CN113107452A - 一种压裂井场设备的集中控制*** - Google Patents
一种压裂井场设备的集中控制*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种压裂井场设备的集中控制***，包括压裂井场设备模块、无线通讯模块、集控模块和自动化控制模块；所述集控模块通过无线通讯模块对压裂井场设备进行远程集中控制；所述自动化控制模块通过设计自动化作业表格并下发至井场设备的各PLC，实现井场作业的自动化施工。本发明采用经典PID控制算法实现需求的恒压力控制、恒液位控制等，通过设计设备的联动逻辑，实现输砂自动控制、供液自动控制、自动排量分配、自动混配补液控制；通过对设备的远程集中控制，有效解决人员分散、冗余等问题，增加设备的可控性、稳定性、操作简易性和时效性；降低了生产作业成本、提高了作业效率。
Description
技术领域
本发明涉及油气田压裂技术领域，尤其涉及一种压裂井场设备的集中控制***。
背景技术
在油气田压裂领域，涉及很多井场设备，如发电机组、压裂泵、泥浆处理***空压机组、顶驱、砂罐、水罐以及混砂撬等，特别是随着社会的进步和钻井工艺的发展，井场设备不断升级换代，其种类越来越多。在钻井过程中，为了确保各个压裂井场设备的正常运行，对井场设备的运行操作都十分的繁琐；一些设备由于在使用过程中难免出现一定的故障，不能根据出现的故障信息来对故障原因进行预测及评估，需亲临现场对设备进行停机并且对其拆分检查，无法快速准确判断故障原因，影响施工效率。当前国内页岩气压裂行业中，设备、工艺参数控制上局限于本地控制，通讯常常依靠对讲机等通话设备，设备之间无联动关系；对井场施工作业的操作响应积极性较差，容易出现信息不对称；各个设备独立分散，需要分配较多的人员，且人员分散，指挥响应差、各设备之间操作繁琐。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种压裂井场设备的集中控制***。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种压裂井场设备的集中控制***，包括压裂井场设备模块、无线通讯模块、集控模块和自动化控制模块；所述集控模块通过无线通讯模块连接压裂井场设备模块，实现对压裂井场设备的远程集中控制；所述自动化控制模块连接集控模块，实现对压裂井场设备工作的自动化控制。
进一步的，所述压裂井场设备模块包括井场设备和PLC，所述PLC与井场设备连接，用于控制井场设备的运作。
进一步的，所述井场设备包括缓冲罐、水罐、管汇、混配撬、砂罐、混砂撬、供液撬、砂车、低压管汇a、低压管汇b、压裂泵组和高压管汇；所述混配撬分别连接缓冲罐、水罐和混砂撬，所述缓冲罐用于向混配撬注入清水，所述混配撬用于向水罐中注入指定液体，以及向混砂撬中连续配液；所述砂车通过砂罐连接混砂撬，用于向混砂撬中供砂；所述水罐通过管汇分别连接混砂撬和供液撬，用于向混砂撬和供液撬供液；所述混砂撬通过低压管汇1连接压裂泵组，用于向压裂泵组提供混砂液；所述供液撬通过低压管汇2连接压裂泵组，用于向压裂泵组供液。
进一步的，所述PLC包括二级供水PLC、水罐PLC、混配撬PLC、砂罐PLC、混砂PLC、供液撬PLC和压裂泵PLC，所述二级供水PLC设置于缓冲罐，用于控制缓冲罐供水；所述水罐PLC设置于水罐，用于控制水罐供水；所述混配撬PLC设置于混配撬，用于控制混配撬混配液、供液；所述砂罐PLC设置于砂罐，用于控制砂罐供砂；所述混砂PLC设置于混砂撬，用于混合配置砂和液体，以及控制混砂输出；所述供液撬PLC设置于供液撬，用于控制供液撬供液；所述压裂泵PLC设置于压裂泵组，用于控制压裂泵输出。
进一步的，所述集控模块包括混配液模块、混砂输砂模块以及集控PLC，所述混配液模块联动混配撬和水罐，用于控制设备自动补液、配液；所述混砂输砂模块联动水罐、砂罐和混砂撬，用于控制设备混砂输砂；所述集控PLC设置于井上，用于对压裂井场设备进行集中控制。
进一步的，所述无线通讯模块通过以太网连接集控PLC与各分控PLC，实现对压裂设备的集中控制。
进一步的，所述自动化控制模块通过设计泵注作业表，并将作业表中数据下发至对应的PLC；然后，PLC按照作业表数据进行运行，实现对压裂井场设备工作的自动化控制。
进一步的，所述作业表数据可以实时调整，从而改变自动化执行策略。
进一步的，还包括上位机终端，所述上位机终端通过无线通讯模块连接集控PLC和各分控PLC，用于对压裂井场设备的集控、分控、数据分析、数据存储管理。
本发明的有益效果：采用经典PID控制算法实现需求的恒压力控制、恒液位控制等，通过设计设备的联动逻辑，实现输砂自动控制、供液自动控制、自动排量分配、自动混配补液控制；通过对设备的远程集中控制，有效解决人员分散、冗余等问题，增加设备的可控性、稳定性、操作简易性和时效性；降低了生产作业成本、提高了作业效率。
附图说明
图1是本发明的***结构框图。
图2是本发明的压裂井场设备模块结构图。
图3是本发明的混配液模块原理框图。
图4是本发明的混砂输砂模块原理框图。
图5是本发明的压裂井场设备通讯结构图。
图6是本发明的压裂井场主要控制策略框图。
图7是本发明的上位机终端结构框图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例中，如图1所示，一种压裂井场设备的集中控制***，包括压裂井场设备模块、无线通讯模块、集控模块和自动化控制模块；所述集控模块通过无线通讯模块连接压裂井场设备模块，实现对压裂井场设备的远程集中控制；所述自动化控制模块连接集控模块，实现对压裂井场设备工作的自动化控制。
本实施例中，如图2所示，压裂井场设备模块包括井场设备和PLC，所述PLC与井场设备连接，用于控制井场设备的运作。
其中，所述井场设备包括缓冲罐、水罐、管汇、混配撬、砂罐、混砂撬、供液撬、砂车、低压管汇a、低压管汇b、压裂泵组和高压管汇；所述混配撬分别连接缓冲罐、水罐和混砂撬，所述缓冲罐用于向混配撬注入清水，所述混配撬用于向水罐中注入指定液体，以及向混砂撬中连续配液；所述砂车通过砂罐连接混砂撬，用于向混砂撬中供砂；所述水罐通过管汇分别连接混砂撬和供液撬，用于向混砂撬和供液撬供液；所述混砂撬通过低压管汇1连接压裂泵组，用于向压裂泵组提供混砂液；所述供液撬通过低压管汇2连接压裂泵组，用于向压裂泵组供液。
其中，所述PLC包括二级供水PLC、水罐PLC、混配撬PLC、砂罐PLC、混砂PLC、供液撬PLC和压裂泵PLC，所述二级供水PLC设置于缓冲罐，用于控制缓冲罐供水；所述水罐PLC设置于水罐，用于控制水罐供水；所述混配撬PLC设置于混配撬，用于控制混配撬混配液、供液；所述砂罐PLC设置于砂罐，用于控制砂罐供砂；所述混砂PLC设置于混砂撬，用于混合配置砂和液体，以及控制混砂输出；所述供液撬PLC设置于供液撬，用于控制供液撬供液；所述压裂泵PLC设置于压裂泵组，用于控制压裂泵输出。
本实施例中，如图3和图4所示，集控模块包括混配液模块、混砂输砂模块以及集控PLC，所述混配液模块联动混配撬和水罐，用于控制设备自动补液、配液；所述混砂输砂模块联动水罐、砂罐和混砂撬，用于控制设备混砂输砂；所述集控PLC设置于井上，用于对压裂井场设备进行集中控制。
本实施例中，如图5所示，所述无线通讯模块通过以太网连接集控PLC与各分控PLC，实现对压裂设备的集中控制。
其中，所述自动化控制模块通过设计泵注作业表，并将作业表中数据下发至对应的PLC；然后，PLC按照作业表数据进行运行，实现对压裂井场设备工作的自动化控制。
其中，所述作业表数据可以实时调整，从而改变自动化执行策略。
其中，还包括上位机终端，所述上位机终端通过无线通讯模块连接集控PLC和各分控PLC，用于对压裂井场设备的集控、分控、数据分析、数据存储管理。
本实施例中，自动化控制模块通过设计泵注表、下发作业表格至对应的控制器，一键作业开始后，自动按照作业表格参数执行，并可通过实时调整表格工艺参数改变执行策略，具体包括以下步骤：
步骤1：创建泵注程序EXCEL表格（标准格式），分斜坡和非斜坡两种表格。
步骤2：打开数采记录软件创建施工，打开创建的EXCEL表格，并下发到混砂撬PLC。
步骤3：软件记录点击施工开始，自动作业表格执行（过程可人工干预修改表格）。
步骤4：表格执行结束，确认结束施工。
其中，各PLC的主要控制策略如图6所示，包括：1），砂比/砂量通过混砂PLC控制绞龙转速输出，干添/液添通过混砂PLC控制干添泵/液添泵输出，砂类型通过混砂PLC与砂罐PLC联动控制对应阀门输出，排量控制通过集控PLC控制排量分配并由单泵PLC控制排量输出。
本实施例中，如图3所示，所述混配液模块预设四种配液方案，当水罐PLC接收到水罐液位低的信息时，发出液位低报警（取最高优先级报警，当前用液标识最高），并提示水罐启用自动储液或手动储液。
其中，所述自动储液包括：
A）接收水罐储液入口的储液类型；
B）开启对应水罐储液阀门。
其中，所述手动储液包括：
A）手动选择储液类型:；
B）开启对应水罐储液阀门。
同时，发出液体不足报警，并提示混配撬启用自动配液或手动配液。
其中，所述自动配液包括：
a）控制水罐储液入口；
b）开启水罐储液阀门并反馈信号；
c）混配撬配液；
d）判断液位是否高于目标值，若低于目标值，则继续配液；
e）若高于目标值，则停止供液。
其中，所述手动配液包括：
a）手动选择或者设置配液方案；
b）开启水罐储液阀门并反馈信号；
c）混配撬配液；
d）判断液位是否高于目标值，若低于目标值，则继续配液；
e）若高于目标值，则停止供液。
本实施例中，如图4所示，所述混砂输砂模块中，砂罐设置有4种砂类型，液罐设置有4种液体性质标识，以及混砂输入标识。
其中，混砂输砂模块控制过程包括以下步骤：
步骤1：设置是否自动控制；
步骤2：若自动控制，自动导入砂类型、砂比、砂量、液体性质、干添、液添，输出砂类型和液体类型；同时，计算并输出干添泵和液添泵；
步骤3：输砂阀门开启、反馈信号；
步骤4：砂比计算、蛟龙转速输出；
步骤5：在砂罐中，接收步骤2输出的砂类型，判断砂比是否大于0；若大于0，则打开对应的输砂出口阀；若小于0，则关闭对应的输砂出口阀；
步骤6：在水罐中，接收步骤2输出的液体类型，根据液体类型开启对应的水罐供液阀门。
其中，在砂罐中，可以手动选择砂类型；在水罐中，可以手动选择储液类型。
本实施例中，如图7所示，所述上位机终端包括数据接口、报警模块、数据库、控制逻辑PLC、状态监控模块、设备集控模块、设备分控模块以及显示界面；数据接口通过统一的通讯协议接收设备采集到的数据，并将数据存储至数据库；状态监控模块通过对数据的实时监测，监测设备的状态，在液位不足、过低发出报警，以便自动或手动的配液、补液；同时，通过设备集控模块和设备分控模块对压裂井场设备进行集控和分控；最后，对数据进行管理、分析和处理形成图形化、数字化曲线，并在显示界面显示。
其中，数据的采集和处理通过多协议和多线程进行，提高***集控和操作的效率。
本实施例中，通过集中控制***，设计可靠的控制策略、一体化的操作模式，建立井场可靠的局域通讯，解决人员分散、信息不对成等问题。将控制、管理集中于指挥控制中心，提高响应速率、优化体系结构、降低作业成本，简化操作等，通过其权限管理、分配构建自上而下的指挥控制策略，保证***的安全控制。
本发明采用经典PID控制算法实现需求的恒压力控制、恒液位控制等，通过设计设备的联动逻辑，实现输砂自动控制、供液自动控制、自动排量分配、自动混配补液控制；通过对设备的远程集中控制，有效解决人员分散、冗余等问题，增加设备的可控性、稳定性、操作简易性和时效性；降低了生产作业成本、提高了作业效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种压裂井场设备的集中控制***，其特征在于，包括压裂井场设备模块、无线通讯模块、集控模块和自动化控制模块；所述集控模块通过无线通讯模块连接压裂井场设备模块，实现对压裂井场设备的远程集中控制；所述自动化控制模块连接集控模块，实现对压裂井场设备工作的自动化控制。
2.根据权利要求1所述的一种压裂井场设备的集中控制***，其特征在于，所述压裂井场设备模块包括井场设备和PLC，所述PLC与井场设备连接，用于控制井场设备的运作。
3.根据权利要求2所述的一种压裂井场设备的集中控制***，其特征在于，所述井场设备包括缓冲罐、水罐、管汇、混配撬、砂罐、混砂撬、供液撬、砂车、低压管汇a、低压管汇b、压裂泵组和高压管汇；所述混配撬分别连接缓冲罐、水罐和混砂撬，所述缓冲罐用于向混配撬注入清水，所述混配撬用于向水罐中注入指定液体，以及向混砂撬中连续配液；所述砂车通过砂罐连接混砂撬，用于向混砂撬中供砂；所述水罐通过管汇分别连接混砂撬和供液撬，用于向混砂撬和供液撬供液；所述混砂撬通过低压管汇1连接压裂泵组，用于向压裂泵组提供混砂液；所述供液撬通过低压管汇2连接压裂泵组，用于向压裂泵组供液。
4.根据权利要求2所述的一种压裂井场设备的集中控制***，其特征在于，所述PLC包括二级供水PLC、水罐PLC、混配撬PLC、砂罐PLC、混砂PLC、供液撬PLC和压裂泵PLC，所述二级供水PLC设置于缓冲罐，用于控制缓冲罐供水；所述水罐PLC设置于水罐，用于控制水罐供水；所述混配撬PLC设置于混配撬，用于控制混配撬混配液、供液；所述砂罐PLC设置于砂罐，用于控制砂罐供砂；所述混砂PLC设置于混砂撬，用于混合配置砂和液体，以及控制混砂输出；所述供液撬PLC设置于供液撬，用于控制供液撬供液；所述压裂泵PLC设置于压裂泵组，用于控制压裂泵输出。
5.根据权利要求1或3所述的一种压裂井场设备的集中控制***，其特征在于，所述集控模块包括混配液模块、混砂输砂模块以及集控PLC，所述混配液模块联动混配撬和水罐，用于控制设备自动补液、配液；所述混砂输砂模块联动水罐、砂罐和混砂撬，用于控制设备混砂输砂；所述集控PLC与压裂泵PLC连接，用于对压裂泵进行集中控制。
6.根据权利要求1所述的一种压裂井场设备的集中控制***，其特征在于，所述无线通讯模块通过以太网连接集控PLC与各分控PLC，实现对压裂设备的集中控制。
7.根据权利要求1所述的一种压裂井场设备的集中控制***，其特征在于，所述自动化控制模块通过设计泵注作业表，并将作业表中数据下发至对应的PLC；然后，PLC按照作业表数据进行运行，实现对压裂井场设备工作的自动化控制。
8.根据权利要求7所述的一种压裂井场设备的集中控制***，其特征在于，所述作业表数据可以实时调整，从而改变自动化执行策略。
9.根据权利要求1所述的一种压裂井场设备的集中控制***，其特征在于，还包括上位机终端，所述上位机终端通过无线通讯模块连接集控PLC和各分控PLC，用于对压裂井场设备的集控、分控、数据分析、数据存储管理。
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