[发明专利]压裂机组的控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及油田压裂技术领域，具体的说是一种压裂机组的控制系统中使用的控制方法。

背景技术

压裂作业是提高油气井采收率的有效措施之一，广泛用于油、气井增产和注水井增注。由于压裂作业所需配备的设备包括泵车组、混砂车、仪表控制室和遥控箱等多个压裂专用设备，如何将四类10余台设备连网并最终实现机组协同作业，满足特殊工艺要求，实现统一、快捷的施工管理和指挥，成为技术研究要点。

发明内容

本发明就是针对上述背景技术中的不足之处，而提供一种压裂机组的控制系统中使用的控制方法，它能够实现泵车组、混砂车、仪表控制室及遥控箱的数据共享和网络集中控制，便于动态、精确地自动控制压裂作业过程，并为操作人员提供良好安全的操作环境。

本发明的目的是通过如下技术措施来实现的。

本发明提供了一种压裂机组的控制系统中使用的控制方法，该控制系统包括用来下达控制所述压裂机组操作的控制命令的中央级控制器，用来发送中央级控制器下达的各项控制命令的系统通信网络，用来响应通过系统通信网络发送的控制命令，并通过输出模块控制作业机组的执行机构执行控制命令的操作的现场控制器，所述现场控制器包括混砂车控制器和泵车控制器，所述中央级控制器与各现场控制器之间通过网络通信线连接成一个环网，该控制系统中使用的控制方法包括如下步骤：

（1-1）进行选择性网络连接，在中央级控制器中选择需要进行压裂作业的设备，将其配备的现场控制器连接入系统通信网络，实现各现场控制器之间，以及现场控制器与中央级控制器之间的通信连接；

（1-2）在中央级控制器中输入控制压裂机组作业所需的数据；

（1-3）中央级控制器通过访问现场控制器的网络地址对现场控制器进行访问，并下达控制命令；

（1-4）现场控制器根据接收的命令通过输出模块控制作业机组的执行机构执行控制命令的操作。

在上述技术方案中，所述控制系统的中央级控制器和各现场控制器均各自连接有一HMI操作屏。

在上述技术方案中，所述控制系统的中央级控制器包括位于仪表控制室内的中央级控制器和位于遥控箱内的中央级控制器中的至少一个。

在上述技术方案中，所述控制系统的中央级控制器和各现场控制器中均还包含有用以采集作业数据，生成数据报表和图形报表的数据管理模块。

在上述提供的压裂机组控制方法的技术方案中，根据该压裂机组中作业设备的不同，该控制方法包括混砂车的控制方法和泵车组的控制方法。

按下列步骤实现混砂车的自动控制：

步骤6-1将混砂车控制器通过系统通信网络与中央级控制器相连；

步骤6-2在中央级控制器中输入混砂车多个阶段的作业数据，从阶段1开始逐阶段输入，最多预存20个阶段的作业数据，这些数据包括：作业阶段号、吸入阶段体积、支撑剂起始浓度、支撑剂结尾浓度、液添起始浓度、液添结尾浓度、干添起始浓度、干添结尾浓度、两绞龙之速比及液位高度，其中吸入阶段体积用来判别本阶段是否已经完成，当实际阶段体积达到本阶段的设定体积且下一个阶段的吸入阶段体积设置为0时，阶段停止，当实际阶段体积达到本阶段的设定体积且下一个阶段的吸入阶段体积不为0时，自动进入下一个阶段；

步骤6-3设备上电，混砂作业开始，中央级控制器通过访问混砂车控制器的网络地址对混砂车控制器进行访问并下达控制命令，混砂车控制器通过输出模块控制混砂车执行机构：

步骤6-3A根据步骤7-2中设定的液位高度采用传统PID算法来控制吸入泵转速从而调节吸入流量；

步骤6-3B比较排出泵实际排出压力和设定排出压力上限及设定排出压力下限，如果实际排出压力高于设定排出压力上限，减小排出泵的输出电压以减小排量，如果实际排出压力低于设定排出压力下限，增加排出泵的输出电压以增加排量；

步骤6-3C根据实际清水流量、清水总量、支撑剂起始浓度、支撑剂结尾浓度、两绞龙之速比及采集的绞龙实际转速，采用单神经元自适应PID控制算法来控制绞龙的转速从而调节支撑剂的浓度；

步骤6-3D根据实际清水流量、清水总量、添加剂起始浓度、支撑剂浓度及采集的添加剂实际添加速率，采用单神经元自适应PID控制算法来控制添加剂的添加速率从而调节添加剂浓度；

步骤6-4检测混砂作业是否已经完成，即检测当前阶段的设定吸入阶段体积是否为0，如果为0，停止各泵，作业完成。

按下列步骤实现泵车组的自动控制：