[發明專利]壓裂機組的控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 200910272602.1
• 申請日: 2009-10-30
• 公開（公告）號: CN101706662A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 唐軍;陳春霞;葉紀東;丁曉珍;楊槿;熊丹;孫圣波;駱豎星;劉艷容;李建新
• 申請（專利權）人: 四機賽瓦石油鉆采設備有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 武漢天力專利事務所 42208
• 代理人: 吳曉穎;馮衛平

1.壓裂機組的控制系統中使用的控制方法，該控制系統包括用來下達控制所述壓裂機組操作的控制命令的中央級控制器，用來發送中央級控制器下達的各項控制命令的系統通信網絡，用來響應通過系統通信網絡發送的控制命令，并通過輸出模塊控制作業機組的執行機構執行控制命令的操作的現場控制器，所述現場控制器包括混砂車控制器和泵車控制器，所述中央級控制器與各現場控制器之間通過網絡通信線連接成一個環網，其特征在于該控制系統中使用的控制方法包括如下步驟：

（1-1）進行選擇性網絡連接，在中央級控制器中選擇需要進行壓裂作業的設備，將其配備的現場控制器連接入系統通信網絡，實現各現場控制器之間，以及現場控制器與中央級控制器之間的通信連接；

（1-2）在中央級控制器中輸入控制壓裂機組作業所需的數據；

（1-3）中央級控制器通過訪問現場控制器的網絡地址對現場控制器進行訪問，并下達控制命令；

（1-4）現場控制器根據接收的命令通過輸出模塊控制作業機組的執行機構執行控制命令的操作。

2.根據權利要求1所述的壓裂機組的控制系統中使用的控制方法，其特征是：所述控制系統中的中央級控制器和各現場控制器均各自連接有一HMI操作屏。

3.根據權利要求1所述的壓裂機組的控制系統中使用的控制方法，其特征是：所述控制系統中的中央級控制器包括位于儀表控制室內的中央級控制器和位于遙控箱內的中央級控制器中的至少一個。

4.根據權利要求1所述的壓裂機組的控制系統中使用的控制方法，其特征是：所述控制系統中的中央級控制器和各現場控制器中均還包含有用以采集作業數據，生成數據報表和圖形報表的數據管理模塊。

5.根據權利要求1所述的壓裂機組的控制系統中使用的控制方法，其特征是：該壓裂機組的控制方法包括混砂車的控制方法和泵車組的控制方法。

6.根據權利要求5所述的壓裂機組的控制系統中使用的控制方法，其特征是所述混砂車的控制方法步驟如下：

（6-1）將混砂車控制器通過系統通信網絡與中央級控制器相連；

（6-2）在中央級控制器中輸入混砂車多個階段的作業數據，從階段1開始逐階段輸入，最多預存20個階段的作業數據，這些數據包括：作業階段號、吸入階段體積、支撐劑起始濃度、支撐劑結尾濃度、液添起始濃度、液添結尾濃度、干添起始濃度、干添結尾濃度、兩絞龍之速比及液位高度，其中吸入階段體積用來判別本階段是否已經完成，當實際階段體積達到本階段的設定體積且下一個階段的吸入階段體積設置為0時，階段停止，當實際階段體積達到本階段的設定體積且下一個階段的吸入階段體積不為0時，自動進入下一個階段；

（6-3）設備上電，混砂作業開始，中央級控制器通過訪問混砂車控制器的網絡地址對混砂車控制器進行訪問并下達控制命令，混砂車控制器通過輸出模塊控制混砂車執行機構：

（6-3A）根據步驟（6-2）中設定的液位高度采用傳統PID算法來控制吸入泵轉速從而調節吸入流量；

（6-3B）比較排出泵實際排出壓力和設定排出壓力上限及設定排出壓力下限，如果實際排出壓力高于設定排出壓力上限，減小排出泵的輸出電壓以減小排量，如果實際排出壓力低于設定排出壓力下限，增加排出泵的輸出電壓以增加排量；

（6-3C）根據實際清水流量、清水總量、支撐劑起始濃度、支撐劑結尾濃度、兩絞龍之速比及采集的絞龍實際轉速，采用單神經元自適應PID控制算法來控制絞龍的轉速從而調節支撐劑的濃度；

（6-3D）根據實際清水流量、清水總量、添加劑起始濃度、支撐劑濃度及采集的添加劑實際添加速率，采用單神經元自適應PID控制算法來控制添加劑的添加速率從而調節添加劑濃度；

（6-4）檢測混砂作業是否已經完成，即檢測當前階段的設定吸入階段體積是否為0，如果為0，停止各泵，作業完成。

7.根據權利要求5所述的壓裂機組的控制系統中使用的控制方法，其特征是所述泵車組的控制方法步驟如下：

（7-1）在中央級控制器中選擇需要進行作業的泵車，將所選泵車的泵車控制器連接入系統通信網絡，實現各泵車控制器之間，以及泵車控制器與中央級控制器之間的通信連接；

（7-2）在中央級控制器中設置好作業壓力極限值以及泵車每檔的檔位壓力極限值；

（7-3）設備上電，啟動選中作業的泵車發動機，選擇每臺泵車的控制模式：

（7-3A）單泵單獨控制；

（7-3B）分組控制，選擇需要控制的組，保持該組內所有泵車的油門以及檔位一致；

（7-3C）定排量控制，設置設定排量，根據設定排量，設置為定排量控制的泵車自動計算每臺泵車需要控制的排量而自動調節傳動箱檔位和發動機油門，維持機組內所有泵車的瞬時排量之和為設定排量；

（7-3D）定壓力控制，設置設定作業壓力，隨后根據設定作業壓力，設置為定壓力控制的泵車自動控制傳動箱檔位和發動機油門，讓設置為定壓力控制的泵車其實際壓力達到設定作業壓力；

（7-4）中央級控制器通過訪問泵車控制器的網絡地址對泵車控制器進行訪問，檢測任意一臺泵車是否超過檔位壓力極限值，若超過該值對應泵車檔位將會下降到安全檔位；檢測任意一臺泵車是否超過作業壓力極限值，若超過作業壓力極限值對應泵車將會自動回空檔，怠速并處于剎車狀態；

（7-5）作業完成后，按鍵熄火停泵。