CN104616551A - 一种压裂酸化模拟培训系统 - Google Patents

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龚捷
贾月乐
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Chengdu Esimtech Petroleum Equipment Simulation Technology Exploitation Co Ltd
Southwest Petroleum University
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Chengdu Esimtech Petroleum Equipment Simulation Technology Exploitation Co Ltd
Southwest Petroleum University
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Abstract

本发明公开一种压裂酸化模拟培训系统，它包括控制系统、储液罐模型、并罐管汇模型、高低压管汇模型、砂浓缩器模型、蜡球管汇模型、液氮车模型、表面活性剂/泵模型和压裂井口，所述的控制系统包括教师控制台、环幕投影系统、压裂车远程控制台、压裂车本地控制台、混砂车远程控制台、混砂车本地控制台，环幕投影系统与图像融合机连接，控制台均通过RS232通信接口与参数计算机连接。本发明的有益效果：搭建一个压裂酸化技术的仿真实训平台，既满足理论教学要求，又提供实践动手的仿真实训操作，以大屏幕投影方式展示现场场景，结合高仿真的现场音效，让学员对现场设备更加熟悉，减小误操作，提高培训效果，减小培训和维护成本。

Description

一种压裂酸化模拟培训系统
技术领域
本发明涉及一种压裂酸化模拟培训系统。
背景技术
压裂酸化主要用于堵塞范围较深或者低渗透区的油气井，注酸压力高于油(气) 层破裂压力的压裂酸化，人们习惯称之为酸压。酸化液压是国内外油田灰岩油藏广泛采用的一项增产增注措施。现已开始成为重要的完井手段。油气井压裂酸化作业涉及多种装置设备，操作复杂危险，任何环节出现问题都可能影响作业质量，甚至造成事故，为国家和人们带来重大的损失。因此，培训作业人员熟悉作业相关知识和专业技能尤为重要。但是由于几乎所有的压裂酸化设备装置都分布在野外，不可能将培训放到现场，如果仅仅依靠常规的课堂教学或实验室操作，缺乏直观认识，培训难以达到预期的效果。
专利号CN202018748U公开了一种新型的压裂酸化模拟器，采用控制台和动画等形式，直观、生动、逼真地模拟压裂酸化的工艺流程。但是模拟的工艺流程单一，可操作人员有限，培训操作不够系统全面，因此教学效果不能达到全面和高效的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种压裂酸化模拟培训系统，搭建一个压裂酸化技术的仿真实训平台，采用多个远程、本地控制台和动画等形式，生动、逼真地模拟压裂酸化过程中涉及的各类实训操作，以大屏幕投影方式展示现场场景，结合高仿真的现场音效，让学员具有身临其境的体会，提高实践动手能力，减小误操作，提高培训效果，降低培训和维护成本。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种压裂酸化模拟培训系统，它包括控制系统、储液罐模型、并罐管汇模型、高低压管汇模型、砂浓缩器模型、蜡球管汇模型、液氮车模型、表面活性剂/泵模型和压裂井口，所述的的控制系统包括教师控制台、环幕投影系统、压裂车远程控制台、压裂车本地控制台、混砂车远程控制台、混砂车本地控制台，所述的教师控制台包括参数计算机、主控计算机、图像计算机、图像融合机、打印机，参数计算机、主控计算机、图像计算机通过局域网连接，打印机与主控计算机连接，图像融合机与图形计算机连接，环幕投影系统与图像融合机连接，压裂车远程控制台、压裂车本地控制台、混砂车远程控制台和混砂车本地控制台分别通过RS232通信与参数计算机连；
所述的压裂车远程控制台、压裂车本地控制台、混砂车远程控制台和混砂车本地控制台均设置有PLC控制器、STM8S控制器、前端可操作输入设备和前端输出显示设备；前端可操作输入设备包括多个开关、按钮、阀门，前端输出显示设备包括指示灯、压力表和温度表；前端可操作输入设备与PLC控制器相连，前端输出显示设备与STM8S控制器相连，PLC控制器中设置有用于采集开关状态、按钮值及阀门开度的状态数据采集模块，STM8S控制器中设置有用于控制指示灯、压力表及温度表显示的输出控制模块；
所述的主控计算机上设置有用于根据开关状态、按钮值及阀门开度数据，通过数学模型计算出指示灯状态、压力表数据、温度表数据、虚拟场景中设备工作状况数据、流动情况数据的计算模块；
所述的图形处理机上设置有用于根据虚拟场景中设备工作状况数据呈现模拟的现场实景及设备工作情况的虚拟呈现模块。
所述的环幕投影系统包括麦克风、立体音响、功放、投影仪和与投影仪相配合的环幕。
所述的PLC控制器之间采用PPI总线通信，所述的STM8S控制器之间采用CAN总线通信。
所述的PLC控制器、STM8S控制器和参数计算机之间通过RS232协议交换数据。
本发明技术方案的有益效果： 压裂酸化模拟培训系统搭建一个压裂酸化技术的仿真实训平台，既能满足理论教学要求，又能提供实践动手的仿真实训操作，以大屏幕投影方式展示现场场景，结合高仿真的现场音效，让学员对现场设备更加熟悉，提高实践动手能力和专业技能，减小误操作，提高培训效果，减小培训和维护成本。本发明可以对以下项目进行培训和教学：连接酸化压裂地面管线实训；酸化压裂地面管线试压实训；酸化压裂地面试循环实训；酸化压裂试挤实训；组配不同压裂管柱；酸化压裂车操作实训；混砂车操作实训；酸化压裂各类工具拆装训练；酸化压裂罐连接训练；酸化压裂失败的分析；酸化压裂仪表检测。
附图说明
    图1为本发明控制系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种压裂酸化模拟培训系统，它包括控制系统、储液罐模型、并罐管汇模型、高低压管汇模型、砂浓缩器模型、蜡球管汇模型、液氮车模型、表面活性剂/泵模型和压裂井口，所述的的控制系统包括教师控制台、环幕投影系统、压裂车远程控制台、压裂车本地控制台、混砂车远程控制台、混砂车本地控制台，所述的教师控制台包括参数计算机、主控计算机、图像计算机、图像融合机、打印机，参数计算机、主控计算机、图像计算机通过局域网连接，打印机与主控计算机连接，图像融合机与图形计算机连接，环幕投影系统与图像融合机连接，压裂车远程控制台、压裂车本地控制台、混砂车远程控制台和混砂车本地控制台分别通过RS232通信与参数计算机连接；
所述的压裂车远程控制台、压裂车本地控制台、混砂车远程控制台和混砂车本地控制台均设置有PLC控制器、STM8S控制器、前端可操作输入设备和前端输出显示设备；前端可操作输入设备包括多个开关、按钮、阀门，前端输出显示设备包括指示灯、压力表和温度表；前端可操作输入设备与PLC控制器相连，前端输出显示设备与STM8S控制器相连，PLC控制器中设置有用于采集开关状态、按钮值及阀门开度的状态数据采集模块，STM8S控制器中设置有用于控制指示灯、压力表及温度表显示的输出控制模块，
所述的主控计算机上设置有用于根据开关状态、按钮值及阀门开度数据，通过数学模型计算出指示灯状态、压力表数据、温度表数据、虚拟场景中设备工作状况数据、流动情况数据的计算模块；
所述的图形处理机上设置有用于根据虚拟场景中设备工作状况数据呈现模拟的现场实景及设备工作情况的虚拟呈现模块。
所述的环幕投影系统包括麦克风、立体音响、功放、投影仪和与投影仪相配合的环幕。
所述的PLC控制器之间采用PPI总线通信，所述的STM8S控制器之间采用CAN总线通信。
所述的PLC控制器、STM8S控制器和参数计算机之间通过RS232协议交换数据。
本发明的工作原理：控制系统接通电源，教师主控机上运行主控程序，控制图形计算机显示图形程序，PLC开始向操作模型台上的指示灯、压力表、温度表发送数据，同时循环采集台面上阀门开度及按钮状态，PLC通过串口与主控计算机相连接，主控计算机收到阀门和按钮状态后，根据数学模型计算出指示灯的状态、压力表的数据、温度表的数据、虚拟场景中设备的工作状况数据、流动情况数据。
主控计算机将计算得到的指示灯的状态、压力表的数据、温度表的数据回传给PLC，PLC控制各操作台上对应的硬件部分显示主控计算机发送来的计算结果。主控计算机同时将计算得到的虚拟场景中的设备工作状况数据、发送给图形处理计算机，图形处理计算机根据这些数据显示模拟的现场实景、设备的工作情况。

Claims (4)

1.一种压裂酸化模拟培训系统，其特征在于：它包括控制系统、储液罐模型、并罐管汇模型、高低压管汇模型、砂浓缩器模型、蜡球管汇模型、液氮车模型、表面活性剂/泵模型和压裂井口，所述控制系统包括教师控制台、环幕投影系统、压裂车远程控制台、压裂车本地控制台、混砂车远程控制台、混砂车本地控制台，所述教师控制台包括参数计算机、主控计算机、图像计算机、图像融合机、打印机，参数计算机、主控计算机、图像计算机通过局域网连接，打印机与主控计算机连接，图像融合机与图形计算机连接，环幕投影系统与图像融合机连接，压裂车远程控制台、压裂车本地控制台、混砂车远程控制台和混砂车本地控制台分别通过RS232通信与参数计算机连接；
所述的压裂车远程控制台、压裂车本地控制台、混砂车远程控制台和混砂车本地控制台均设置有PLC控制器、STM8S控制器、前端可操作输入设备和前端输出显示设备；前端可操作输入设备包括多个开关、按钮、阀门，前端输出显示设备包括指示灯、压力表和温度表；前端可操作输入设备与PLC控制器相连，前端输出显示设备与STM8S控制器相连，PLC控制器中设置有用于采集开关状态、按钮值及阀门开度的状态数据采集模块，STM8S控制器中设置有用于控制指示灯、压力表及温度表显示的输出控制模块；
所述的主控计算机上设置有用于根据开关状态、按钮值及阀门开度数据，通过数学模型计算出指示灯状态、压力表数据、温度表数据、虚拟场景中设备工作状况数据、流动情况数据的计算模块；
所述的图形处理机上设置有用于根据虚拟场景中设备工作状况数据呈现模拟的现场实景及设备工作情况的虚拟呈现模块。
2.根据权利要求1所述的一种压裂酸化模拟培训系统，其特征在于：所述的环幕投影系统包括麦克风、立体音响、功放、投影仪和与投影仪相配合的环幕。
3.根据权利要求1所述的一种压裂酸化模拟培训系统，其特征在于：所述的PLC控制器之间采用PPI总线通信，所述的STM8S控制器之间采用CAN总线通信。
4.根据权利要求3所述的一种压裂酸化模拟培训系统，其特征在于：所述的PLC控制器、STM8S控制器和参数计算机之间通过RS232协议交换数据。
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