CN115638099B - 一种压裂泵泵组排量分配方法 - Google Patents

一种压裂泵泵组排量分配方法 Download PDF

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CN115638099B CN202211670859.4A CN202211670859A CN115638099B CN 115638099 B CN115638099 B CN 115638099B CN 202211670859 A CN202211670859 A CN 202211670859A CN 115638099 B CN115638099 B CN 115638099B
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Abstract

本发明公开了一种压裂泵泵组排量分配方法，包括以下步骤：S1、根据施工排量将压裂泵泵组中的压裂泵进行编号，并设定压裂泵参数；S2、基于设定的压裂泵参数，根据给定排量设置压裂泵泵组中压裂泵排量，并根据压裂泵排量启动压裂泵，完成压裂泵泵组排量分配。本发明提供的一种压裂泵泵组排量分配方法，根据压裂施工工艺阶段对施工排量的不同需求，实现了压裂泵按需启动和按优先级启动，同时在各施工工艺阶段压裂泵按实际工作能力权重进行排量分配，模拟了人工控制压裂泵运行的压裂施工过程，全过程实现排量自动化分配，简化了操作步骤。

Description

一种压裂泵泵组排量分配方法
技术领域
本发明属于油气开发技术领域，具体涉及一种压裂泵泵组排量分配方法。
背景技术
压裂是指通过地面高压泵组，向油气储层注入压裂液和支撑剂以改造储层，形成具有一定体积和导流能力的人工裂缝，油气可通过裂缝向井筒渗透，提高油气井采收率。
压裂泵根据吸入管线的区别，泵的工作类型分为打酸、打水和打砂，在不同的阶段逐步投用相应的压裂泵以满足施工工艺的要求。
随着压裂工艺要求的提高，压裂作业对设备的配置要求越来越高，部分压裂平台已经开始配置14台6000HP压裂泵进行施工，若混合2800HP压裂泵一起施工，设备的数量可能会达到20台左右。目前现场操作均采用单泵手动模式，由于数量多且设备性能不一，操作人员的操作难度大。目前主要依靠经验丰富的操作人员对多台泵进行手动控制操作，根据实际情况手动调整各台泵的运行状态，当施工中途遇到特别情况时，操作变得更加繁琐。
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泵泵组排量分配方法解决了人工手动单独操作大批压裂泵过程繁琐和难度大的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种压裂泵泵组排量分配方法，包括以下步骤：
S1、根据施工排量将压裂泵泵组中的压裂泵进行编号，并设定压裂泵参数；
S2、基于设定的压裂泵参数，根据给定排量设置压裂泵泵组中压裂泵排量，并根据压裂泵排量启动压裂泵，完成压裂泵泵组排量分配。
进一步地：所述S1中，所述压裂泵泵组包括12台压裂泵，编号后的压裂泵泵组包括1号~12号压裂泵，其中，1号~4号压裂泵均为小排量泵，5号~12号压裂泵均为大排量泵；
所述压裂泵参数包括：压裂泵的最小排量、压裂泵的大排量模式工作能力设置值、压裂泵的小排量模式工作能力设置值、压裂泵泵组小排量模式工作能力总值、压裂泵泵组大排量模式最小工作能力值和压裂泵泵组大排量模式工作能力总值。
进一步地：所述S2包括以下分步骤：
S21、判断给定排量是否小于打酸模式的总排量；
若是，则设置1号压裂泵和2号压裂泵的排量，进入S25；若否，则进入S22；
S22、判断第一设定排量是否小于压裂泵泵组小排量模式工作能力总值；
若是，则设置1号~4号压裂泵的排量，进入S25；若否，则进入S23；
S23、设置1号~4号压裂泵的排量，并判断第二设定排量是否小于压裂泵泵组大排量模式最小工作能力值；
若是，则根据第二设定排量与压裂泵最小工作排量，设置5号~12号压裂泵的排量，进入S25；若否，则进入S24；
S24、根据大排量权重设置1号~12号压裂泵的排量；
S25、根据当前设置的压裂泵的排量，启动压裂泵，完成压裂泵泵组排量分配。
进一步地：设置1号压裂泵和2号压裂泵的排量的方法具体为：
S211、判断给定排量是否小于一台压裂泵工作的最小排量；
若是，则设置1号压裂泵的排量为给定排量；若否，则进入S212；
S212、判断给定排量是否小于两台压裂泵工作的最小排量；
若是，则通过下式设置1号压裂泵的排量V 1和2号压裂泵的排量V 2；
Figure 384060DEST_PATH_IMAGE001
Figure 848671DEST_PATH_IMAGE002
式中，V min为压裂泵的最小排量，V set为给定排量；
若否，则通过下式设置1号压裂泵的排量V 1和2号压裂泵的排量V 2；
Figure 425145DEST_PATH_IMAGE003
Figure 351513DEST_PATH_IMAGE004
式中，V x1为1号压裂泵的小排量模式工作能力设置值，V x2为2号压裂泵的小排量模式工作能力设置值，V s为打酸模式压裂泵小排量工作能力总值。
进一步地：所述S22中，设置1号~4号压裂泵的排量方法具体为：
S221、设置1号压裂泵和2号压裂泵的排量均为所述压裂泵的小排量模式工作能力设置值，通过下式计算得到第一设定排量V G1；
Figure 713355DEST_PATH_IMAGE005
S222、判断第一设定排量是否小于一台压裂泵工作的最小排量；
若是，则通过下式设置3号压裂泵的排量V 3；
Figure 332556DEST_PATH_IMAGE006
若否，则进入S223；
S223、判断第一设定排量是否小于两台压裂泵工作的最小排量；
若是，则通过下式设置3号压裂泵的排量V 3和4号压裂泵的排量V 4；
Figure 147059DEST_PATH_IMAGE007
Figure 877118DEST_PATH_IMAGE008
若否，则通过下式设置3号压裂泵的排量V 3和4号压裂泵的排量V 4；
Figure 873892DEST_PATH_IMAGE009
Figure 414726DEST_PATH_IMAGE010
式中，V x3为3号压裂泵的小排量模式工作能力设置值，V x4为4号压裂泵的小排量模式工作能力设置值，V X为压裂泵泵组小排量模式工作能力总值。
进一步地：所述S23中，设置1号~4号压裂泵的排量均为所述压裂泵的小排量模式工作能力设置值，设置5号~12号压裂泵的排量方法具体为：
S231、通过下式计算第二设定排量V G2；
Figure 700214DEST_PATH_IMAGE011
S232、判断第二设定排量V G2是否小于一台压裂泵工作的最小排量；
若是，则通过下式设置5号压裂泵的排量；
Figure 233964DEST_PATH_IMAGE012
若否，则进入S233；
S233、根据第二设定排量与压裂泵工作的最小排量的关系，通过下式设置5号~12号压裂泵的排量；
Figure 304819DEST_PATH_IMAGE013
Figure 531401DEST_PATH_IMAGE014
式中，V n为n号压裂泵的排量，n为5号~12号压裂泵的序号。
进一步地：所述S24具体为：通过下式设置1号~12号压裂泵的排量V m；
Figure 304185DEST_PATH_IMAGE015
式中，V D为压裂泵泵组大排量模式工作能力总值，V dm为m号压裂泵的大排量模式工作能力设置值，
Figure 126779DEST_PATH_IMAGE016
为大排量权重，m为1号~12号压裂泵的序号。
上述进一步方案的有益效果为：在压裂泵泵组控制运行过程中，单泵因自身能力降低而大排量模式工作能力设置值降低时，基于设置的压裂泵参数和排量分配方法，可自动进行无扰动调整分配其余压裂泵的排量，保障施工总排量的稳定性。
进一步地：所述S2中，给定排量根据施工排量和压裂泵泵组运行中压裂泵异常情况进行调整。
本发明的有益效果为：
（1）本发明提供的一种压裂泵泵组排量分配方法根据压裂泵的实际工作能力权重进行排量分配，简化了人工控压裂泵泵组的流程，结合了多种压裂工艺过程，实现了按总排量需求自动启动压裂泵，按启动优先级指定压裂泵启动顺序编号，同时可兼容不同型号压裂泵在泵组集中控制下一起施工作业。
（2）压裂泵泵组排量分配方法将施工分为四个阶段进行，打酸、小排量、大排量启泵和大排量按能力权重分配阶段，优先按照最小工作排量的大小决定启动压裂泵的数量。阶段内的压裂泵达到最小工作排量后，根据阶段相关的能力分配泵组设定排量。
附图说明
图1为本发明的一种压裂泵泵组排量分配方法流程图。
图2为本发明的泵组排量提升模拟曲线图。
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。
实施例1：
如图1所示，在本发明的一个实施例中，一种压裂泵泵组排量分配方法，包括以下步骤：
S1、根据施工排量将压裂泵泵组中的压裂泵进行编号，并设定压裂泵参数；
S2、基于设定的压裂泵参数，根据给定排量设置压裂泵泵组中压裂泵排量，并根据压裂泵排量启动压裂泵，完成压裂泵泵组排量分配。
所述S1中，所述压裂泵泵组包括12台压裂泵，编号后的压裂泵泵组包括1号~12号压裂泵，其中，1号~4号压裂泵均为小排量泵，5号~12号压裂泵均为大排量泵；
所述压裂泵参数包括：压裂泵的最小排量、压裂泵的大排量模式工作能力设置值、压裂泵的小排量模式工作能力设置值、压裂泵泵组小排量模式工作能力总值、压裂泵泵组大排量模式最小工作能力值和压裂泵泵组大排量模式工作能力总值。
在本实施例中，施工排量为施工运行时统计的实时总排量，根据压裂施工工艺过程，将施工排量分为小排量模式和大排量模式，并进一步将压裂泵泵组的12台压裂泵分为小排量泵和大排量泵，其中小排量阶段根据施工是否需要打酸，可将小排量模式下的打压裂泵设置为打酸模式。
所述S2包括以下分步骤：
S21、判断给定排量是否小于打酸模式的总排量；
若是，则设置1号压裂泵和2号压裂泵的排量，进入S25；若否，则进入S22；
S22、判断第一设定排量是否小于压裂泵泵组小排量模式工作能力总值；
若是，则设置1号~4号压裂泵的排量，进入S25；若否，则进入S23；
S23、设置1号~4号压裂泵的排量，并判断第二设定排量是否小于压裂泵泵组大排量模式最小工作能力值；
若是，则根据第二设定排量与压裂泵最小工作排量，设置5号~12号压裂泵的排量，进入S25；若否，则进入S24；
S24、根据大排量权重设置1号~12号压裂泵的排量；
S25、根据当前设置的压裂泵的排量，启动压裂泵，完成压裂泵泵组排量分配。
所述S21中，设置1号压裂泵和2号压裂泵的排量的方法具体为：
S211、判断给定排量是否小于一台压裂泵工作的最小排量；
若是，则设置1号压裂泵的排量为给定排量；若否，则进入S212；
S212、判断给定排量是否小于两台压裂泵工作的最小排量；
若是，则通过下式设置1号压裂泵的排量V 1和2号压裂泵的排量V 2；
Figure 566987DEST_PATH_IMAGE001
Figure 449624DEST_PATH_IMAGE017
式中，V min为压裂泵的最小排量，V set为给定排量；
若否，则通过下式设置1号压裂泵的排量V 1和2号压裂泵的排量V 2；
Figure 211169DEST_PATH_IMAGE003
Figure 617879DEST_PATH_IMAGE004
式中，V x1为1号压裂泵的小排量模式工作能力设置值，V x2为2号压裂泵的小排量模式工作能力设置值，V s为打酸模式压裂泵小排量工作能力总值。
所述S22中，设置1号~4号压裂泵的排量方法具体为：
S221、设置1号压裂泵和2号压裂泵的排量均为所述压裂泵的小排量模式工作能力设置值，通过下式计算得到第一设定排量V G1；
Figure 397747DEST_PATH_IMAGE005
S222、判断第一设定排量是否小于一台压裂泵工作的最小排量；
若是，则通过下式设置3号压裂泵的排量V 3；
Figure 700553DEST_PATH_IMAGE018
若否，则进入S223；
S223、判断第一设定排量是否小于两台压裂泵工作的最小排量；
若是，则通过下式设置3号压裂泵的排量V 3和4号压裂泵的排量V 4；
Figure 447929DEST_PATH_IMAGE007
Figure 612325DEST_PATH_IMAGE008
若否，则通过下式设置3号压裂泵的排量V 3和4号压裂泵的排量V 4；
Figure 495968DEST_PATH_IMAGE009
Figure 969674DEST_PATH_IMAGE010
式中，V x3为3号压裂泵的小排量模式工作能力设置值，V x4为4号压裂泵的小排量模式工作能力设置值，V X为压裂泵泵组小排量模式工作能力总值。
所述S23中，设置1号~4号压裂泵的排量均为所述压裂泵的小排量模式工作能力设置值，设置5号~12号压裂泵的排量方法具体为：
在本实施例中，压裂泵泵组大排量模式最小工作能力值为八台压裂泵的最小排量。
S231、通过下式计算第二设定排量V G2；
Figure 938767DEST_PATH_IMAGE011
S232、判断第二设定排量V G2是否小于一台压裂泵工作的最小排量；
若是，则通过下式设置5号压裂泵的排量；
Figure 895136DEST_PATH_IMAGE012
若否，则进入S233；
S233、根据第二设定排量与压裂泵工作的最小排量的关系，通过下式设置5号~12号压裂泵的排量；
Figure 164443DEST_PATH_IMAGE013
Figure 809051DEST_PATH_IMAGE014
式中，V n为n号压裂泵的排量，n为5号~12号压裂泵的序号。
所述S24具体为：通过下式设置1号~12号压裂泵的排量V m；
Figure 281752DEST_PATH_IMAGE015
式中，V D为压裂泵泵组大排量模式工作能力总值，V dm为m号压裂泵的大排量模式工作能力设置值，
Figure 302797DEST_PATH_IMAGE016
为大排量权重，m为1号~12号压裂泵的序号。
所述S2中，给定排量根据施工排量和压裂泵泵组运行中压裂泵异常情况进行调整。
在本实施例中，压裂泵泵组在运行的过程中会因为一些不确定因素，打破当前的排量分配模式，如压裂泵盘根滴水、变频器故障、设备超压保护和电网容量不够等，需要操作人员或程序自动进行干预，保障施工作业的顺利进行，本发明通过在泵组运行中的异常情况下对给定排量进行调整，避免压裂泵泵组在运行中出现故障。
本发明通过压裂泵泵组总排量给定来控制泵组中的所有压裂泵运行，该泵组功能不仅能实现各种工作能力压裂泵混用的同步控制，实现“能者多劳”的排量分配效果，并且结合了目前多种压裂工艺过程，实现了按总排量需求自动启动压裂泵。针对施工中可能出现的异常情况，泵组可自动执行合理的响应机制，在方便操作人员的同时，有效保障了各条电网容量的均衡分配和施工总排量的稳定性。
实施例2：
本实施例针对一种压裂泵泵组排量分配方法的具体应用过程。
根据施工排量将1号~12号压裂泵设置为泵组模式，启动优先级为1号泵最高优先级，依次至12号泵，根据施工排量将压裂泵泵组中的压裂泵进行编号，设置压裂泵的最小排量V min为0.5m3/min，压裂泵的小排量模式工作能力设置值为1m3/min，压裂泵泵组小排量模式工作能力总值为4m3/min，压裂泵的大排量模式工作能力设置值为1.5m3/min，压裂泵泵组大排量模式工作能力总值为18m3/min。设置2号压裂泵和4号压裂泵的小排量模式为打酸模式，2号压裂泵和4号压裂泵的打酸能力为1m3/min。压裂泵泵组的施工排量和给定排量的分配如图2所示。
当给定排量V set为1m3/min时，启动2号压裂泵和4号压裂泵，其排量均为0.5m3/min的排量。
当给定排量V set为2m3/min时，启动2号压裂泵和4号压裂泵，其排量均为1m3/min的排量。
当给定排量V set为3m3/min时，启动1号压裂泵和3号压裂泵，其排量均为0.5m3/min的排量，2号压裂泵和4号压裂泵均保持1m3/min的排量运行。
当给定排量V set为4m3/min时，1号~4号压裂泵均按1m3/min的排量运行。
当给定排量V set为6m3/min时，1号~4号压裂泵均按1m3/min的排量运行，5号~8号压裂泵均按0.5m3/min的排量运行。
当给定排量V set为8m3/min时，1号~4号压裂泵均按1m3/min的排量运行，5号~12号压裂泵均按0.5m3/min的排量运行。
当给定排量V set>8m3/min时，所有泵进入大排量模式按大排量能力权重分配阶段，例如V set为10m3/min时时，1号压裂泵的排量V 1为10*1.5/18=0.833。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种压裂泵泵组排量分配方法根据压裂泵的实际工作能力权重进行排量分配，简化了人工控压裂泵泵组的流程，结合了多种压裂工艺过程，实现了按总排量需求自动启动压裂泵，按启动优先级指定压裂泵启动顺序编号，同时可兼容不同型号压裂泵在泵组集中控制下一起施工作业。
压裂泵泵组排量分配方法将施工分为四个阶段进行，打酸、小排量、大排量启泵和大排量按能力权重分配阶段，优先按照最小工作排量的大小决定启动压裂泵的数量。阶段内的压裂泵达到最小工作排量后，根据阶段相关的能力分配泵组设定排量。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

Claims (2)

1.一种压裂泵泵组排量分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据施工排量将压裂泵泵组中的压裂泵进行编号，并设定压裂泵参数；
S2、基于设定的压裂泵参数，根据给定排量设置压裂泵泵组中压裂泵排量，并根据压裂泵排量启动压裂泵，完成压裂泵泵组排量分配；
所述S1中，所述压裂泵泵组包括12台压裂泵，编号后的压裂泵泵组包括1号~12号压裂泵，其中，1号~4号压裂泵均为小排量泵，5号~12号压裂泵均为大排量泵；
所述压裂泵参数包括：压裂泵的最小排量、压裂泵的大排量模式工作能力设置值、压裂泵的小排量模式工作能力设置值、压裂泵泵组小排量模式工作能力总值、压裂泵泵组大排量模式最小工作能力值和压裂泵泵组大排量模式工作能力总值；
所述S2包括以下分步骤：
S21、判断给定排量是否小于打酸模式的总排量；
若是，则设置1号压裂泵和2号压裂泵的排量，进入S25；若否，则进入S22；
S22、判断第一设定排量是否小于压裂泵泵组小排量模式工作能力总值；
若是，则设置1号~4号压裂泵的排量，进入S25；若否，则进入S23；
S23、设置1号~4号压裂泵的排量，并判断第二设定排量是否小于压裂泵泵组大排量模式最小工作能力值；
若是，则根据第二设定排量与压裂泵最小工作排量，设置5号~12号压裂泵的排量，进入S25；若否，则进入S24；
S24、根据大排量权重设置1号~12号压裂泵的排量；
S25、根据当前设置的压裂泵的排量，启动压裂泵，完成压裂泵泵组排量分配；
所述S21中，设置1号压裂泵和2号压裂泵的排量的方法具体为：
S211、判断给定排量是否小于一台压裂泵工作的最小排量；
若是，则设置1号压裂泵的排量为给定排量；若否，则进入S212；
S212、判断给定排量是否小于两台压裂泵工作的最小排量；
若是，则通过下式设置1号压裂泵的排量V 1和2号压裂泵的排量V 2；
Figure QLYQS_1
Figure QLYQS_2
式中，V min为压裂泵的最小排量，V set为给定排量；
若否，则通过下式设置1号压裂泵的排量V 1和2号压裂泵的排量V 2；
Figure QLYQS_3
Figure QLYQS_4
式中，V x1为1号压裂泵的小排量模式工作能力设置值，V x2为2号压裂泵的小排量模式工作能力设置值，V s为打酸模式压裂泵小排量工作能力总值；
所述S22中，设置1号~4号压裂泵的排量方法具体为：
S221、设置1号压裂泵和2号压裂泵的排量均为所述压裂泵的小排量模式工作能力设置值，通过下式计算得到第一设定排量V G1；
Figure QLYQS_5
S222、判断第一设定排量是否小于一台压裂泵工作的最小排量；
若是，则通过下式设置3号压裂泵的排量V 3；
Figure QLYQS_6
若否，则进入S223；
S223、判断第一设定排量是否小于两台压裂泵工作的最小排量；
若是，则通过下式设置3号压裂泵的排量V 3和4号压裂泵的排量V 4；
Figure QLYQS_7
Figure QLYQS_8
若否，则通过下式设置3号压裂泵的排量V 3和4号压裂泵的排量V 4；
Figure QLYQS_9
Figure QLYQS_10
式中，V x3为3号压裂泵的小排量模式工作能力设置值，V x4为4号压裂泵的小排量模式工作能力设置值，V X为压裂泵泵组小排量模式工作能力总值；
所述S23中，设置1号~4号压裂泵的排量均为所述压裂泵的小排量模式工作能力设置值，设置5号~12号压裂泵的排量方法具体为：
S231、通过下式计算第二设定排量V G2；
Figure QLYQS_11
S232、判断第二设定排量V G2是否小于一台压裂泵工作的最小排量；
若是，则通过下式设置5号压裂泵的排量；
Figure QLYQS_12
若否，则进入S233；
S233、根据第二设定排量与压裂泵工作的最小排量的关系，通过下式设置5号~12号压裂泵的排量；
Figure QLYQS_13
Figure QLYQS_14
式中，V n为n号压裂泵的排量，n为5号~12号压裂泵的序号；
所述S24具体为：通过下式设置1号~12号压裂泵的排量V m；
Figure QLYQS_15
式中，V D为压裂泵泵组大排量模式工作能力总值，V dm为m号压裂泵的大排量模式工作能力设置值，
Figure QLYQS_16
为大排量权重，m为1号~12号压裂泵的序号。
2.根据权利要求1所述的压裂泵泵组排量分配方法，其特征在于，所述S2中，给定排量根据施工排量和压裂泵泵组运行中压裂泵异常情况进行调整。
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