一种压裂设备数据采集控制系统及控制方法与流程

本发明属于油气田水力压裂技术领域，涉及一种压裂设备数据采集控制系统及控制方法。

背景技术：

页岩气水平井水力压裂施工是一项复杂工程，需要配备仪表车、压裂车、混砂车、混配车等相关设备。压裂施工过程中，施工技术人员通过仪表车控制软件对压裂泵车进行集中控制，同时，控制软件会采集混砂车、混配车、化添车及其他压裂设备的运行参数及压裂数据，并对这些参数与数据进行采集、处理、显示，进而供施工技术人员实时分析作业状况，安全高效按照压裂设计完成施工作业。

目前，国内压裂设备控制系统可以实现压裂设备的有效控制和对部分压裂数据进行采集工作，但无法将这些参数有效提供给施工技术人员作为施工指导。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种压裂设备数据采集控制系统，用于对压裂设备运行参数和压裂数据的采集、处理和显示，实现对压裂设备的有效控制。本发明所提供的一种压裂设备数据采集控制系统及控制方法，一方面可以对压裂设备进行集中控制，另一方面可以采集压裂装备的运行参数和压裂施工参数，并对采集到的参数和数据进行处理和显示。目前，该系统可以实时对压裂参数、压裂车组性能参数、各类化学剂用量及粘度等200多项数据实施监测与控制，为施工技术人员提供了强有力技术支撑。本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种压裂设备数据采集控制系统，其特征在于，包括以下部分：压裂数据采集控制软件、交换机、无线电收发器、压裂车控制系统、化添车控制系统、混砂车控制系统、数据采集箱、混配车控制系统，压裂数据采集控制软件通过网线与交换机连接，交换机通过网线与化添车控制系统、混配车控制系统、混砂车控制系统、数据采集箱和无线电收发器连接，无线电收发器通过无线电网络与压裂车控制系统连接。其中有线网络采用tcp/ip通信协议，无线电网络采用无线电通信技术。化添车控制系统、混配车控制系统、混砂车控制系统与数据采集箱采集到的车辆运转参数和压裂施工参数，通过网线传到交换机，进而传到压裂数据采集控制软件；压裂车控制系统采集到的车辆运转参数和压裂施工参数，先通过无线电网络传到无线电收发器，然后再通过网线传到交换机，进而传到压裂数据采集控制软件。压裂数据采集控制软件控制模块下达的指令通过网线传到交换机，再传到无线电收发器，进而通过无线电网络传到压裂车控制系统，改变压裂车的运行状态：档位、油门、制动、紧急停车等。

压裂数据采集控制软件包含三个模块：数据显示模块、压裂车控制模块、数据处理模块，不同模块具有不同的功能。数据显示模块可以实时显示压裂施工参数(排量、压力、砂浓度等)、压裂车组运转性能参数(转速、温度、油压等)、各类化学剂用量及粘度等200多项数据，可以通过曲线和数值模式显示。本发明的一大创新是可以模拟井筒中压裂液的运移状况，可以实时显示进入井筒及地层的压裂液液量、砂浓度及砂量。压裂车控制模块可以实现对参与施工的压裂车的集中控制，主要控制内容包括可以实现改变档位和油门、制动、紧急停车、设置限压、预热等功能。数据处理模块是根据软件内置的公式，通过采集的实时压裂施工参数来计算一些其他压裂施工参数，压裂数据采集控制软件从压裂设备采集的数据多是一些瞬时数据，数据处理模块可以将这些数据代入到内置公式中，得到一些累计数据和平均数据，但这些内置公式是无法人为添加或改变的。

进一步地，还包括数据深度加工处理软件。压裂施工过程中，压裂数据采集控制软件数据处理模块内置的公式是固定的，而技术人员会根据现场施工需要挑选参数，这些参数有些并不存在于内置公式中，这时便需要使用数据深度加工处理软件。压裂数据采集控制软件将采集到的数据传输到数据深度加工处理软件中，技术人员可以通过数据深度加工处理软件自定义公式，选取相应数据，通过自定义公式计算得到自定义参数，自定义公式可以完成加、减、乘、除、积分、算术平均等运算，然后自定义参数再由数据深度加工处理软件回传到压裂数据采集控制软件，之后进行曲线或数据显示。

以压裂施工中携砂液砂比计算为例，由于压裂数据采集控制软件内置的是砂浓度(kg/m³)计算公式，无法计算砂比(％)，因此，压裂数据采集控制软件将携砂液砂浓度(kg/m³)和砂密度(kg/m³)传输到数据深度加工处理软件中，由技术人员自定义砂比计算公式，可以得到携砂液砂比：

数据深度加工处理软件计算得到的砂比参数回传到压裂数据采集控制软件中。

本发明的另一目的是提供一种压裂设备控制方法，基于上述压裂设备数据采集控制系统，采集、处理和显示压裂设备运行参数和压裂数据，控制压裂设备。

本发明不仅可以对压裂设备进行集中控制，也可以实时对压裂施工参数、压裂车组性能参数等200多项数据进行采集、处理和显示，还可以模拟压裂液进入井筒的运移状况以及自定义公式计算一些特殊参数，为施工技术人员提供了强有力技术支撑。

附图说明

图1是本发明提供的压裂设备数据采集控制系统结构示意图。

图2是本发明提供的压裂设备数据采集控制系统数据处理流程示意图。

图3a是数据显示模块显示的井筒模拟图。

图3b是数据显示模块显示的压裂施工数据。

图3c是数据显示模块显示的压裂施工曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

本发明提供的压裂设备数据采集控制系统如图1所示，包括压裂数据采集控制软件、数据深度加工处理软件、交换机、无线电收发器、压裂车控制系统、化添车控制系统、混砂车控制系统、数据采集箱、混配车控制系统，压裂数据采集控制软件通过网线与交换机连接，交换机通过网线与化添车控制系统、混配车控制系统、混砂车控制系统、数据采集箱和无线电收发器连接，无线电收发器通过无线电网络与压裂车控制系统连接。化添车控制系统、混配车控制系统、混砂车控制系统与数据采集箱采集到的车辆运转参数和压裂施工参数，通过网线传到交换机，进而传到压裂数据采集控制软件；压裂车控制系统采集到的车辆运转参数和压裂施工参数，先通过无线电网络传到无线电收发器，然后再通过网线传到交换机，进而传到压裂数据采集控制软件。压裂数据采集控制软件控制模块下达的指令通过网线传到交换机，再传到无线电收发器，进而通过无线电网络传到压裂车控制系统，改变压裂车的运行状态：档位、油门、制动、紧急停车等。

其中数据处理流程示意图如图2所示。压裂数据采集控制软件包含三个模块：数据显示模块、压裂车控制模块、数据处理模块。数据显示模块可以实时显示压裂施工参数(排量、压力、砂浓度等)、压裂车组运转性能参数(转速、温度、油压等)、各类化学剂用量及粘度等200多项数据，可以通过曲线和数值模式显示。压裂车控制模块可以实现对参与施工的压裂车的集中控制，主要控制内容包括可以实现改变档位和油门、制动、紧急停车、设置限压、预热等功能。数据处理模块是根据软件内置的公式，通过采集的实时压裂施工参数来计算一些其他压裂施工参数。压裂数据采集控制软件将采集到的数据传输到数据深度加工处理软件中，技术人员可以通过数据深度加工处理软件自定义公式，选取相应数据，通过自定义公式计算得到自定义参数，自定义公式可以完成加、减、乘、除、积分、算术平均等运算，然后自定义参数再由数据深度加工处理软件回传到压裂数据采集控制软件，之后进行曲线或数据显示。

数据显示模块显示的井筒模拟图如图3a所示，数据显示模块显示的压裂施工数据如图3b所示，数据显示模块显示的压裂施工曲线如图3c所示。