采油模擬系統(tǒng)及模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油鉆井模擬領(lǐng)域，特別是一種采油模擬系統(tǒng)及模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采油工程是油田開采過程中根據(jù)開發(fā)目標(biāo)通過生產(chǎn)井和注入井對油藏采取的各項工程技術(shù)措施的總稱。采油工程的任務(wù)是通過一系列可作用于油藏的工程技術(shù)措施，使油、氣暢流入井，井高效率地將其舉升到地面進(jìn)行分離和計量；其目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)有效地提高油井和原油采收率。
[0003]然而，對于油田新進(jìn)員工或石油相關(guān)專業(yè)學(xué)生，他們對采油的流程、計量罐、加熱爐等設(shè)備或者發(fā)生事故時的處理方法都沒有感性的認(rèn)識，對于現(xiàn)場采油操作不熟悉。一旦出現(xiàn)操作失誤或不慎，有可能引發(fā)嚴(yán)重的質(zhì)量事故或安全事故，為國家和人民帶來重大的損失。因此，石油鉆井采油從業(yè)人員的上崗知識培訓(xùn)和專業(yè)技能培訓(xùn)顯得十分重要。但由于幾乎所有的鉆井現(xiàn)場和設(shè)施都分布在野外，不可能將培訓(xùn)放到現(xiàn)場進(jìn)行，如果僅依靠常規(guī)的課堂教學(xué)或?qū)嶒炇也僮?，由于缺乏形象逼真、直觀生動的輔助手段和方式，不免陷入課程內(nèi)容簡單枯燥、學(xué)員學(xué)習(xí)效果差的尷尬局面，培訓(xùn)難以達(dá)到預(yù)期效果。
[0004]傳統(tǒng)上的采油模擬培訓(xùn)均是使用的真實設(shè)備進(jìn)行培訓(xùn)，內(nèi)部以水為介質(zhì)模擬原油的流動，傳統(tǒng)的模擬培訓(xùn)設(shè)備為帶壓設(shè)備，存在安全隱患，內(nèi)部填充有水，系統(tǒng)維護(hù)成本高，易損壞，且使用水填充，壓力、溫度、粘度、流量等數(shù)據(jù)與現(xiàn)場差距很大，無法反應(yīng)現(xiàn)場工作情況，培訓(xùn)效果差，密閉性要求高，設(shè)備昂貴，對設(shè)備外觀有一定的要求，通常只能使用標(biāo)準(zhǔn)件，難以模擬泄露、堵塞、閥門損壞、凍堵等事故情況，所有設(shè)備必須物理上聯(lián)通，導(dǎo)致設(shè)備布局較為困難，占地面積廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采油模擬系統(tǒng)及模擬方法，該系統(tǒng)克服傳統(tǒng)計算難以實時計算管網(wǎng)流動情況的不足，能夠?qū)崟r計算管網(wǎng)的壓力、流動情況，能夠方便的進(jìn)行泄漏、堵塞、超壓事故的模擬，設(shè)備占地面積小，各學(xué)員都能夠直觀的觀察各采油模擬裝置的響應(yīng)動作，真正做到高度仿真效果，增強培訓(xùn)的現(xiàn)場感、改善培訓(xùn)效果O
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:采油模擬系統(tǒng)，它包括采油模擬裝置、PLC控制器和控制單元，控制單元包括主控機、參數(shù)機和圖形處理機，采油模擬裝置與PLC控制器連接，PLC控制器通過串口與參數(shù)機連接，參數(shù)機和圖形處理機分別通過通訊網(wǎng)絡(luò)與主控機連接；
所述的采油模擬裝置上設(shè)置有閥門、顯示表、開關(guān)等，PLC控制器上設(shè)置有用于循環(huán)采集采油模擬設(shè)備上的閥門開度及開關(guān)狀態(tài)的采集器；
所述的主控機上設(shè)置有用于根據(jù)閥門開度及開關(guān)狀態(tài)，通過數(shù)學(xué)模型計算出壓力表數(shù)據(jù)、虛擬場景中設(shè)備工作狀況數(shù)據(jù)、流動情況數(shù)據(jù)的計算模塊； 所述的圖形處理機上設(shè)置有用于根據(jù)虛擬場景中設(shè)備工作狀況數(shù)據(jù)呈現(xiàn)模擬的現(xiàn)場實景及設(shè)備工作情況的虛擬呈現(xiàn)模塊。
[0007]它還包括投影系統(tǒng)，投影系統(tǒng)包括投影儀和與投影儀相配合的投影幕布，投影儀與圖形處理機相連。
[0008]所述的采油模擬裝置包括采油井口抽油機、采油抽油機井口、采油電潛泵井、采油螺桿泵井、計量站進(jìn)站閥組、采油計量罐、計量站加熱爐、破乳劑注入裝置、三相分離器、除油器、熱化學(xué)脫水裝置、注水間和注水井。
[0009]所述的閥門內(nèi)部使用滑動電阻作為輸入傳感器，當(dāng)閥門開度變化時，滑動電阻的電阻值發(fā)生變化，引起電流變化，PLC接收后將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，發(fā)送給主控機。
[0010]所述的顯示表包括指針式儀表和數(shù)字式儀表，各儀表接收電路板接收主控機從串口發(fā)送來的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)通過CAN總線分發(fā)給各表，數(shù)字式儀表直接顯示數(shù)據(jù)，指針式儀表通過單片機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動步數(shù)，然后帶動指針轉(zhuǎn)動對應(yīng)的角度。
[0011]采油模擬方法，它包括以下步驟:
S1:選擇作業(yè)類型，并發(fā)送硬件和圖形初始化數(shù)據(jù)；
52:采集閥門及開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，PLC控制器循環(huán)采集采油模擬裝置上閥門開度及開關(guān)狀態(tài)；
53:主控機根據(jù)采集的數(shù)據(jù)判斷操作是否正確，根據(jù)判斷結(jié)果執(zhí)行如下子步驟:
A.操作正確，跳轉(zhuǎn)步驟S4；
B.操作錯誤，給出錯誤提示，并跳轉(zhuǎn)步驟S4;
54:根據(jù)數(shù)學(xué)模型計算出流動數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)；
55:將流動數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)發(fā)送給圖形處理機和PLC控制器；
56:主控機判斷操作是否正確，根據(jù)判斷結(jié)果執(zhí)行如下子步驟:
a.操作正確，系統(tǒng)響應(yīng)完成，模擬操作完成；
b.操作錯誤，跳轉(zhuǎn)步驟S2，直到操作正確。
[0012]所述的步驟S5中圖形處理機接收到流動數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)后，根據(jù)此數(shù)據(jù)呈現(xiàn)模擬的現(xiàn)場實景及設(shè)備工作情況，PLC控制器接收到流動數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)后，根據(jù)此數(shù)據(jù)對采油模擬裝置上的顯示表進(jìn)行相應(yīng)控制。
[0013]所述的數(shù)學(xué)計算模型包括純液體計算、管網(wǎng)流動計算、離心泵計算和容積泵計算;
純液體計算:液體的體積不可壓縮，密閉容器內(nèi)液體的壓力與液體的總量相關(guān)，與溫度關(guān)系極小，液體總體積的變化會擠壓密閉容器，引發(fā)容器的彈性形變，容器彈性形變的變化與液體的壓力成正比，金屬容器彈性形變量非常小，管道內(nèi)壓力變化非?？欤?br> 管網(wǎng)流動計算:三根管道間流體的流動，需要單獨計算每根管道的流入流體質(zhì)量和流出流體質(zhì)量，需要計算流入管道I的流體質(zhì)量，流出管道I的質(zhì)量和流出管道2的質(zhì)量，并由質(zhì)量反向計算出壓力值；
離心泵計算:離心泵在未啟動時，出口與入口是直接連通的，當(dāng)離心泵關(guān)閉時，管道4和管道5設(shè)置為直接連通，當(dāng)離心泵打開時，管道4流入管道5的流量可以使用如下公式進(jìn)行計算:管道4流入管道5的流量=離心泵功率/出口與入口間的壓力差X泵效；
容積泵計算:容積泵的特點是一個工作循環(huán)總是將定容量的流體輸入到出口管道中，泵關(guān)閉時入口與出口不連通，當(dāng)容積泵關(guān)閉時，管道6和管道7完全斷開，當(dāng)容積泵打開時，流入管道7的流量=容積泵的工作循環(huán)次數(shù)X每個循環(huán)的容積。
[0014]所述的容積泵包括羅茨泵、柱塞泵、齒輪泵和螺桿泵。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了一種采油模擬系統(tǒng)及模擬方法，該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)計算難以實時計算管網(wǎng)流動情況的不足，能夠?qū)崟r計算管網(wǎng)的壓力、流動情況，能夠方便的進(jìn)行泄漏、堵塞、超壓事故的模擬，設(shè)備占地面積小，各學(xué)員都能夠直觀的觀察各采油模擬裝置的響應(yīng)動作，真正做到高度仿真效果，增強培訓(xùn)的現(xiàn)場感、改善培訓(xùn)效果。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明采油模擬系統(tǒng)的連接框圖；
圖2為本發(fā)明采油模擬方法的流程圖；
圖3為管道內(nèi)液體壓力變化曲線；
圖4為管網(wǎng)流動不意圖；
圖5為離心泵示意圖；
圖6為容積栗不意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
[0018]如圖1所示，采油模擬系統(tǒng)，它包括采油模擬裝置、PLC控制器和控制單元，控制單元包括主控機、參數(shù)機和圖形處理機，采油模擬裝置與PLC控制器連接，PLC控制器通過串口與參數(shù)機連接，參數(shù)機和圖形處理機分別通過通訊網(wǎng)絡(luò)與主控機連接；
所述的采油模擬裝置上設(shè)置有閥門、顯示表、開關(guān)等，PLC控制器上設(shè)置有用于循環(huán)采集采油模擬設(shè)備上的閥門開度及開關(guān)狀態(tài)的采集器；
所述的主控機上設(shè)置有用于根據(jù)閥門開度及開關(guān)狀態(tài)，通過數(shù)學(xué)模型計算出壓力表數(shù)據(jù)、虛擬場景中設(shè)備工作狀況數(shù)據(jù)、流動情況數(shù)據(jù)的計算模塊；
所述的圖形處理機上設(shè)置有