CN113153210B - 全电驱固井控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种全电驱固井控制系统，以解决目前的固井作业过程中存在的效率低、可靠性差、人力成本高等问题。所述系统包括：供水系统，用于供给清水；供灰系统，用于供给干灰；混浆系统，用于进行混浆操作以形成泥浆；柱塞泵，用于向固井作业对象泵送所述泥浆；控制组件，用于响应于接收到的固井作业指令，控制供水系统的出口与混浆系统的入口之间的管路和以及供灰系统的出口与混浆系统的入口之间的管路连通，并根据预设混浆参数，控制混浆系统对清水和干灰进行混合，以形成固井作业所需的泥浆，以及根据预设灌注参数，控制驱动电机驱动柱塞泵工作，其中，固井作业指令中携带所述预设混浆参数和所述预设灌注参数。

Description

全电驱固井控制系统

技术领域

本申请涉及石油装备领域，尤其涉及一种全电驱固井控制系统。

背景技术

传统的固井作业过程中，通常需要作业人员手动对固井设备中的各部件进行操作来完成固井作业。但是，由于固井作业过程较为繁琐，上述人工操控固井的方式存在效率低、可靠性差、人力成本高等问题。

发明内容

本申请实施例提供一种全电驱固井控制系统，以解决目前的固井作业过程中存在的效率低、可靠性差、人力成本高等问题。

为了解决上述问题，本申请实施例采用下述技术方案：

本申请实施例提供一种全电驱固井控制系统，包括：

供水系统，用于供给清水；

供灰系统，用于供给干灰；

混浆系统，用于进行混浆操作以形成泥浆；

柱塞泵，用于向固井作业对象泵送所述泥浆；

控制组件，用于响应于接收到的固井作业指令，控制所述供水系统的出口与所述混浆系统的入口之间的管路和以及所述供灰系统的出口与所述混浆系统的入口之间的管路连通，并根据预设混浆参数，控制所述混浆系统对所述清水和所述干灰进行混合，以形成固井作业所需的泥浆，以及根据预设灌注参数，控制所述驱动电机驱动所述柱塞泵工作，其中，所述固井作业指令中携带所述预设混浆参数和所述预设灌注参数。

可选地，所述预设灌注参数包括需求灌注排量；

所述控制组件，用于获取所述驱动电机的转速，并根据获取的转速以及电机转速与柱塞泵排量之间的预设映射关系，确定所述柱塞泵的排量，如果所述柱塞泵的排量超过所述需求灌注排量，则根据所述柱塞泵的排量与所述需求灌注排量，调节所述驱动电机的转速，以使所述柱塞泵的排量达到所述需求灌注排量。

可选地，所述混浆系统包括混浆设备、第一离心泵以及质量流量检测装置；

所述质量流量检测装置，设置于所述第一离心泵的出口与所述混浆设备的第三入口之间的管路上，用于采集所述混浆设备内的泥浆密度；

所述控制组件用于：

控制所述供水系统的出口与所述混浆设备的第一入口之间的管路、所述供灰系统的出口与所述混浆设备的第二入口之间的管路、所述混浆设备的出口与所述第一离心泵的入口之间的管路以及所述第一离心泵的出口与所述混浆设备的第三入口之间的管路连通；

根据所述混浆设备内的泥浆密度以及泥浆密度与搅拌转速之间的预设对应关系，调节所述混浆设备的搅拌转速；

如果所述混浆设备内的泥浆密度达到所述预设泥浆密度，则控制所述第一离心泵的出口与所述柱塞泵的入口之间的管路连通，以将所述混浆设备内的泥浆输送至所述柱塞泵。

可选地，所述混浆系统还包括第一液位检测装置，所述第一液位检测装置设置于所述混浆设备内，用于采集所述混浆设备内的液位信息；

所述供水系统中设置有流量检测装置，其中，所述流量检测装设置于供水系统的出口与所述混浆设备的第一入口之间的管路上，用于采集向所述混浆设备供给的清水排量；

所述控制组件用于：

控制所述供水系统的出口与所述混浆设备的第一入口之间的管路连通，以向所述混浆设备供给清水；

如果所述混浆设备内的液位达到预混泥浆液位或者向所述混浆设备供给的清水排量达到预混清水排量，则控制所述供水系统的出口与所述混浆设备的第一入口之间的管路断开，并控制所述供灰系统的出口与所述混浆设备的第二入口之间的管路连通；

如果所述混浆设备内的泥浆密度达到预混泥浆密度，则控制所述供灰系统的出口与所述混浆设备的第二入口之间的管路断开，以实现自动预混，所述预设混浆参数还包括所述预混泥浆液位、所述预混清水排量和所述预混泥浆密度。

可选地，所述供水系统包括外接供水管路、计量罐、第二离心泵以及第二液位检测装置，所述第二液位检测装置设置在所述计量罐中，用于采集所述计量罐中的液位信息；

所述控制组件，还用于：

在控制所述供水系统的出口与所述混浆系统的第一入口之间的管路和以及所述供灰系统的出口与所述混浆系统的入口之间的管路连通之前，控制所述第二离心泵的出口与所述计量罐的入口之间的管路连通；

根据所述计量罐内的液位信息和第一预设计量液位范围，调节所述第二离心泵的转速，以将所述外接供水管路从前置液源吸入的前置液输送至所述计量罐内，其中，所述固井作业指令还携带前置液参数，所述前置液参数包括所述第一预设计量液位范围；

控制所述计量罐的出口与所述柱塞泵的入口之间的管路连通，以向所述柱塞泵输送所述前置液。

可选地，所述全电驱固井控制系统还包括压力检测装置，所述压力检测装置用于检测所述柱塞泵的排出压力；

所述控制组件还用于：

在控制所述第二离心泵的出口与所述计量罐的入口之间的管路连通之前，获取所述压力检测装置采集的、所述柱塞泵的排出压力；

如果所述柱塞泵的排出压力未达到预设试压值，则根据所述柱塞泵的排出压力和所述预设试压值之间的差值，调节所述驱动电机工作，直到所述柱塞泵的排出压力达到所述预设试压值，其中，所述固井作业指令还携带试压参数，所述试压参数包括所述预设试压值。

可选地，所述控制组件还用于：

在根据预设灌注参数，控制所述驱动电机驱动所述柱塞泵工作之后，控制所述第二离心泵的出口与所述计量罐的入口之间的管路连通；

根据所述计量罐内的液位信息和第二预设计量液位范围，调节所述第二离心泵的转速，以将所述外接供水管路吸入的顶替液输送至所述计量罐内，其中，所述固井作业指令还携带顶替液参数，所述顶替液参数包括所述第二预设计量液位范围；

控制所述计量罐的出口与所述柱塞泵的入口之间的管路连通，以向所述柱塞泵输送所述顶替液。

可选地，所述控制组件还用于：

在根据预设灌注参数，控制所述驱动电机驱动所述柱塞泵工作之后，控制所述供水系统的出口与目标清洗对象的入口之间的管路连通，以对所述目标清洗对象进行注水清洗，所述目标清洗对象包括所述柱塞泵和/或所述混浆系统；

获取所述目标清洗对象内的液体密度；

如果所述液体密度小于或等于预设密度阈值，则控制所述供水系统与所述目标清洗对象的入口之间的管路断开，所述固井作业指令还携带清洗参数，所述清洗参数包括所述预设密度阈值。

可选地，所述控制组件包括处理器和变频器，所述处理器通过所述变频器与所述驱动电机、所述供水系统、所述供灰系统以及所述混浆系统电连接。

可选地，所述全电驱固井控制系统还包括操作显示器，所述操作显示器与所述控制组件电连接；

所述控制组件，还用于获取目标监控对象的运行参数，并根据所述运行参数确定所述目标监控对象是否异常，如果所述目标监控对象异常，则向所述操作显示器发送预警提示信息，其中，所述目标监控对象包括所述驱动电机、所述柱塞泵、所述供水系统、所述供灰系统以及所述混浆系统中的一者或多者；

所述操作显示器，用于接收并显示所述控制组件发送的所述预警提示信息。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

采用驱动电机和控制组件替代传统固井设备中的液压系统、柴油机以及变速箱，并将控制组件与供水系统、供灰系统、混浆系统以及驱动电机，并由控制组件根据接收到的固井作业指令中携带的预设混浆参数和预设灌注参数，分别控制供水系统、供灰系统、混浆系统以及驱动电机工作，由此实现了固井过程中的全电驱动自动控制，相较于传统的固井作业方式，无需人工参与，也不受固井作业环境的影响，噪声低，进而可以提高固井作业效率和可靠性、节省成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请一示例性实施例提供的一种全电驱固井控制系统的结构示意图；

图2为本申请另一示例性实施例提供的一种全电驱固井控制系统的结构示意图；

图3为本申请一示例性实施例提供的一种固井作业控制流程的示意图；

图4为本申请一示例性实施例提供的一种柱塞泵排量控制流程的示意图；

图5为本申请一示例性实施例提供的一种自动混浆控制流程的示意图。

图6为本申请另一示例性实施例提供的一种固井作业控制流程的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”一般标识前后关联对象是一种“或”的关系。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

请参考图1和图2，本申请实施例提供一种全电驱固井控制系统，该系统包括供水系统、供灰系统、混浆系统、柱塞泵、驱动电机以及控制组件。

其中，供水系统可用于供给清水，供灰系统可用于供给干灰。混浆系统的第一入口与供水系统的出口连通，混浆系统的第二入口与供灰系统的出口连通，以将供水系统供给的清水和供灰系统供给的干灰混合形成泥浆。柱塞泵与混浆系统的出口连通，以将混浆系统输出的泥浆泵送至固井作业对象。驱动电机与柱塞泵传动连接，以驱动柱塞泵工作。具体来说，驱动电机可通过传动轴等传动组件与柱塞泵连接。

控制组件，分别与驱动电机、供水系统、供灰系统以及混浆系统电连接，以控制供水系统、供灰系统、混浆系统以及驱动电机工作，从而实现整个固井作业流程的自动控制效果。

需要说明的是，图1和图2中的实线表示管路连接，虚线表示电连接。

具体来说，如图3所示，控制组件用于响应于接收到的固井作业指令，控制供水系统的出口与混浆系统的第一入口之间的管路和以及供灰系统的出口与混浆系统的入口之间的管路连通，并根据预设混浆参数，控制混浆系统对清水和干灰进行混合，以形成固井作业所需的泥浆，以及根据预设灌注参数，控制驱动电机驱动柱塞泵工作，其中，所述固井作业指令中携带所述预设混浆参数和所述预设灌注参数。

可以理解，通过本申请实施例提供的全电驱固井控制系统，采用驱动电机和控制组件替代传统固井设备中的液压系统、柴油机以及变速箱，并将控制组件与供水系统、供灰系统、混浆系统以及驱动电机，并由控制组件根据接收到的固井作业指令中携带的预设混浆参数和预设灌注参数，分别控制供水系统、供灰系统、混浆系统以及驱动电机工作，由此实现了固井过程中的全电驱动自动控制，相较于传统的固井作业方式，无需人工参与，也不受固井作业环境的影响，噪声低，进而可以提高固井作业效率和可靠性、节省成本。

为了实现对柱塞泵排量的精确控制，以更好地满足固井需求，在较为优选的方案中，预设灌注参数可以包括需求灌注排量，控制组件可根据需求灌注排量对驱动电机进行控制，以驱动柱塞泵按照需求灌注排量向固井作业对象泵送泥浆，由此实现柱塞泵的自动排量控制。

具体来说，如图4所示，控制组件获取驱动电机的转速，并根据获取的转速以及电机转速与柱塞泵排量之间的预设映射关系，确定所述柱塞泵的排量。如果柱塞泵的排量超过需求灌注排量，则根据柱塞泵的排量与需求灌注排量，调节驱动电机的转速，以使柱塞泵的排列达到需求灌注排量。其中，电机转速与柱塞泵排量之间的预设映射关系可以通过对试验分析确定。

例如，电机转速与柱塞泵排量之间的预设映射关系为y＝ax，其中，y表示柱塞泵的排量，x表示驱动电机的转速，a表示预设排量系数。如果柱塞泵的排量小于需求灌注排量，则增大驱动电机的转速，以增大柱塞泵的转速，进而增大柱塞泵的排量；如果柱塞泵的排量大于需求灌注排量，则减小驱动电机的转速，以减小柱塞泵的转速，进而减少柱塞泵的排量。

本申请实施例中，混浆系统可以具有任意适当的结构。请参考图2，在一种可选的方案中，混浆系统包括混浆设备、第一离心泵以及质量流量检测装置。其中，混浆设备的第一入口与供水系统的出口通过管路连通，混浆设备的第二入口与供灰系统的出口通过管路连通，混浆设备的第三入口与第一离心泵的出口通过管路连通，混浆设备的出口与第一离心泵的入口通过管路连通。第一离心泵的出口与柱塞泵的入口通过管路连通。

更为具体地，混浆设备包括混合器和混浆罐，混合器的第一入口作为混浆设备的第一入口，与供水系统的出口通过管路连通；混合器的第二入口作为混浆设备的第二入口，与供灰系统的出口通过管路连通；混合器的第三入口作为混浆设备的第三入口，与第一离心泵的出口通过管路连通；混合器的出口与混浆罐的入口连通，混浆罐的出口作为混浆设备的出口，与第一离心泵的入口通过管路连通。在混浆过程中，混合器可以对供水系统供给的清水和供灰系统供给的干灰进行混合后，再输送至混浆罐内进行再次混合。

需要说明的是，实际应用中，混合器和混浆罐可以一体化设置。

质量流量检测装置设置于第一离心泵的出口与混浆设备的第三入口的管路上，用于采集混浆设备内的泥浆密度。控制组件与质量流量检测装置电连接，可通过控制混浆设备、第一离心泵以及柱塞泵之间的管路的通断以及混浆设备的搅拌器，实现自动混浆控制的效果。

具体来说，控制组件控制供水系统的出口与混浆设备的第一入口之间的管路连通，以向混浆设备供给清水，并控制供灰系统的出口与混浆设备的第二入口之间的管路连通，以向混浆设备供给干灰。控制组件还控制混浆设备的搅拌器转动，以对清水和干灰进行混合，并控制混浆设备的出口与第一离心泵的入口之间的管路以及第一离心泵的出口与混浆系统的第三入口之间的管路连通，由此，混浆设备内的泥浆经第一离心泵返回至混浆设备进行循环混合，质量流量检测装置采集的泥浆密度即为混浆设备内的泥浆密度。

在混浆过程中，控制组件可根据混浆设备内的泥浆密度以及泥浆密度与搅拌转速之间的预设对应关系，调节混浆设备的搅拌转速，由此，可以实现对混浆设备的无级调速，使得混浆设备内的密度更加均匀，进而增强固井质量。在混浆内的泥浆密度达到预设泥浆密度时，控制第一离心泵的出口与柱塞泵的入口之间的管路连通，以将混浆设备内的泥浆输送至柱塞泵，由柱塞泵泵送至固井作业对象，以进行固井操作。其中，预设混浆参数包括预设泥浆密度。

需要说明的是，实际应用中，混浆设备、第一离心泵以及柱塞泵之间的管路上设置有阀门，控制组件可通过控制阀门的开闭实现管路的通断。

另外，第一离心泵的数量可以根据需要确定。在较为优选的方案中，第一离心泵的数量可以为至少两个，例如图2所示的第一离心泵1和第一离心泵2。这样，在至少两个第一离心泵均正常的情况下，可以由其中一个第一离心泵承担混浆设备内泥浆的二次循环功能，由另一个第一离心泵承担将混浆设备内泥浆输送到柱塞泵的功能；在任一个第一离心泵故障的情况下，由正常的第一离心泵同时承担混浆设备内泥浆的二次循环功能和将混浆设备内泥浆输送到柱塞泵的功能。

例如，如图2所示，在第一离心泵1和第一离心泵2均正常的情况下，可控制混浆设备的出口与第一离心泵1的入口之间的管路以及第一离心泵1的出口与混浆系统的第三入口之间的管路连通，由此，混浆设备内的泥浆经第一离心泵1返回至混浆设备进行循环混合。在混浆设备内的泥浆密度达到预设泥浆密度时，控制第一离心泵2的出口与柱塞泵的入口之间的管路连通，以将混浆设备内的泥浆输送至柱塞泵，由柱塞泵泵送至固井作业对象，以进行固井操作。

在第一离心泵1故障的情况下，可控制混浆设备的出口与第一离心泵2的入口之间的管路以及第一离心泵2的出口与混浆系统的第三入口之间的管路连通，由此，混浆设备内的泥浆经第一离心泵2返回至混浆设备进行循环混合。在混浆设备内的泥浆密度达到预设泥浆密度时，控制第一离心泵2的出口与柱塞泵的入口之间的管路连通，以将混浆设备内的泥浆输送至柱塞泵，由柱塞泵泵送至固井作业对象，以进行固井操作。

可以理解，采用上述方案，可以实现各个第一离心泵之间互为备用，进而在任意第一离心泵发生故障时，也能保证自动混浆流程的正常工作，从而保证整个固井作业的正常进行，提高全电驱固井控制系统的可靠性。

当然，本领域技术人员应理解的是，在其他一些可选的方案中，第一离心泵的数量还可以根据实际需要增加或减少。

为了保证密度测量稳定，以提高质量流量检测装置所采集数据的准确性，进一步地，质量流量检测装置还可以采集所在管路的流速，控制组件还可以根据质量流量检测装置采集的流速，调节第一离心泵的转速。

为了保证混浆设备内的液位保持在合理值，以避免混浆设备出现溢罐或空罐的情况，在更为优选的方案中，如图2所示，上述混浆系统还可以包括第一液位检测装置。其中，第一液位检测装置设置于混浆设备内，用于采集混浆设备内的液位信息。具体而言，第一液位检测装置可以为任意具有液位检测功能的元器件，具体可根据实际需要选取，本申请实施例对此不做限定。例如，第一液位检测装置可以为液位计。

相应地，预设混浆参数还可以包括预设混浆液位范围。控制组件还与第一液位检测装置电连接，其可以根据第一液位检测装置采集的液位信息和预设混浆液位范围，控制循环泵的转速和/或灌注泵的转速。

例如，如果混浆设备内的液位超过预设混浆液位范围的上限，控制组件则降低第一离心泵的转速，从而减少混浆设备的泥浆进入量；如果混浆设备内的液位小于预设混浆液位范围的下限，控制组件则提高第一离心泵的转速，从而增加混浆设备的泥浆进入量。

当然，在其他一些实施方式中，在混合设备内的液位超过预设混浆液位范围的上限时，控制组件也可以通过调节混浆设备的第一入口处的水阀的开度，进而达到调整混浆设备内的液位的效果。

为了提高混浆效率且进一步提高混浆设备内的泥浆密度的均匀性，在更为优选的方案中，上述自动混浆控制流程包括预混控制流程和混浆控制流程，上述预设混浆参数还包括用于预混控制流程的预混泥浆液位、预混清水排量以及预混泥浆密度。控制组件可根据预混泥浆液位、预混清水排量及预混泥浆密度，控制控制混浆设备进行泥浆预混，在满足预混要求后，控制混浆设备再次对泥浆进行混合。

具体地，上述全电驱固井控制系统还包括流量检测装置，其中，流量检测装置设置于供水系统的出口与混浆设备的第一入口之间的管路上，用于采集向混浆设备供给的清水排量。相应地，如图5所示，上述预混泥浆控制流程具体包括：控制组件控制供水系统的出口与混浆设备的第一入口之间的管路连通，以向混浆系统供给清水，并实时获取第一液位检测装置检测的混浆设备内的液位信息和流量检测装置采集的、向混浆设备供给的清水排量。如果混浆设备内的液位达到预混泥浆液位或者向混浆设备供给的清水排量达到预混清水排量，控制组件则控制供水系统的出口与混浆设备的第一入口之间的管路断开，并控制供灰系统的出口与混浆设备的第二入口之间的管路连通，以向混浆设备供给干灰，此时混浆设备内的泥浆密度逐步上升。如果混浆设备内的泥浆密度达到预混泥浆密度，控制组件则控制供灰系统的出口与混浆设备的第二入口之间的管路断开，以停止对混浆设备供给干灰。在预混流程结束后，控制组件开启上述混浆控制流程。

如图5所示，上述二次混浆控制流程包括：控制组件控制混浆设备的出口与第一离心泵的入口之间的管路以及第一离心泵的出口与混浆设备的第三入口之间的管路连通，此时，混浆设备内的泥浆经第一离心泵返回至混浆设备进行循环混合，质量流量检测装置采集的泥浆密度即为混浆设备内的泥浆密度。同时，控制组件根据混浆设备内的泥浆密度以及泥浆密度与搅拌转速之间的预设对应关系，调节混浆设备的搅拌转速，以使混浆设备内的泥浆密度达到预设泥浆密度。如果混浆设备内的泥浆密度达到预设泥浆密度，控制组件则控制第一离心泵的出口与柱塞泵的入口之间的管路连通，以将混浆设备内的泥浆输送至柱塞泵，由柱塞泵将泥浆泵送至固井作业对象进行固井。

本申请实施例中，供水系统可以具有任意适当的结构。请参考图2，在一种可选的方案中，供水系统包括计量罐、第二离心泵、外接供水管路和第二液位检测装置。其中，第二离心泵的入口与计量罐的出口通过管路连通，第二离心泵的出口分别与混浆系统的第一入口及计量罐得到入口通过管路连通，外接供水管路还分别与第二离心泵的入口及计量罐的入口连通。

第二液位检测装置设置于计量罐内，用于采集计量罐内的液位信息。控制组件与第二液位检测装置电连接。实际应用中，第二液位检测装置可以为任意具有液位检测功能的元器件，具体可根据实际需要选取，本申请实施例对此不做具体限定。例如，第二液位检测装置可以为液位计。

所述固井作业指令中还携带前置液参数，控制组件还可在混浆之间，根据前置液参数控制供水系统向柱塞泵输送前置液，由柱塞泵将前置液泵送至固井作业对象，由此实现自动前置液控制的效果。

具体来说，前置液参数包括第一预设计量液位范围。外接供水管路可从前置液源吸入前置液。如图6所示，控制组件在控制供水系统的出口与混浆系统的第一入口之间的管路以及供灰系统的出口与混浆系统的入口之间的管路连通之前，还控制第二离心泵的出口与计量罐的入口之间的管路连通，并根据计量罐内的液位信息和第一预设计量液位范围，调节第二离心泵的转速，以将外接供水管路吸入的前置液输送至计量罐内，以及控制计量罐的出口与柱塞泵的入口之间的管路连通，以向柱塞泵输送前置液。

例如，如果计量罐内的液位超过第一预设计量液位范围的上限，控制组件则提高第二离心泵的转速，从而增加进入计量罐内的前置液量，直到计量罐内的液位位于第一预设计量范围内；如果计量罐内的液位小于第一预设计量液位范围的下限，控制组件则降低第二离心泵的转速，从而减少进入计量罐内的前置液量，直到计量罐内的液位位于第一预设计量范围内。

进一步地，为了满足前置液作业需求，前置液参数还可以包括预设前置液排量。相应地，控制组件还可以根据柱塞泵的前置液排量和预设前置液排量，调节驱动电机的转速，直到柱塞泵的前置液排量达到预设前置液排量。

可以理解，通过上述方案可以实现自动前置液控制效果，且在自动前置液控制过程中，根据计量罐内的液位信息和第一预设计量液位范围，调节第二离心泵的转速，可以使计量罐内的液位保持恒定，提高固井质量。

需要说明的是，实际固井作业过程中可能采用不同属性的前置液，控制组件还可根据所采用的前置液的属性，自动进行前置液供给管路的切换。例如，控制组件还可控制计量罐的入口与外接供水管路连通，以将外接供水管路吸入的前置液直接输送至计量罐内。

为了保证柱塞泵的排出压力稳定，避免管路崩开造成人身伤害、机械故障等安全生产事故，进一步地，固井作业指令还携带试压参数，控制组件还可以在进行前置液作业之前，根据试压参数对柱塞泵的排出压力进行试压。具体来说，试压参数包括预设试压值，上述全电驱固井控制系统还包括压力检测装置，其用于采集柱塞泵的排出压力。如图6所示，如果柱塞泵的排出压力未达到预设试压值，控制组件则根据柱塞泵的排出压力和预设试压值之间的差值，调节驱动电机的转速，直到柱塞泵的排出压力达到预设试压值。

例如，如果柱塞泵的排出压力与预设试压值之间的差值较大，则增加驱动电机的转速，以增加柱塞泵的转速，从而增大柱塞泵的排出压力；如果柱塞泵的排出压力与预设试压值之间的差值较小，则降低驱动电机的转速，以减小柱塞泵的转速，从而减小柱塞泵的排出压力。在柱塞泵的排出压力达到预设试压值后，控制驱动电机停止转动，并进入上述自动前置液控制流程。由此，可以实现自动试压控制的效果。

进一步地，所述固井作业指令中还携带顶替液参数，控制组件还可在混浆之后，根据顶替液参数控制供水系统向柱塞泵输送顶替液，由柱塞泵将顶替液泵送至固井作业对象，由此实现自动顶替液控制的效果。

具体来说，顶替液参数包括第二预设计量液位范围。外接供水管路可从顶替液源吸入顶替液。如图6所示，控制组件在根据预设灌注参数控制所述驱动电机驱动所述柱塞泵工作之前，还控制第二离心泵的出口与计量罐的入口之间的管路连通，并根据计量罐内的液位信息和第二预设计量液位范围，调节第二离心泵的转速，以将外接供水管路吸入的顶替液输送至计量罐内，以及控制计量罐的出口与柱塞泵的入口之间的管路连通，以向柱塞泵输送顶替液。

例如，如果计量罐内的液位超过第二预设计量液位范围的上限，控制组件则提高第二离心泵的转速，从而增加进入计量罐内的顶替液量，直到计量罐内的液位位于第二预设计量范围内；如果计量罐内的液位小于第二预设计量液位范围的下限，控制组件则降低第二离心泵的转速，从而减少进入计量罐内的顶替液量，直到计量罐内的液位位于第二预设计量范围内。

另外，实际应用中，第二离心泵的数量可以根据需要确定。在较为优选的方案中，第二离心泵的数量可以为至少两个，例如图2所示的第二离心泵1和第二离心泵2。这样，在自动混浆流程中，如果至少两个第二离心泵均正常，则可由其中一者向计量罐内输送清水，由另一个第二离心泵将计量罐内的清水输送到混浆系统；如果其中一个第二离心泵故障，则可由外接供水管路直接向计量罐供给清水，由正常的第二离心泵将计量罐内的清水输送到混浆系统，或者由正常的离心泵既承担向计量罐供水又承担向混浆设备供水的工作。

在自动前置液或自动顶替液流程中，如果至少两个第二离心泵均正常，则可由其中一者向计量罐内输送前置液或顶替液；如果其中一个第二离心泵故障，则可切换至由正常的第二离心泵向计量罐内输送前置液或顶替液。

可以理解，采用上述方案，可以实现各个第二离心泵之间互为备用，进而在任意第二离心泵发生故障时，也能保证自动混浆流程、自动前置液流程以及自动顶替液流程等正常工作，从而保证整个固井作业的正常进行，提高全电驱固井控制系统的可靠性。

进一步地，所述固井作业指令中还携带清洗参数，控制组件还可在自动混浆流程之后，根据清洗参数控制供水系统向目标清洗对象供给清水，以对目标清洗对象进行清洗，避免目标清洗对象出现泥浆凝固或结块等问题。其中，目标清洗对象可以包括柱塞泵、混浆系统、供水系统与柱塞泵之间的管路、供水系统与混浆系统之间的管路以及混浆系统与柱塞泵之间的管路等中的至少一者。

具体来说，如图6所示，清洗参数可以包括预设密度阈值。控制组件可以控制供水系统的出口与目标清洗对象的入口之间的管路连通，以对目标清洗对象进行注水清洗，并获取目标清洗对象内的液体密度。如果目标清洗对象内的液体密度小于或等于预设密度阈值，控制组件则控制供水系统与目标清洗对象的入口之间的管路断开。由此，实现对目标清洗对象的自动清洗控制的效果。

需要说明的是，实际应用中，上述自动清洗流程可以在自动顶替液流程之前进行，或者，也可以在自动顶替液流程之后进行，或者，还可以在自动顶替液流程中进行。优选地，上述自动清洗流程在自动顶替液流程之前进行。

本申请实施例中，控制组件可以具有任意适当的结构。为了实现各流程的精确控制，在较为优选的方案中，如图2所示，控制组件可以包括处理器和变频器，处理器通过变频器与驱动电机、供水系统、供灰系统以及混浆系统电连接。由此，处理器可通过变频器分别对驱动电机、供水系统、供灰系统以及混浆系统的变频控制，从而更好地满足固井作业需求。

为了便于作业人员及时获知固井作业状态，进一步地，如图2所示，上述全电驱固井控制系统还包括操作显示器，其中，操作显示器与控制组件电连接。

控制组件还用于获取目标监控对象的运行参数，并根据目标监控对象的运行参数确定目标监控对象是否异常，如果目标监控对象异常，则向操作显示系统发送预警提示信息。操作显示器用于接收并显示控制组件发送预警提示信息。

其中，目标监控对象包括驱动电机、柱塞泵、供水系统、供灰系统以及混浆系统中的一者或多者。驱动电机的运行参数可以例如包括但不限于转速、扭矩、功率、温度、电压、电流、振幅、位移、运行时间等，柱塞泵的运行参数可以例如包括但不限于排出压力、排量、排出的泥浆密度等，供水系统、供灰系统以及混浆系统各自的运行参数包括各自所包含的泵的转速、管路上阀门的开闭状态及开度等。

可以理解，采用上述方案，可以实现固井作业过程中的故障自动诊断及预警的效果。

当然，可以理解，控制组件也可以将目标监控对象的运行参数发送给操作显示器，操作显示器接收并显示目标监控对象的运行参数。

另外，操作显示器也可以显示固井操作界面，作业人员可通过固井操作界面输入固井作业的相关参数，如上述预设混浆参数、预设灌注参数、前置液参数、顶替液参数、试压参数以及清洗参数等。操作显示器根据作业人员输入的参数生成固井作业指令并发送给控制组件。

进一步地，操作显示器还具有远程控制功能。具体来说，操作显示器可以与远程服务平台通信连接，以接收远程服务平台发送的固井作业指令，并将固井作业指令发送给控制组件。

本申请实施例中，控制组件可以与外部电源连接，由外部电源提供全电驱固井控制系统工作所需的电能。在更为优选的方案中，本申请实施例提供的全电驱固井控制系统还可以包括电源模块，电源模块与控制组件电连接，由电源模块提供全电驱固井控制系统工作所需的电能。例如，如图2所示，电源模块与控制组件中的处理器电连接。

本申请实施例中，电源模块可以具有任意适当的结构。在一种可选的方案中，电源模块可以包括电池组(图中未示出)，电池组可以通过连接器与控制组件可拆卸连接，由此可以实现快速更换电池组或者增加电池组以为全电驱固井控制系统提供更长时间的工作动力。由此，通过电池组供电，无需额外连接动力电缆等外部线路，减少固井作业的前期准备工作，简化固井作业流程，提高固井作业效率及全电驱固井控制系统的灵活性，同时也降低了全电驱固井控制系统对路况的要求。

在更为优选的方案中，电源模块还可以包括第一电源开关和第二电源开关(图中未示出)，其中，控制组件通过第一电源开关电连接至外部电源，第二电源开关设置在控制组件与电池组之间。由此，通过控制第一电源开关及第二电源开关的通断，可以实现供电方式的切换，保证全电驱固井控制系统能够适应多种作业现场工况，减少对作业现场电力供应状况条件的限制。

具体来说，若要实现由外部电源供电，则可控制第一电源开关闭合且第二电源开关断开；若要实现由电池组供电，则可控制第二电源开关闭合且第一电源开关断开；若要实现由电池组与外部电源同时供电，则可控制第一电源开关及第二电源开关均闭合。

需要说明的是，在由电池组供电的情况下，可以根据固井作业的工作量及工作时长，选取合适容量的电池组，以满足一次完整的固井作业。另外，在全电驱固井控制系统未工作时，还可将电池组电连接至外部电源，由外部电源为电池组充电。

总之，以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)、控制基板、NI(National Instruments)虚拟仪器、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)等中的一者或多者的组合。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

Claims (9)

1.一种全电驱固井控制系统，其特征在于，包括：

供水系统，用于供给清水；

供灰系统，用于供给干灰；

混浆系统，用于进行混浆操作以形成泥浆，其中，所述混浆系统包括混浆设备、第一离心泵以及质量流量检测装置，所述质量流量检测装置，设置于所述第一离心泵的出口与所述混浆设备的第三入口之间的管路上，用于采集所述混浆设备内的泥浆密度；

柱塞泵，用于向固井作业对象泵送所述泥浆；

驱动电机，与所述柱塞泵传动连接，用于驱动所述柱塞泵工作；

控制组件，用于响应于接收到的固井作业指令，控制所述供水系统的出口与所述混浆系统的入口之间的管路和以及所述供灰系统的出口与所述混浆系统的入口之间的管路连通，并控制所述供水系统的出口与所述混浆设备的第一入口之间的管路、所述供灰系统的出口与所述混浆设备的第二入口之间的管路、所述混浆设备的出口与所述第一离心泵的入口之间的管路以及所述第一离心泵的出口与所述混浆设备的第三入口之间的管路连通，以形成固井作业所需的泥浆，根据所述混浆设备内的泥浆密度以及泥浆密度与搅拌转速之间的预设对应关系，调节所述混浆设备的搅拌转速，如果所述混浆设备内的泥浆密度达到预设泥浆密度，则控制所述第一离心泵的出口与所述柱塞泵的入口之间的管路连通，以将所述混浆设备内的泥浆输送至所述柱塞泵，以及根据预设灌注参数，控制所述驱动电机驱动所述柱塞泵工作，其中，所述固井作业指令中携带预设混浆参数和所述预设灌注参数，所述预设混浆参数包括所述预设泥浆密度。

2.根据权利要求1所述的全电驱固井控制系统，其特征在于，所述预设灌注参数包括需求灌注排量；

所述控制组件，用于获取所述驱动电机的转速，并根据获取的转速以及电机转速与柱塞泵排量之间的预设映射关系，确定所述柱塞泵的排量，如果所述柱塞泵的排量超过所述需求灌注排量，则根据所述柱塞泵的排量与所述需求灌注排量，调节所述驱动电机的转速，以使所述柱塞泵的排量达到所述需求灌注排量。

3.根据权利要求1所述的全电驱固井控制系统，其特征在于，所述混浆系统还包括第一液位检测装置，所述第一液位检测装置设置于所述混浆设备内，用于采集所述混浆设备内的液位信息；

所述供水系统中设置有流量检测装置，其中，所述流量检测装设置于供水系统的出口与所述混浆设备的第一入口之间的管路上，用于采集向所述混浆设备供给的清水排量；

所述控制组件用于：

控制所述供水系统的出口与所述混浆设备的第一入口之间的管路连通，以向所述混浆设备供给清水；

如果所述混浆设备内的液位达到预混泥浆液位或者向所述混浆设备供给的清水排量达到预混清水排量，则控制所述供水系统的出口与所述混浆设备的第一入口之间的管路断开，并控制所述供灰系统的出口与所述混浆设备的第二入口之间的管路连通；

如果所述混浆设备内的泥浆密度达到预混泥浆密度，则控制所述供灰系统的出口与所述混浆设备的第二入口之间的管路断开，以实现自动预混，所述预设混浆参数还包括所述预混泥浆液位、所述预混清水排量和所述预混泥浆密度。

4.根据权利要求1所述的全电驱固井控制系统，其特征在于，所述供水系统包括外接供水管路、计量罐、第二离心泵以及第二液位检测装置，所述第二液位检测装置设置在所述计量罐中，用于采集所述计量罐中的液位信息；

所述控制组件，还用于：

在控制所述供水系统的出口与所述混浆系统的第一入口之间的管路和以及所述供灰系统的出口与所述混浆系统的入口之间的管路连通之前，控制所述第二离心泵的出口与所述计量罐的入口之间的管路连通；

根据所述计量罐内的液位信息和第一预设计量液位范围，调节所述第二离心泵的转速，以将所述外接供水管路从前置液源吸入的前置液输送至所述计量罐内，其中，所述固井作业指令还携带前置液参数，所述前置液参数包括所述第一预设计量液位范围；

控制所述计量罐的出口与所述柱塞泵的入口之间的管路连通，以向所述柱塞泵输送所述前置液。

5.根据权利要求4所述的全电驱固井控制系统，其特征在于，所述全电驱固井控制系统还包括压力检测装置，所述压力检测装置用于检测所述柱塞泵的排出压力；

所述控制组件还用于：

在控制所述第二离心泵的出口与所述计量罐的入口之间的管路连通之前，获取所述压力检测装置采集的、所述柱塞泵的排出压力；

如果所述柱塞泵的排出压力未达到预设试压值，则根据所述柱塞泵的排出压力和所述预设试压值之间的差值，调节所述驱动电机工作，直到所述柱塞泵的排出压力达到所述预设试压值，其中，所述固井作业指令还携带试压参数，所述试压参数包括所述预设试压值。

6.根据权利要求4所述的全电驱固井控制系统，其特征在于，所述控制组件还用于：

在根据预设灌注参数，控制所述驱动电机驱动所述柱塞泵工作之后，控制所述第二离心泵的出口与所述计量罐的入口之间的管路连通；

根据所述计量罐内的液位信息和第二预设计量液位范围，调节所述第二离心泵的转速，以将所述外接供水管路吸入的顶替液输送至所述计量罐内，其中，所述固井作业指令还携带顶替液参数，所述顶替液参数包括所述第二预设计量液位范围；

控制所述计量罐的出口与所述柱塞泵的入口之间的管路连通，以向所述柱塞泵输送所述顶替液。

7.根据权利要求1所述的全电驱固井控制系统，其特征在于，所述控制组件还用于：

在根据预设灌注参数，控制所述驱动电机驱动所述柱塞泵工作之后，控制所述供水系统的出口与目标清洗对象的入口之间的管路连通，以对所述目标清洗对象进行注水清洗，所述目标清洗对象包括所述柱塞泵和/或所述混浆系统；

获取所述目标清洗对象内的液体密度；

如果所述液体密度小于或等于预设密度阈值，则控制所述供水系统与所述目标清洗对象的入口之间的管路断开，所述固井作业指令还携带清洗参数，所述清洗参数包括所述预设密度阈值。

8.根据权利要求1所述的全电驱固井控制系统，其特征在于，所述控制组件包括处理器和变频器，所述处理器通过所述变频器与所述驱动电机、所述供水系统、所述供灰系统以及所述混浆系统电连接。

9.根据权利要求1所述的全电驱固井控制系统，其特征在于，所述全电驱固井控制系统还包括操作显示器，所述操作显示器与所述控制组件电连接；

所述控制组件，还用于获取目标监控对象的运行参数，并根据所述运行参数确定所述目标监控对象是否异常，如果所述目标监控对象异常，则向所述操作显示器发送预警提示信息，其中，所述目标监控对象包括所述驱动电机、所述柱塞泵、所述供水系统、所述供灰系统以及所述混浆系统中的一者或多者；

所述操作显示器，用于接收并显示所述控制组件发送的所述预警提示信息。

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