CN111794728B - 一种智能互联式撬装酸液高压注入设备及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能互联式撬装酸液高压注入设备，系统包括：柴油发电机、高压泵、变频电动机、机械变速箱、联轴器、电路系统、吸入系统、排出注入管汇、仪表和控制系统，以及安装上述组件的撬装房体；所述变频电动机通过变频器调节电动机转速，通过机械变速箱与高压泵连接给高压泵提供动力，所述吸入系统和所述排出系统分别与所述压裂泵的两侧连接；控制系统包括参数监控、网络设置、工作模式设置以及历史记录等功能，网络设置用于设置网络模块的连接方式，可以与工业互联网云平台服务器连接，供远程客户端访问控制系统并进行操作，也可以将网络模块与其它高压注入机组网，以机组模式协同工作。还提供了该智能互联式撬装酸液高压注入设备的控制方法。

Description

一种智能互联式撬装酸液高压注入设备及控制方法

技术领域

本发明涉及撬装设备领域，特别是一种智能互联式撬装酸液高压注入设备及控制方法。

背景技术

撬装注入设备是将管道、设备、机泵、控制柜、电气仪表等按照一定工艺流程连接成为一个整体，将整体通过焊接、螺栓连接等方法固定在角钢或工字钢制成的底盘上或其他结构体上，也就是撬座上，其阀门、泵等设备已经安装完成为一个整体式集合，与系统上其他设备连接时，无需再在中间安装阀门、仪表等设备。只需用管线联通即可直接就能应用的机电一体化设备。撬装设备的生产、组装都在工厂内完成，现场安装工作量小，只需要完成接口管道及外部电气的连接即可工作，功能组件集成于一个整体底座，方便整体迁移，占地少，一定程度上解决了施工现场的技术难题。

撬装设备在油气开采行业中得到广泛的应用。撬装酸液高压注入设备可以将酸化介质增压后通过高压排出管注入油井下实施酸化压裂作业。

由于高压酸注入时的工作压力高，如果操作人员频繁查看设备自身的仪表指示，存在一定的现场作业安全隐患，为减少人员在设备高压运行附近操作时的危险，应尽量实现远处显示与控制。如果采用延长电缆连接现场仪表的方式，由于现场工作环境复杂，易造成电缆损坏以及连接不牢的情形，并且人员控制所在位置受电缆限制，对作业的正常进行和安全生产带来额外的安全隐患。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种智能互联式撬装酸液高压注入设备，包括：

柴油发电机、高压泵、变频电动机、机械变速箱、联轴器、电路系统、吸入系统、排出注入管汇、仪表和控制系统，以及安装上述组件的撬装房体；

其中，所述变频电动机通过变频器调节电动机转速，通过机械变速箱与高压泵连接给高压泵提供动力，所述吸入系统和所述排出系统分别与所述压裂泵的两侧连接，所述变频电动机和机械变速箱、机械变速箱和高压泵分别采用一个标准联轴器连接，联轴器装有可拆卸的护罩，所述电路系统通过预留插接件接口外接380V电源用于电动机起动、停机、调速及工作照明，并完成撬装内组件间的电气连接；

所述仪表包括泵排出压力、吸入系统压力、排出口压力检测仪表，以及其它环境监测及安全保护仪表，控制系统包括PLC系统、现场操作面板和网络模块，现场操作面板包括电源总开关、照明灯开关；

控制系统包括数据采集单元、逻辑控制单元、网络传输单元、工作模式切换单元以及工业互联网云平台监控模块；其中，所述数据采集单元包括多个连接到PLC系统的传感器及二次仪表；所述工业互联网云平台监控模块负责对连接到PLC系统的所述传感器及设备的运行状态进行监控；所述网络传输单元用于设置网络模块的连接方式，服务器地址及端口编号；所述网络传输单元与工业互联网云平台服务器连接，供远程客户端访问控制系统并进行操作，并且将网络模块与其它高压注入机组网，以机组协同模式工作；所述网络传输单元具有工作模式设置模块，所述工作模式设置模块包括压力模式和流量模式，分别根据设定的输出的压力值和流量值进行电动机转速的变频调节，网络设置模块在机组协同模式时工作模式根据主控调度进行配置。

优选的，所述高压泵为压裂泵，采用耐腐蚀的卧式三缸高压泵，高压泵由动力端和液力端组成，泵头体材料为哈氏合金，高压泵上装配陶瓷柱塞，抗震性能优良，耐氢氟酸性能优良，陶瓷柱塞直径为32mm，冲程为120mm，润滑方式为飞溅润滑方式和强制润滑结合。

优选的，所述吸入系统包括罐体、自吸泵、吸入管汇以及过滤装置，过滤器安装于自吸泵和吸入管汇前，罐体具有玻璃钢内衬并带有液位计，进行HF 防腐，罐体至少为1个或多个，吸入液体通过所述1个或多个罐体或者单独经过所述多个缓冲罐中的任何一个或者全部不经过。

优选的，所述吸入系统罐体安装有液位计，液位计与控制系统相连，反馈罐体的液位。

优选的，所述排出注入管汇有安全阀及泄压口，安全阀为机械式，根据高压泵的最高工作能力设定最高压力保护值，在自动超压保护控制失灵的情况下，如工作压力达到设备最高压力，机械式安全阀自动开启卸压，卸压完成后自动关闭。

优选的，所述排出注入管汇安装有耐腐蚀的流量计。

优选的，排出注入管汇有安全阀及泄压口，安全阀为机械式，根据高压泵的最高工作能力设定最高压力保护值，在自动超压保护控制失灵的情况下，如工作压力达到设备最高压力，机械式安全阀自动开启卸压，卸压完成后自动关闭。排出注入管汇材质316不锈钢，整体经过耐腐蚀、防酸处理，排出注入管汇总长约20米，配备4个316不锈钢万向接头，并安装有耐腐蚀的流量计，所述流量计与控制系统相连。

优选的，所述智能互联式撬装酸液高压注入设备整机技术参数如下：最高工作压力为35MPa；清水排量为0.0-3.5m³/h，实现该排量范围内任意排量的调节；整机的重量为5900kg；整机的外形尺寸为长度5200mm、宽度2200mm及高度2200mm；整机使用的环境温度为-35～+50℃；整机输送的介质包括清水、盐酸31％+氢氟酸10％

本发明的目的还在于提供一种智能互联式撬装酸液高压注入设备的控制方法，包括：开始后，控制系统进行自检，自检无故障后启动发电机，之后进行控制系统的网络设置，网络设置后可以通过本地操作面板、远程客户端以及组网的主控进行工作参数设置，之后启动高压注入工作，注入过程中对参数进行检测看是否触发保护模式，如触发保护模式，则停止高压注入，如不触发保护模式则一直进行高压注入直到完成注入工作。

优选的，保护模式包括超压保护，排出注入管汇压力超过设定压力时，控制系统将立即减少变频电动机的输出以保护设备。

本发明所述的智能互联式撬装酸液高压注入设备，通过控制系统的网络模块，将数据传送到云服务器上，使得通过包括智能手机和平板在内的远程客户端可以控制本撬装设备，提高了操作的安全性，同时通过网络配置可以将本设备与其它设备组网进行协同工作，适应性好，能完成多种任务。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

附图1为根据本发明实施例的智能互联式撬装酸液高压注入设备的控制系统结构示意图；

附图2为根据本发明实施例的智能互联式撬装酸液高压注入设备的控制功能示意图；

附图3为根据本发明实施例的智能互联式撬装酸液高压注入设备的工作方法。

附图4为根据本发明实施例的智能互联式撬装酸液高压注入设备的远程客户端的操作界面。

具体实施方式

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

本实施例的智能互联式撬装酸液高压注入设备，包括：

柴油发电机、高压泵、变频电动机、机械变速箱、联轴器、电路系统、吸入系统、排出注入管汇、仪表和控制系统，以及安装上述组件的撬装房体；

其中，所述变频电动机通过变频器调节电动机转速，通过机械变速箱与高压泵连接给高压泵提供动力，所述吸入系统和所述排出系统分别与所述压裂泵的两侧连接，所述变频电动机和机械变速箱、机械变速箱和高压泵分别采用一个标准联轴器连接，联轴器装有可拆卸的护罩，所述电路系统通过预留插接件接口外接380V电源用于电动机起动、停机、调速及工作照明，并完成撬装内组件间的电气连接；

所述仪表包括泵排出压力、吸入系统压力、排出口压力检测仪表、吸入系统罐体的液位计、排出注入管汇的流量计、注入介质的温度传感器，以及其它环境监测及安全保护仪表等，控制系统包括PLC系统、现场操作面板和网络模块，现场操作面板包括电源总开关、照明灯开关等；

本实施例的智能互联式撬装酸液高压注入设备，其控制系统结构如图1所示，控制系统包括数据采集单元、逻辑控制单元、网络传输单元、工作模式切换单元以及工业互联网云平台监控模块；其中，所述数据采集单元包括多个连接到 PLC系统的传感器及二次仪表；所述工业互联网云平台监控模块负责对连接到 PLC系统的所述传感器及设备的运行状态进行监控；所述网络传输单元用于设置网络模块的连接方式，服务器地址及端口编号；所述网络传输单元与工业互联网云平台服务器连接，供远程客户端访问控制系统并进行操作，并且将网络模块与其它高压注入机组网，以机组协同模式工作；所述网络传输单元具有工作模式设置模块，所述工作模式设置模块包括压力模式和流量模式，分别根据设定的输出的压力值和流量值进行电动机转速的变频调节，网络设置模块在机组协同模式时工作模式根据主控调度进行配置。

控制系统的功能如图2所示，包括参数监控、网络设置、工作模式设置以及历史记录等功能，参数监控对连接到PLC系统的各组件工作状态进行监控，网络设置用于设置网络模块的连接方式，可以与云服务器连接，供远程客户端访问控制系统并进行操作，也可以将网络模块与其它高压注入机组网，以机组模式协同工作，工作模式包括压力模式和流量模式，分别根据输出的压力设定和流量设定进行电动机的变频调节，网络模块在机组模式时工作模式根据主控调度进行配置。

本实施例中，压裂泵采用耐腐蚀的卧式三缸高压泵，高压泵由动力端和液力端组成，泵头体材料为哈氏合金，高压泵上装配陶瓷柱塞，抗震性能优良，耐氢氟酸性能优良，陶瓷柱塞直径为32mm，冲程为120mm，润滑方式为飞溅润滑方式和强制润滑结合。

变频电动机型号为YBBP225M-4，其中功率为45kW/380V/3相并且具有变频柜。机械变速箱型号为ZLY180-7.1-Ⅱ，速比为7.1:1。

吸入系统包括罐体、自吸泵、吸入管汇以及过滤装置，过滤器安装于自吸泵和吸入管汇前，罐体具有玻璃钢内衬并带有液位计，进行HF防腐。罐体有两个，分别为4立方和2立方，吸入液体可通过两个缓冲罐、也可单独经过任何一个或者全部不经过。吸入系统整体经过耐腐蚀、防酸处理。

吸入系统罐体均安装有液位计，液位计与控制系统相连，反馈罐体的液位。

排出注入管汇有安全阀及泄压口，安全阀为机械式，根据高压泵的最高工作能力设定最高压力保护值，在自动超压保护控制失灵的情况下，如工作压力达到设备最高压力，机械式安全阀自动开启卸压，卸压完成后自动关闭。排出注入管汇材质316不锈钢，整体经过耐腐蚀、防酸处理。排出注入管汇总长约 20米，配备4个316不锈钢万向接头，并安装有流量计(耐腐蚀)，流量计与控制系统相连。

本实施例的智能互联式撬装酸液高压注入设备整机，技术参数如下：最高工作压力为35MPa；清水排量为0.0-3.5m³/h，实现该排量范围内任意排量的调节；整机的重量为5900kg；整机的外形尺寸为长度5200mm、宽度2200mm及高度2200mm；整机使用的环境温度为-35～+50℃；整机输送的介质包括清水、盐酸31％+氢氟酸10％。

控制系统的现场操作面板上，安装了电源总开关和照明灯开关，通过人机交互界面可对电机的启动、停止、调速以及照明进行控制，同时控制系统能就地实现所有控制功能。参数监控功能下，能实时显示高压泵的冲次、排量、压力和上水压力，并具备超压保护功能，当排出口压力超过设定压力时，控制系统发出电信号将电动机立即停机以保护设备。此外，还能够显示吸入系统罐体的液位、排出注入管汇的流量、注入介质的温度、发电机输出电压电流等信息，并设置相应的保护程序，检测到参数超出保护范围时触发保护动作。

还包括发电机，所述发电机为柴油发电机组件，并具有撬装房体，以满足所述动力系统的正常运转。

吸入系统包括自吸泵、吸入管汇以及过滤装置，所述吸入管汇。

罐体包括两个缓冲罐，容积分别为4m³以及2m³，所述缓冲罐具有玻璃钢内衬并带有液位计，进行HF防腐，注入液体通过所述两个缓冲罐或者单独经过所述两个缓冲罐中的任何一个或者全部不经过。

排出系统具有排出管汇，排出注入管汇材质为316钢，要经过耐腐蚀、防酸处理，其中，自吸泵+吸入管汇，须有过滤器，设置安全阀及泄压口，出口设置耐腐蚀流量计耐腐蚀，注入管汇需要20米长，4个316钢万向接头。

操作控制系统安装电源总开关、照明灯开关、变频器、综合参数监视仪(带数据采集功能)等。可以实现电动机的启动、停机、调速、照明。

综合参数监视仪实时显示泵的冲次、排量、压力、上水压力，同时具备超压保护功能，当排出口压力超过设定压力时，监视仪发出电信号将电动机立即停机以保护设备。

泵排出压力表显示实时工作压力。

本实施例的装置还配置防雨棚、工具箱等，整机喷漆颜色为红色，机体带中孚标志。电动机、变速箱、灌注泵保持原色。

过滤装置多用于油田钻井平台污水、污油的处理，过滤装置是指将过滤器、反洗泵、提升泵、气动阀、提供工业风和仪表风的配套装置及仪表、控制柜等根据工艺条件安装在撬座上，以实现过滤、反洗、吹扫等功能的撬装设备。过滤装置通常由进水干管、出水干管、反洗进水管、反洗出水管、排水管、仪表风、工业风七根主要干管连接各过滤器的支管组成，通过控制不同阀门的启闭实现功能转换。过滤器根据介质不同选用粒径与性能不同的滤料，常见的滤料有陶粒、金刚砂、无烟煤、石英砂、石榴石等。根据滤料不同，过滤撬分为金刚砂过滤撬块、石英砂过滤撬块、精细过滤撬块等，也有一个撬块上采用两种不同滤料的过滤撬，形成双滤料过滤装置，双滤料过滤撬采用不同的工艺连接过程，对介质进行两级过滤，以达到对介质分类处理的目的，过滤装置是一种高效、易操作的污水处理设备，对污水中悬浮物、铁离子及胶体物等的精细处理有较好的功率作用，具有结构紧凑、操作方便、自动化程度高、运行平稳、设备滤速大、过滤精度高、截污能力强、反洗彻底、维护方便，且结构简单，使用周期长，反洗可自动化应用的特点。

如图3所示，本实施例的智能互联式撬装酸液高压注入设备，其工作方法为开始后，控制系统进行自检，自检无故障后启动发电机，之后进行控制系统的网络设置，网络设置后可以通过本地操作面板、远程客户端以及组网的主控进行工作参数设置，之后启动高压注入工作，注入过程中对参数进行检测看是否触发保护模式，如触发保护模式，则停止高压注入，如不触发保护模式则一直进行高压注入直到完成注入工作。保护模式包括超压保护，排出注入管汇压力超过设定压力时，控制系统将立即减少变频电动机的输出以保护设备。

附图4为连接到本实施例的智能互联式撬装酸液高压注入设备的远程客户端的操作界面，此时控制系统的网络模块通过4G网络连接到了云服务器，用手机访问云服务器，对控制系统进行操作。

虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。

Claims (2)

1.一种智能互联式撬装酸液高压注入设备，其特征在于包括：

柴油发电机、高压泵、变频电动机、机械变速箱、联轴器、电路系统、吸入系统、排出注入管汇、仪表和控制系统，以及安装上述组件的撬装房体；

其中，所述变频电动机通过变频器调节电动机转速，通过机械变速箱与高压泵连接给高压泵提供动力，所述吸入系统和所述排出注入管汇分别与所述高压泵的两侧连接，所述变频电动机和机械变速箱、机械变速箱和高压泵分别采用一个标准联轴器连接，联轴器装有可拆卸的护罩，所述电路系统通过预留插接件接口外接380V电源用于电动机起动、停机、调速及工作照明，并完成撬装内组件间的电气连接；

所述仪表包括泵排出压力、吸入系统压力、排出口压力检测仪表，以及其它环境监测及安全保护仪表，控制系统包括PLC系统、现场操作面板和网络模块，现场操作面板包括电源总开关、照明灯开关；

所述控制系统包括数据采集单元、逻辑控制单元、网络传输单元、工作模式切换单元以及工业互联网云平台监控模块；其中，所述数据采集单元包括多个连接到PLC系统的传感器及二次仪表；所述工业互联网云平台监控模块负责对连接到PLC系统的所述传感器及设备的运行状态进行监控；所述网络传输单元用于设置网络模块的连接方式，服务器地址及端口编号；所述网络传输单元与工业互联网云平台服务器连接，供远程客户端访问控制系统并进行操作，并且将网络模块与其它高压注入机组网，以机组协同模式工作；所述网络传输单元具有工作模式设置模块，所述工作模式设置模块包括压力模式和流量模式，分别根据设定的输出的压力值和流量值进行电动机转速的变频调节，网络设置模块在机组协同模式时工作模式根据主控调度进行配置；

所述高压泵为压裂泵，采用耐腐蚀的卧式三缸高压泵，高压泵由动力端和液力端组成，泵头体材料为哈氏合金，高压泵上装配陶瓷柱塞，陶瓷柱塞直径为32mm，冲程为120mm，润滑方式为飞溅润滑方式和强制润滑结合；

所述吸入系统包括罐体、自吸泵、吸入管汇以及过滤装置，过滤器安装于自吸泵和吸入管汇前，罐体具有玻璃钢内衬并带有液位计，进行HF防腐，罐体至少为1个或多个，吸入液体通过所述1个或多个罐体或者单独经过所述多个罐体中的任何一个或者全部不经过；

所述吸入系统罐体安装有液位计，液位计与控制系统相连，反馈罐体的液位；

所述排出注入管汇有安全阀及泄压口，安全阀为机械式，根据高压泵的最高工作能力设定最高压力保护值，在自动超压保护控制失灵的情况下，如工作压力达到设备最高压力，机械式安全阀自动开启卸压，卸压完成后自动关闭；

所述排出注入管汇安装有耐腐蚀的流量计；

排出注入管汇材质为316不锈钢，整体经过耐腐蚀、防酸处理，排出注入管汇总长20米，配备4个316不锈钢万向接头，所述流量计与控制系统相连；

所述智能互联式撬装酸液高压注入设备整机技术参数如下：最高工作压力为35MPa；清水排量为0.0-3.5m³/h，实现该排量范围内任意排量的调节；整机的重量为5900kg；整机的外形尺寸为长度5200mm、宽度2200mm及高度2200mm；整机使用的环境温度为-35～+50℃；整机输送的介质包括清水、盐酸31％+氢氟酸10％。

2.一种根据权利要求1所述的智能互联式撬装酸液高压注入设备的控制方法，其特征在于：开始后，控制系统进行自检，自检无故障后启动发电机，之后进行控制系统的网络设置，网络设置后可以通过本地操作面板、远程客户端以及组网的主控进行工作参数设置，之后启动高压注入工作，注入过程中对参数进行检测看是否触发保护模式，如触发保护模式，则停止高压注入，如不触发保护模式则一直进行高压注入直到完成注入工作；所述保护模式包括超压保护，排出注入管汇压力超过设定压力时，控制系统将立即减少变频电动机的输出以保护设备。

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