CN113818857A - 一种压裂井场自动泵注控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压裂井场自动泵注控制方法及系统，属于油气开发技术领域，其包括：混砂主控制单元、液添控制单元、储砂输砂控制单元、干添控制单元和储液供液控制单元；通过混砂主控制单元录入泵注施工作业设计表，并将泵注施工作业设计表转换为可实施控制参数，通过其他控制单元进行施工，实现订单式自动作业，精准控制阶段液量、阶段工艺参数、以及液性和输砂类型，覆盖泵注工艺全过程，并通过加入强制干预机制，解决异常情况下的干预处理。使传统的人工指挥作业模式变更为自动作业模式，解决了人工指挥与操作之间的协调问题，以及执行效率问题，极大地提高了压裂自动化。
Description
技术领域
本发明涉及油气开发技术领域，具体涉及一种压裂井场自动泵注控制方法及系统。
背景技术
压裂作业过程中，每段施工作业均有设计表，相关工艺作业操作模式为：作业指挥人员根据设计表，实时指挥操作人员完成作业操作。该模式下，施工期间需要指挥人员实时关注设计和实施工艺参数等、并通过对讲通讯等方式实时指挥作业。
现行压裂施工指挥模式在长时间作业过程中，指挥不仅要关注作业效率，还要关注工艺执行，指挥与操作在执行效率、结果上存在滞后以及不确定性，随着设备自动化程度的提高，这种模式存在一定的可取代性。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种压裂井场自动泵注控制方法及系统解决了压裂作业过程需人工进行全方位的监控且需人工完成作业操作导致执行效率低下的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种压裂井场自动泵注控制方法，包括以下步骤：
S1、根据泵注施工作业设计表，得到施工设定参数、阶段数阈值和阶段液量阈值；
S2、等待泵注设备的开始指令，在开始指令到来后跳转至步骤S3；
S3、初始化阶段数和实时阶段液量；
S4、根据施工设定参数、阶段数阈值、阶段液量阈值、阶段数和实时阶段液量，通过泵注设备，进行压裂井场的泵注。
进一步地，步骤S4包括以下分步骤：
S41、根据施工设定参数和实时阶段液量，通过具有强制干预机制的施工执行参数求解方法，求解施工执行参数；
S42、通过施工执行参数控制泵注设备进行压裂井场的泵注；
S43、判断泵注设备是否存在保持指令，若是，则跳转至步骤S42，若否，则跳转至步骤S44；
S44、监测井场的井口，得到井口排出实时流量，并根据井口排出实时流量，计算并更新实时阶段液量；
S45、判断实时阶段液量是否大于等于阶段液量阈值，若是，则跳转至步骤S41，若否，则跳转至步骤S46；
S46、判断阶段数是否小于阶段数阈值，若是，则跳转至步骤S47，若否，则跳转至步骤S49；
S47、阶段数自增1；
S48、复位泵注设备的强制干预赋值指令，并跳转至步骤S41；
S49、等待泵注设备的结束指令，在结束指令到来后结束压裂井场的泵注。
上述进一步方案的有益效果为：通过保持指令可灵活选择是否对当前施工执行参数进行调整，在一直存在保持指令时，压裂井场的泵注会一直按照当前施工执行参数进行执行，满足一些特殊的施工情况。
本发明实时监测井口排出实时流量，并根据井口排出实时流量会实时调整施工执行参数，达到智能施工的目的。
进一步地，步骤S41包括以下分步骤：
S411、根据施工设定参数和实时阶段液量，计算施工执行参数；
S412、判断泵注设备是否存在强制干预赋值指令，若是，则跳转至步骤S413，若否，则进入步骤S42；
S413、识别强制干预赋值指令的类型，并根据强制干预赋值指令类型获取同类型的强制赋值数据；
S414、通过强制赋值数据，更新施工执行参数。
上述进一步方案的有益效果为：通过强制干预赋值指令对施工执行参数进行强制赋值，使得本方法在施工过程中能够按照指定参数进行执行，提供了对施工过程中存在特殊情况的灵活处理手段，或者满足了某些阶段需要的特殊施工执行参数。
进一步地，步骤S411中施工设定参数包括：液性LT、砂类型ST、第一砂浓度SP_1、第二砂浓度SP_2、第一干添浓度SA_1、第二干添浓度SA_2、第一液添浓度LA_1和第二液添浓度LA_2。
进一步地，步骤S411中计算施工执行参数包括：计算施工执行的砂浓度、计算施工执行的干添浓度和计算施工执行的液添浓度。
进一步地，计算施工执行的砂浓度的表达式为：
其中，SP为施工执行的砂浓度，SV为实时阶段液量，SV*为阶段液量阈值。
进一步地，计算施工执行的干添浓度的表达式为：
其中，SA为施工执行的干添浓度，SV为实时阶段液量，SV*为阶段液量阈值。
进一步地，计算施工执行的液添浓度的表达式为：
其中，LA为施工执行的液添浓度，SV为实时阶段液量，SV*为阶段液量阈值。
上述进一步方案的有益效果为：泵注施工作业设计表中提供的各个浓度参数是施工执行参数的现有工况及预期目标，本发明设计了其递增调节方案，通过实时阶段液量的数值大小调节施工执行参数，形成实测数据的反馈，而阶段液量阈值则对实时阶段液量进行归一化处理，归一化后的数据形成施工执行参数递增调节步长，使施工执行参数稳步根据实际工况递增，避免了不切工程实际的紊乱增长。
进一步地，步骤S44中根据井口排出实时流量，计算实时阶段液量的表达式为：
其中，SV为实时阶段液量，t 0 为每个阶段的起始时间，t 1 为每个阶段的结束时间，
为时间，
为井口排出实时流量，
为
的倒数。
一种压裂井场自动泵注控制系统，包括：混砂主控制单元、液添控制单元、储砂输砂控制单元、干添控制单元和储液供液控制单元；
所述混砂主控制单元分别与液添控制单元、储砂输砂控制单元、干添控制单元和储液供液控制单元通信连接；
所述混砂主控制单元用于录入泵注施工作业设计表，并基于泵注施工作业设计表，获取液性LT、砂类型ST、施工执行的砂浓度、施工执行的干添浓度和施工执行的液添浓度，将砂类型ST和施工执行的砂浓度发送至储砂输砂控制单元，将施工执行的液添浓度发送至液添控制单元，将施工执行的干添浓度发送至干添控制单元，将液性LT发送至储液供液控制单元；
所述液添控制单元用于根据施工执行的液添浓度进行施工；所述储砂输砂控制单元用于根据砂类型ST和施工执行的砂浓度进行施工；所述干添控制单元用于根据施工执行的干添浓度进行施工；所述储液供液控制单元用于根据液性LT进行施工。
综上，本发明的有益效果为：本发明以混砂为主控单元，将泵注施工作业设计表转换为可实施控制参数，实现订单式自动作业，精准控制阶段液量、阶段工艺参数、以及液性和输砂类型，覆盖泵注工艺全过程，并通过加入强制干预机制，解决异常情况下的干预处理。使传统的人工指挥作业模式变更为自动作业模式，解决了人工指挥与操作之间的协调问题，以及执行效率问题，极大地提高了压裂自动化。
附图说明
图1为一种压裂井场自动泵注控制方法的流程图；
图2为一种压裂井场自动泵注控制系统的系统框图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种压裂井场自动泵注控制方法，包括以下步骤：
S1、根据泵注施工作业设计表，得到施工设定参数、阶段数阈值和阶段液量阈值；
S2、等待泵注设备的开始指令，在开始指令到来后跳转至步骤S3；
S3、初始化阶段数和实时阶段液量；
在本实施例中，初始化阶段数为1，初始化实时阶段液量为0；
S4、根据施工设定参数、阶段数阈值、阶段液量阈值、阶段数和实时阶段液量，通过泵注设备，进行压裂井场的泵注。
步骤S4包括以下分步骤：
S41、根据施工设定参数和实时阶段液量，通过具有强制干预机制的施工执行参数求解方法，求解施工执行参数；
步骤S41包括以下分步骤：
S411、根据施工设定参数和实时阶段液量，计算施工执行参数；
步骤S411中施工设定参数包括：液性LT、砂类型ST、第一砂浓度SP_1、第二砂浓度SP_2、第一干添浓度SA_1、第二干添浓度SA_2、第一液添浓度LA_1和第二液添浓度LA_2。
步骤S411中计算施工执行参数包括：计算施工执行的砂浓度、计算施工执行的干添浓度和计算施工执行的液添浓度。
计算施工执行的砂浓度的表达式为：
其中，SP为施工执行的砂浓度，SV为实时阶段液量，SV*为阶段液量阈值。
计算施工执行的干添浓度的表达式为：
其中，SA为施工执行的干添浓度，SV为实时阶段液量，SV*为阶段液量阈值。
计算施工执行的液添浓度的表达式为：
其中，LA为施工执行的液添浓度，SV为实时阶段液量，SV*为阶段液量阈值。
S412、判断泵注设备是否存在强制干预赋值指令，若是，则跳转至步骤S413，若否，则进入步骤S42；
S413、识别强制干预赋值指令的类型，并根据强制干预赋值指令类型获取同类型的强制赋值数据；
在本实施例中，施工执行参数包括5种：液性LT、砂类型ST、施工执行的砂浓度、施工执行的干添浓度和施工执行的液添浓度，可对这5种中任一或者多个类型的施工执行参数进行强制赋值。
S414、通过强制赋值数据，更新施工执行参数。
S42、通过施工执行参数控制泵注设备进行压裂井场的泵注；
S43、判断泵注设备是否存在保持指令，若是，则跳转至步骤S42，若否，则跳转至步骤S44；
S44、监测井场的井口，得到井口排出实时流量，并根据井口排出实时流量，计算并更新实时阶段液量；
步骤S44中根据井口排出实时流量，计算实时阶段液量的表达式为：
其中，SV为实时阶段液量，t 0 为每个阶段的起始时间，t 1 为每个阶段的结束时间，
为时间，
为井口排出实时流量，
为
的倒数。
S45、判断实时阶段液量是否大于等于阶段液量阈值，若是，则跳转至步骤S41，若否，则跳转至步骤S46；
S46、判断阶段数是否小于阶段数阈值，若是，则跳转至步骤S47，若否，则跳转至步骤S49；
S47、阶段数自增1；
S48、复位泵注设备的强制干预赋值指令，并跳转至步骤S41；
由于上述对施工执行参数进行了强制赋值，因此，步骤S48必须进行复位，便于下次进行赋值。
S49、等待泵注设备的结束指令，在结束指令到来后结束压裂井场的泵注。
在本实施例中，泵注施工作业设计表中设定的第一砂浓度SP_1、第二砂浓度SP_2、第一干添浓度SA_1、第二干添浓度SA_2、第一液添浓度LA_1和第二液添浓度LA_2均可以根据施工过程中的需求进行更改。
如图2所示，一种压裂井场自动泵注控制系统，包括：混砂主控制单元、液添控制单元、储砂输砂控制单元、干添控制单元和储液供液控制单元；
所述混砂主控制单元分别与液添控制单元、储砂输砂控制单元、干添控制单元和储液供液控制单元通信连接；
所述混砂主控制单元用于录入泵注施工作业设计表，并基于泵注施工作业设计表，获取液性LT、砂类型ST、施工执行的砂浓度、施工执行的干添浓度和施工执行的液添浓度，将砂类型ST和施工执行的砂浓度发送至储砂输砂控制单元，将施工执行的液添浓度发送至液添控制单元，将施工执行的干添浓度发送至干添控制单元，将液性LT发送至储液供液控制单元；
所述液添控制单元用于根据施工执行的液添浓度进行施工；所述储砂输砂控制单元用于根据砂类型ST和施工执行的砂浓度进行施工；所述干添控制单元用于根据施工执行的干添浓度进行施工；所述储液供液控制单元用于根据液性LT进行施工。
在本实施例中，混砂主控制单元可发送各种指令或数据到液添控制单元、储砂输砂控制单元、干添控制单元或储液供液控制单元，各控制单元也可向混砂主控制单元反馈各自的施工情况，实现对施工的自动监控。各控制单元主要完成动作包含：遵循原则（阀门编组互斥、先开后关）的进行液性切换、输砂类型切换、输砂参数输出（匹配阀门和输砂绞龙、换算转速）和干添液添参数输出（浓度转换转速）。
Claims (10)
1.一种压裂井场自动泵注控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据泵注施工作业设计表，得到施工设定参数、阶段数阈值和阶段液量阈值；
S2、等待泵注设备的开始指令，在开始指令到来后跳转至步骤S3；
S3、初始化阶段数和实时阶段液量；
S4、根据施工设定参数、阶段数阈值、阶段液量阈值、阶段数和实时阶段液量，通过泵注设备，进行压裂井场的泵注。
2.根据权利要求1所述的压裂井场自动泵注控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下分步骤：
S41、根据施工设定参数和实时阶段液量，通过具有强制干预机制的施工执行参数求解方法，求解施工执行参数；
S42、通过施工执行参数控制泵注设备进行压裂井场的泵注；
S43、判断泵注设备是否存在保持指令，若是，则跳转至步骤S42，若否，则跳转至步骤S44；
S44、监测井场的井口，得到井口排出实时流量，并根据井口排出实时流量，计算并更新实时阶段液量；
S45、判断实时阶段液量是否大于等于阶段液量阈值，若是，则跳转至步骤S41，若否，则跳转至步骤S46；
S46、判断阶段数是否小于阶段数阈值，若是，则跳转至步骤S47，若否，则跳转至步骤S49；
S47、阶段数自增1；
S48、复位泵注设备的强制干预赋值指令，并跳转至步骤S41；
S49、等待泵注设备的结束指令，在结束指令到来后结束压裂井场的泵注。
3.根据权利要求2所述的压裂井场自动泵注控制方法，其特征在于，所述步骤S41包括以下分步骤：
S411、根据施工设定参数和实时阶段液量，计算施工执行参数；
S412、判断泵注设备是否存在强制干预赋值指令，若是，则跳转至步骤S413，若否，则进入步骤S42；
S413、识别强制干预赋值指令的类型，并根据强制干预赋值指令类型获取同类型的强制赋值数据；
S414、通过强制赋值数据，更新施工执行参数。
4.根据权利要求3所述的压裂井场自动泵注控制方法，其特征在于，所述步骤S411中施工设定参数包括：液性LT、砂类型ST、第一砂浓度SP_1、第二砂浓度SP_2、第一干添浓度SA_ 1、第二干添浓度SA_2、第一液添浓度LA_1和第二液添浓度LA_2。
5.根据权利要求4所述的压裂井场自动泵注控制方法，其特征在于，所述步骤S411中计算施工执行参数包括：计算施工执行的砂浓度、计算施工执行的干添浓度和计算施工执行的液添浓度。
6.根据权利要求5所述的压裂井场自动泵注控制方法，其特征在于，所述计算施工执行的砂浓度的表达式为：
其中，SP为施工执行的砂浓度，SV为实时阶段液量，SV*为阶段液量阈值。
7.根据权利要求5所述的压裂井场自动泵注控制方法，其特征在于，所述计算施工执行的干添浓度的表达式为：
其中，SA为施工执行的干添浓度，SV为实时阶段液量，SV*为阶段液量阈值。
8.根据权利要求5所述的压裂井场自动泵注控制方法，其特征在于，所述计算施工执行的液添浓度的表达式为：
其中，LA为施工执行的液添浓度，SV为实时阶段液量，SV*为阶段液量阈值。
9.根据权利要求2所述的压裂井场自动泵注控制方法，其特征在于，所述步骤S44中根据井口排出实时流量，计算实时阶段液量的表达式为：
其中，SV为实时阶段液量，t 0 为每个阶段的起始时间，t 1 为每个阶段的结束时间，
为时间，
为井口排出实时流量，
为
的倒数。
10.一种如权利要求1~9任一项所述的压裂井场自动泵注控制方法的系统，其特征在于，包括：混砂主控制单元、液添控制单元、储砂输砂控制单元、干添控制单元和储液供液控制单元；
所述混砂主控制单元分别与液添控制单元、储砂输砂控制单元、干添控制单元和储液供液控制单元通信连接；
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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