CN104616583B - 采油模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采油模拟系统，它包括采油模拟装置、PLC控制器和控制单元，控制单元包括主控机、参数机和图形处理机，采油模拟装置与PLC控制器连接，PLC控制器通过串口与参数机连接，参数机和图形处理机分别通过通讯网络与主控机连接。本发明提供一种采油模拟系统，该系统所有操作设备内无介质，不带压，安全稳定，所有管道内无流体，设备维护成本低，不易损坏，压力、温度、粘度、流量等数据实时计算得到，与现场数据一致，培训效果好，管道间无密闭性要求，设备造价低，对设备外观无限制，能使用各种材料制作模拟操作设备，所有设备不需要物理上连通，每个设备是独立的，设备布局容易，占地面积小。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井模拟系统，特别是一种采油模拟系统。
背景技术
采油工程是油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井对油藏采取的各项工程技术措施的总称。采油工程的任务是通过一系列可作用于油藏的工程技术措施，使油、气畅流入井，井高效率地将其举升到地面进行分离和计量；其目标是经济有效地提高油井和原油采收率。
然而，对于油田新进员工或石油相关专业学生，他们对采油的流程、计量罐、加热炉等设备或者发生事故时的处理方法都没有感性的认识，对于现场采油操作不熟悉，一旦出现操作失误或不慎，有可能引发严重的质量事故或安全事故，为国家和人民带来重大的损失。因此，石油钻井采油从业人员的上岗知识培训和专业技能培训显得十分重要。但由于几乎所有的钻井现场和设施都分布在野外，不可能将培训放到现场进行，如果仅依靠常规的课堂教学或实验室操作，由于缺乏形象逼真、直观生动的辅助手段和方式，不免陷入课程内容简单枯燥、学员学习效果差的尴尬局面，培训难以达到预期效果。
传统上的采油模拟培训均是使用的真实设备进行培训，内部以水为介质模拟原油的流动，传统的模拟培训设备为带压设备，存在安全隐患，内部填充有水，系统维护成本高，易损坏，且使用水填充，压力、温度、粘度、流量等数据与现场差距很大，无法反应现场工作情况，培训效果差，密闭性要求高，设备昂贵，对设备外观有一定的要求，通常只能使用标准件，难以模拟泄露、堵塞、阀门损坏、冻堵等事故情况，所有设备必须物理上联通，导致设备布局较为困难，占地面积广。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采油模拟系统，该系统所有操作设备内无介质，不带压，安全稳定，所有管道内无流体，设备维护成本低，不易损坏，压力、温度、粘度、流量等数据实时计算得到，与现场数据一致，培训效果好，管道间无密闭性要求，设备造价低，对设备外观无限制，能使用各种材料制作模拟操作设备，能够比较容易的模拟泄露、堵塞、阀门损坏、冻堵等事故情况，所有设备不需要物理上连通，每个设备是独立的，设备布局容易，占地面积小，大屏幕上可以展现设备内工作情况、整个系统的压力情况、整个系统的二维流程图和三维流程图，直观清晰。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：采油模拟系统，它包括采油模拟装置、PLC控制器和控制单元，控制单元包括主控机、参数机和图形处理机，采油模拟装置与PLC控制器连接，PLC控制器通过串口与参数机连接，参数机和图形处理机分别通过通讯网络与主控机连接；
所述的采油模拟装置上设置有阀门、显示表、开关等，PLC控制器上设置有用于循环采集采油模拟设备上的阀门开度及开关状态的采集器；
所述的主控机上设置有用于根据阀门开度及开关状态，通过数学模型计算出压力表数据、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。
它还包括投影系统，投影系统包括投影仪和与投影仪相配合的投影幕布，投影仪与图形处理机相连。
所述的采油模拟装置包括采油井口抽油机、采油抽油机井口、采油电潜泵井、采油螺杆泵井、计量站进站阀组、采油计量罐、计量站加热炉、破乳剂注入装置、三相分离器、除油器、热化学脱水装置、注水间和注水井；
所述的采油抽油机井口包括管道、阀门、开关和压力表，所述的采油抽油机井口连接十字交叉管道，管道两侧分别设置了6#阀门和7#阀门，6#阀门的下游设置有3#压力表，3#压力表与6#阀门之间设置有3#开关组，十字交叉管道的上端设置有3#阀门，3#阀门再与一个小十字交叉管道连接，小十字交叉管道的两侧分别设置有1#阀门和2#阀门，1#阀门的下游设置有1#压力表，1#压力表与1#阀门之间设置有1#开关组，7#阀门的下游连接另一个十字交叉管道，交叉管道的上端设置有4#阀门，且通过管道与2#阀门的下游连接，十字交叉管道的另一侧设置有8#阀门，8#阀门通过管道与5#阀门相接，5#阀门设置在2#阀门的下游，2#阀门与5#阀门之间设置有2#压力表和2#开关组；
所述的采油电潜泵井井口连接十字交叉管道，管道的两侧分别设置有17#阀门和18#阀门，交叉管道的上端设置有15#阀门，15#阀门上端连接一个十字交叉管道，十字交叉管道的两侧分别设置有10#阀门和11#阀门，上端设置有9#阀门、4#显示表和4#开关组，10#阀门另一侧通过管道连接14#阀门，10#阀门和14#阀门之间设置有12#阀门，14#阀门下游设置有6#显示表和6#开关组，11#阀门的另一侧通过管道与16#阀门连接，11#阀门与16#阀门之间设置有13#阀门，11#阀门与13#阀门之间设置有5#显示表和5#开关组；开关组包括2个开关。
所述的阀门内部使用滑动电阻作为输入传感器，当阀门开度变化时，滑动电阻的电阻值发生变化，引起电流变化，PLC接收后将模拟信号转变为数字信号，发送给主控机。
所述的显示表包括指针式仪表和数字式仪表，各仪表接收电路板接收主控机从串口发送来的数据，然后将数据通过CAN总线分发给各表，数字式仪表直接显示数据，指针式仪表通过单片机将数据转换为步进电机的转动步数，然后带动指针转动对应的角度。
本发明的有益效果是：本发明提供一种采油模拟系统，该系统所有操作设备内无介质，不带压，安全稳定，所有管道内无流体，设备维护成本低，不易损坏，压力、温度、粘度、流量等数据实时计算得到，与现场数据一致，培训效果好，管道间无密闭性要求，设备造价低，对设备外观无限制，能使用各种材料作模拟操作设备的外观，能够比较容易的模拟泄露、堵塞、阀门损坏、冻堵等事故情况，所有设备不需要物理上连通，每个设备是独立的，设备布局容易，占地面积小，大屏幕上可以展现设备内工作情况、整个系统的压力情况、整个系统的二维流程图和三维流程图，直观清晰，提高培训效率，且设备采购成本更低，可以进行多种事故的模拟培训，整个操作过程与现场高度一致，提高培训质量。
附图说明
图1为本发明采油模拟系统结构图；
图2为采油抽油机井口结构图；
图3为采油电潜泵井口结构图；
图中，1-1#阀门，2-2#阀门，3-3#阀门，4-4#阀门，5-5#阀门，6-6#阀门，7-7#阀门，8-8#阀门，9-1#压力表，10-1#开关组，11-2#压力表，12-2#开关组，13-3#压力表，14-3#开关组，15-9#阀门，16-10#阀门，17-11#阀门，18-12#阀门，19-13#阀门，20-14#阀门，21-15#阀门，22-16#阀门，23-17#阀门，24-18#阀门，25-4#显示表，26-4#开关组，27-5#显示表，28-5#开关组，29-6#显示表，30-6#开关组。
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，采油模拟系统，它包括采油模拟装置、PLC控制器和控制单元，控制单元包括主控机、参数机和图形处理机，采油模拟装置与PLC控制器连接，PLC控制器通过串口与参数机连接，参数机和图形处理机分别通过通讯网络与主控机连接；
所述的采油模拟装置上设置有阀门、显示表、开关等，PLC控制器上设置有用于循环采集采油模拟设备上的阀门开度及开关状态的采集器；
所述的主控机上设置有用于根据阀门开度及开关状态，通过数学模型计算出压力表数据、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。
它还包括投影系统，投影系统包括投影仪和与投影仪相配合的投影幕布，投影仪与图形处理机相连。
所述的采油模拟装置包括采油井口抽油机、采油抽油机井口、采油电潜泵井、采油螺杆泵井、计量站进站阀组、采油计量罐、计量站加热炉、破乳剂注入装置、三相分离器、除油器、热化学脱水装置、注水间和注水井；
如图2所示，所述的采油抽油机井口包括管道、阀门、开关和压力表，所述的采油抽油机井口连接十字交叉管道，管道两侧分别设置了6#阀门6和7#阀门7，6#阀门6的下游设置有3#压力表13，3#压力表13与6#阀门6之间设置有3#开关组14，十字交叉管道的上端设置有3#阀门3，3#阀门3再与一个小十字交叉管道连接，小十字交叉管道的两侧分别设置有1#阀门1和2#阀门2，1#阀门1的下游设置有1#压力表9，1#压力9表与1#阀门1之间设置有1#开关组10，7#阀门7的下游连接另一个十字交叉管道，交叉管道的上端设置有4#阀门4，且通过管道与2#阀门2的下游连接，十字交叉管道的另一侧设置有8#阀门8，8#阀门8通过管道与5#阀门5相接，5#阀门5设置在2#阀门2的下游，2#阀门2与5#阀门5之间设置有2#压力表11和2#开关组12。
如图3所示，所述的采油电潜泵井井口连接十字交叉管道，管道的两侧分别设置有17#阀门23和18#阀门24，交叉管道的上端设置有15#阀门21，15#阀门21上端连接一个十字交叉管道，十字交叉管道的两侧分别设置有10#阀门16和11#阀门17，上端设置有9#阀门15、4#显示表25和4#开关组26，10#阀门16另一侧通过管道连接14#阀门20，10#阀门16和14#阀门20之间设置有12#阀门18，14#阀门20下游设置有6#显示表29和6#开关组30，11#阀门17的另一侧通过管道与16#阀门22连接，11#阀门17与16#阀门22之间设置有13#阀门19，11#阀门17与13#阀门19之间设置有5#显示表27和5#开关组28，开关组包括2个开关。
所述的阀门内部使用滑动电阻作为输入传感器，当阀门开度变化时，滑动电阻的电阻值发生变化，引起电流变化，PLC接收后将模拟信号转变为数字信号，发送给主控机。
所述的显示表包括指针式仪表和数字式仪表，各仪表接收电路板接收主控机从串口发送来的数据，然后将数据通过CAN总线分发给各表，数字式仪表直接显示数据，指针式仪表通过单片机将数据转换为步进电机的转动步数，然后带动指针转动对应的角度。
系统上电后，主控机上运行主控程序，控制图形处理机显示图形程序，PLC开始向显示表发送数据，同时循环采集各采油模拟装置上阀门开度及开关状态，PLC通过串口与主控机相连接，主控机接收到阀门和开关状态后，根据数学模型计算出显示表的数据、虚拟场景中设备的工作状况数据、流动情况数据。
主控机将计算得到的显示表的数据回传给PLC，PLC控制各模拟装置上对应的显示表显示主控机发送来的计算结果，主控机同时将计算得到的虚拟场景中设备工作状况数据、管道流动情况数据发送给图形处理机，图形处理机根据这些数据显示模拟的现场实景、设备的工作情况、管道内的流动情况。
Claims (5)
1.采油模拟系统，其特征在于：它包括采油模拟装置、PLC控制器和控制单元，控制单元包括主控机、参数机和图形处理机，采油模拟装置与PLC控制器连接，PLC控制器通过串口与参数机连接，参数机和图形处理机分别通过通讯网络与主控机连接；
所述的采油模拟装置设置有阀门、显示表、开关，PLC控制器上设置有用于循环采集采油模拟设备上的阀门开度及开关状态的采集器；
所述的主控机上设置有用于根据阀门开度及开关状态，通过数学模型计算出压力表数据、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；
系统上电后，主控机上运行主控程序，控制图形处理机显示图形程序，PLC控制器开始向显示表发送数据，同时循环采集各采油模拟装置上阀门开度及开关状态，PLC控制器通过串口与主控机相连接，主控机接收到阀门和开关状态后，根据数学模型计算出显示表的数据、虚拟场景中设备的工作状况数据、流动情况数据；
主控机将计算得到的显示表的数据回传给PLC控制器，PLC控制器控制各模拟装置上对应的显示表显示主控机发送来的计算结果，主控机同时将计算得到的虚拟场景中设备工作状况数据、管道流动情况数据发送给图形处理机，图形处理机根据这些数据显示模拟的现场实景、设备的工作情况、管道内的流动情况；
所述的采油模拟装置包括采油井口抽油机、采油抽油机井口、采油电潜泵井、采油螺杆泵井、计量站进站阀组、采油计量罐、计量站加热炉、破乳剂注入装置、三相分离器、除油器、热化学脱水装置、注水间和注水井；
所述的采油抽油机井口包括管道、阀门、开关和压力表，采油抽油机井口连接十字交叉管道，管道两侧分别设置了6#阀门（6）和7#阀门（7），6#阀门（6）的下游设置有3#压力表（13），3#压力表（13）与6#阀门（6）之间设置有3#开关组（14），十字交叉管道的上端设置有3#阀门（3），3#阀门（3）再与一个小十字交叉管道连接，小十字交叉管道的两侧分别设置有1#阀门（1）和2#阀门（2），1#阀门（1）的下游设置有1#压力表（9），1#压力表（9）与1#阀门（1）之间设置有1#开关组（10），7#阀门（7）的下游连接另一个小十字交叉管道，交叉管道的上端设置有4#阀门（4），且通过管道与2#阀门（2）的下游连接，十字交叉管道的另一侧设置有8#阀门（8），8#阀门（8）通过管道与5#阀门（5）相接，5#阀门（5）设置在2#阀门（2）的下游，2#阀门（2）与5#阀门（5）之间设置有2#压力表（11）和2#开关组（12）；
所述的采油电潜泵井井口连接十字交叉管道，管道的两侧分别设置有17#阀门（23）和18#阀门（24），交叉管道的上端设置有15#阀门（21），15#阀门（21）上端连接一个十字交叉管道，十字交叉管道的两侧分别设置有10#阀门（16）和11#阀门（17），上端设置有9#阀门（15）、4#显示表（25）和4#开关组（26），10#阀门（16）另一侧通过管道连接14#阀门（20），10#阀门（16）和14#阀门（20）之间设置有12#阀门（18），14#阀门（20）下游设置有6#显示表（29）和6#开关组（30），11#阀门（17）的另一侧通过管道与16#阀门（22）连接，11#阀门（17）与16#阀门（22）之间设置有13#阀门（19），11#阀门（17）与13#阀门（19）之间设置有5#显示表（27）和5#开关组（28）。
2.根据权利要求1所述的采油模拟系统，其特征在于：它还包括投影系统，投影系统包括投影仪和与投影仪相配合的投影幕布，投影仪与图形处理机相连。
3.根据权利要求1所述的采油模拟系统，其特征在于：所述的阀门内部使用滑动电阻作为输入传感器，当阀门开度变化时，滑动电阻的电阻值发生变化，引起电流变化，PLC接收后将模拟信号转变为数字信号，发送给主控机。
4.根据权利要求1所述的采油模拟系统，其特征在于：所述的显示表包括指针式仪表和数字式仪表，各仪表接收电路板接收主控机从串口发送来的数据，然后将数据通过CAN总线分发给各表，数字式仪表直接显示数据，指针式仪表通过单片机将数据转换为步进电机的转动步数，然后带动指针转动对应的角度。
5.根据权利要求1所述的采油模拟系统，其特征在于：所述的开关组包括2个开关，一个设置在显示表前端，一个设置在显示表前端支管上。
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