝对位置信息，则可以考虑： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.利用伺服驱动器读取并显示从C、D信号中获取的单圈绝对位置信息； 3.调整旋变轴与电机轴的相对位置； 4.经过上述调整，使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算绝对位置点都能准确复现，则对齐有效。 此后可以在撤掉直流电源后，得到与前面基本相同的对齐验证效果： 1.用示波器观察正余弦编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，验证编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器，也可以存储正余弦编码器随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下： 1.将正余弦随机安装在电机上，即固结编码器转轴与电机轴，以及编码器外壳与电机外壳； 2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 3.用伺服驱动器读取由C、D信号解析出来的单圈绝对位置值，并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性存储器中； 盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系4.对齐过程结束。 由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的驱动器内部EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻由编码器解析出来的与电角度相关的单圈绝对位置值与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。 这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实现，而且由于记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性存储器位于伺服驱动器中，因此一旦对齐后，电机就和驱动器事实上绑定了，如果需要更换电机、正余弦编码器、或者驱动器，都需要重新进行初始安装相位的对齐操作，并重新绑定电机和驱动器的配套关系。 旋转变压器的相位对齐方式 旋转变压器简称旋变，是由经过特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成的，相比于采用光电技术的编码器而言，具有耐热，耐振。耐冲击，耐油污，甚至耐腐蚀等恶劣工作环境的适应能力，因而为武器系统等工况恶劣的应用广泛采用，一对极（单速）的旋变可以视作一种单圈绝对式反馈系统，应用也最为广泛，因而在此仅以单速旋变为讨论对象，多速旋变与伺服电机配套，个人认为其极对数最好采用电机极对数的约数，一便于电机度的对应和极对数分解。 旋变的信号引线一般为6根，分为3组，分别对应一个激励线圈，和2个正交的感应线圈，激励线圈接受输入的正弦型激励信号，感应线圈依据旋变转定子的相互角位置关系，感应出来具有SIN和COS包络的检测信号。旋变SIN和COS输出信号是根据转定子之间的角度对激励正弦信号的调制结果，如果激励信号是sinωt，转定子之间的角度为θ，则SIN信号为sinωt×sinθ，则COS信号为sinωt×cosθ，根据SIN，COS信号和原始的激励信号，通过必要的检测电路，就可以获得较高分辨率的位置检测结果，目前商用旋变系统的检测分辨率可以达到每圈2的12次方，即4096，而科学研究和航空航天系统甚至可以达到2的20次方以上，不过体积和成本也都非常可观。 商用旋变与伺服电机电角度相位的对齐方法如下： 盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出； 2.然后用示波器观察旋变的SIN线圈的信号引线输出； 3.依据操作的方便程度，调整电机轴上的旋变转子与电机轴的相对位置，或者旋变定子与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察旋变SIN信号的包络，一直调整到信号包络的幅值完全归零，锁定旋变； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，信号包络的幅值过零点都能准确复现，则对齐有效。 撤掉直流电源，进行对齐验证： 1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 这个验证方法，也可以用作对齐方法。 此时SIN信号包络的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。 如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑： 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察旋变的SIN信号包络的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使这2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 需要指出的是，在上述操作中需有效区分旋变的SIN包络信号中的正半周和负半周。由于SIN信号是以转定子之间的角度为θ的sinθ值对激励信号的调制结果，因而与sinθ的正半周对应的SIN信号包络中，被调制的激励信号与原始激励信号同相，而与sinθ的负半周对应的SIN盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系信号包络中，被调制的激励信号与原始激励信号反相，据此可以区别和判断旋变输出的SIN包络信号波形中的正半周和负半周。对齐时，需要取sinθ由负半周向正半周过渡点对应的SIN包络信号的过零点，如果取反了，或者未加准确判断的话，对齐后的电角度有可能错位180度，从而造成速度外环进入正反馈。 如果可接入旋变的伺服驱动器能够为用户提供从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对位置信息，则可以考虑： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.利用伺服驱动器读取并显示从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对位置信息； 3.依据操作的方便程度，调整旋变轴与电机轴的相对位置，或者旋变外壳与电机外壳的相对位置； 4.经过上述调整，使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算绝对位置点都能准确复现，则对齐有效。 此后可以在撤掉直流电源后，得到与前面基本相同的对齐验证效果： 1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器，也可以存储旋变随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下： 1.将旋变随机安装在电机上，即固结旋变转轴与电机轴，以及旋变外壳与电机外壳； 2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 3.用伺服驱动器读取由旋变解析出来的与电角度相关的绝对位置值，并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性存储器中； 4.对齐过程结束。 盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页 生物酶压裂体系由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的驱动器内部EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻由旋变解析出来的与电角度相关的绝对位置值与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。 这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实现，而且由于记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性存储器位于伺服驱动器中，因此一旦对齐后，电机就和驱动器事实上绑定了，如果需要更换电机、旋变、或者驱动器，都需要重新进行初始安装相位的对齐操作，并重新绑定电机和驱动器的配套关系。 注意 1.以上讨论中，所谓对齐到电机电角度的-30度相位的提法，是以UV反电势波形滞后于U相30度的前提为条件。 2.以上讨论中，都以UV相通电，并参考UV线反电势波形为例，有些伺服系统的对齐方式可能会采用UW相通电并参考UW线反电势波形。 3.如果想直接对齐到电机电角度0度相位点，也可以将U相接入低压直流源的正极，将V相和W相并联后接入直流源的负端，此时电机轴的定向角相对于UV相串联通电的方式会偏移30度，以文中给出的相应对齐方法对齐后，原则上将对齐于电机电角度的0度相位，而不再有-30度的偏移量。这样做看似有好处，但是考虑电机绕组的参数不一致性，V相和W相并联后，分别流经V相和W相绕组的电流很可能并不一致，从而会影响电机轴定向角度的准确性。而在UV相通电时，U相和V相绕组为单纯的串联关系，因此流经U相和V相绕组的电流必然是一致的，电机轴定向角度的准确性不会受到绕组定向电流的影响。 4.不排除伺服厂商有意将初始相位错位对齐的可能性，尤其是在可以提供绝对位置数据的反馈系统中，初始相位的错位对齐将很容易被数据的偏置量补偿回来，以此种方式也许可以起到某种保护自己产品线的作用。只是这样一来，用户就更加无从知道伺服电机反馈元件的初始相位到底该对齐到哪儿了。用户自然也不愿意遇到这样的供应商。盛世石油科技SUNCOOPETROLEUMCO.第28页