本發(fā)明屬于油田水力壓裂設(shè)備領(lǐng)域，涉及壓裂施工中的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，尤其涉及壓裂施工中的聯(lián)合服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

頁巖油氣水力壓裂施工是一項系統(tǒng)的增產(chǎn)工藝技術(shù)措施，通過水力壓裂在地層3000米～4000米之間壓開網(wǎng)狀裂縫形成導(dǎo)流通道從而將無法產(chǎn)出的油氣通過井筒采出。在此過程需要整體監(jiān)控壓裂設(shè)備的運行參數(shù)，包括施工壓力、混砂車吸入排出排量、泵車發(fā)動機轉(zhuǎn)速等上百種運行參數(shù)。儀表控制軟件通過壓裂車組配置的傳感器、感應(yīng)器收集并實時反饋運行參數(shù)，并通過信號傳輸控制壓裂車組的運行從而保證施工的正常運行。

針對以上施工特點，由于國內(nèi)頁巖油氣施工現(xiàn)場情況復(fù)雜，由常規(guī)壓裂的6～8臺泵車增加至18～24臺，相應(yīng)配套混砂車、混配車，高低壓管匯等設(shè)備匹配數(shù)量顯著增加，儀表指揮車在實時監(jiān)控和采集運行數(shù)據(jù)方面提出了更高的要求，目前所使用的儀表控制系統(tǒng)一是服務(wù)器獨立運行，相互之間沒有形成完全共享，任一服務(wù)器故障均會影響壓裂施工的正常進行；二是沒有嵌入相應(yīng)的壓裂液性能參數(shù)，從而無法實時反映井筒摩阻壓力和井底壓力；三是對井筒數(shù)據(jù)的計算缺失，施工指揮需要臨時手動計算施工階段井筒中的壓裂液量；四是顯示數(shù)據(jù)量無法滿足頁巖油氣施工中大數(shù)據(jù)決策要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)在壓裂施工時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)存在的不足，提供一種能夠共享數(shù)據(jù)、實時計算井筒數(shù)據(jù)并直觀顯示的壓裂施工聯(lián)合服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

壓裂施工聯(lián)合服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括為系統(tǒng)各單元供電的電源單元，數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元和顯示單元，數(shù)據(jù)采集單元通過各種傳感器采集壓裂施工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，壓裂施工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元計算處理后輸出到顯示單元顯示，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元由多臺服務(wù)器構(gòu)成服務(wù)器集群，所有服務(wù)器均通過數(shù)據(jù)傳輸單元和相同的通信協(xié)議相連，聯(lián)合工作，任一臺服務(wù)器均可讀取全部壓裂施工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)并控制施工現(xiàn)場所有設(shè)備運行。通過上述并發(fā)式處理結(jié)構(gòu)，不同服務(wù)器可以實現(xiàn)完全共享，只要有一個服務(wù)器正常工作，單一服務(wù)器甚至多個服務(wù)器故障均不會影響壓裂施工的正常進行，任何一個服務(wù)器均可以取全、取準(zhǔn)所有施工數(shù)據(jù)。

進一步地，所述數(shù)據(jù)處理單元包括壓裂仿真計算模塊，所述壓裂仿真計算模塊包括壓裂液性能數(shù)據(jù)庫和仿真計算程序，仿真計算程序?qū)⒉杉降膲毫咽┕すに噮?shù)數(shù)據(jù)與壓裂液性能數(shù)據(jù)庫匹配，實時計算井筒參數(shù)。將實驗室分析數(shù)據(jù)，例如不同壓裂液的濾失系數(shù)、粘溫曲線、流變曲線輸入到壓裂液性能數(shù)據(jù)庫中，仿真計算程序根據(jù)井筒尺寸大小和深度，不同階段壓裂液在井筒中的位置，結(jié)合施工排量等參數(shù)實時計算井筒摩阻等參數(shù)。

進一步地，所述仿真計算程序通過井筒摩阻的計算可實時計算井底壓力并直觀顯示在顯示單元。

進一步地，所述仿真計算程序?qū)崟r計算出的井筒參數(shù)以模擬井筒的方式直觀顯示在顯示單元。

進一步地，所述傳輸單元包括通信控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、路由器、交換機和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。通信控制器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器負責(zé)將數(shù)據(jù)采集單元采集的現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)實時與外部對接和雙向傳輸，通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與遠距離指揮中心的實時通信。路由器和交換機負責(zé)提供數(shù)據(jù)采集單元的內(nèi)部連接網(wǎng)絡(luò)的建立，將混砂車施工數(shù)據(jù)例如吸入排量、排出排量、砂濃度和壓裂泵車參數(shù)——泵頭排出壓力、動力端油溫、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絻x表車，由數(shù)據(jù)處理單元中的服務(wù)器集群進行分析計算并將計算結(jié)果顯示到顯示單元中，從而為施工指揮人員提供實時數(shù)據(jù)支撐。

進一步地，所述傳輸單元還包括網(wǎng)絡(luò)傳輸加速器。網(wǎng)絡(luò)傳輸加速器可以提供大容量(例如6gb)緩存，并極大提高傳輸速率(例如可以達到90mbps)。

進一步地，所述網(wǎng)絡(luò)傳輸加速器既可以接收無線傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)又可以接收有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)可以在有線、無線之間切換，混砂車、壓裂泵車施工參數(shù)例如吸入排量、排出排量、砂濃度、泵頭排出壓力、動力端油溫、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等可通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，也可以通過有線或者無線、有線混合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元。

進一步地，所述數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)為衛(wèi)星或者商用移動通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)服務(wù)器采集、儲存、計算的壓裂施工數(shù)據(jù)包括仿真計算程序計算的井筒數(shù)據(jù)，地面壓力排量數(shù)據(jù)，壓裂設(shè)備發(fā)動機、變速箱、動力端、液力端轉(zhuǎn)速、壓力、油溫、水溫等不同參數(shù)均可以通過衛(wèi)星或者商用移動通信網(wǎng)絡(luò)進行遠程傳輸，指揮中心的設(shè)置不在受限于距離和地理位置的限制，可以在遠距離任一位置接收傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)共享。

進一步地，所述電源單元包括三相電壓轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓電流保護器、電源分配器和ups電源。三相電壓轉(zhuǎn)換器監(jiān)控380v外接電源穩(wěn)定狀態(tài)，將380v電源轉(zhuǎn)為220v并與穩(wěn)壓電流保護器協(xié)作保證數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電壓、電流維持在理想穩(wěn)定狀態(tài)，在突發(fā)應(yīng)急斷電情況下ups電源可以提供2小時的應(yīng)急供電從而保證不間斷220v電源供應(yīng)。

進一步地，所述電源由外接380v工業(yè)用電網(wǎng)絡(luò)提供，在不具備工業(yè)用電網(wǎng)絡(luò)條件下，自備380v柴油發(fā)動機組可長時間穩(wěn)定供電。

進一步地，所述數(shù)據(jù)顯示單元包括多個大尺寸顯示器(例如9個19寸顯示器)，安置在儀表車操作臺墻壁上。

本發(fā)明將實驗室分析數(shù)據(jù)，例如不同壓裂液的濾失系數(shù)，粘溫曲線、流變曲線嵌入到采集系統(tǒng)中，根據(jù)井筒尺寸大小和深度，不同階段壓裂液在井筒中的位置，結(jié)合施工排量等參數(shù)實時計算井筒摩阻。

本發(fā)明根據(jù)數(shù)據(jù)采集可視化的設(shè)計思路，根據(jù)井筒尺寸和深度實時顯示不同階段壓裂液在井筒中的容積和位置，為現(xiàn)場指揮人員提供直觀、準(zhǔn)確判斷依據(jù)。

本發(fā)明拓展了信號傳輸?shù)臄?shù)量和質(zhì)量，將以往的信道傳輸拓展到幾百個，可以采集壓裂泵車單車發(fā)動機、變速箱、動力端、液力端泵頭等轉(zhuǎn)速、壓力、油溫、水溫等不同參數(shù)，可以滿足雨雪冰霧惡劣天氣條件下大數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸要求。

本發(fā)明由于不同服務(wù)器可以實現(xiàn)完全共享，只要有一個服務(wù)器正常工作，單一服務(wù)器甚至多個服務(wù)器故障均不會影響壓裂施工的正常進行，任何一個服務(wù)器均可以取全、取準(zhǔn)所有施工數(shù)據(jù)，服務(wù)器之間實現(xiàn)完全的數(shù)據(jù)共享、控制共享和處理共享，任何一個服務(wù)器在施工的任何階段均可以成為主要控制單位。

本發(fā)明根據(jù)壓裂液性能計算井筒摩阻從而可以準(zhǔn)確計算出井底壓力，改變了以往施工中以地面設(shè)備壓力間接判斷井底壓力的局限性，提高了決策效率，為指揮人員提供更為準(zhǔn)確直觀的判斷依據(jù)。

本發(fā)明實時顯示不同階段壓裂液在井筒中的容積和位置，改變了以往施工過程中人為手動計算的缺陷，施工指揮人員可以實時觀察不同階段壓裂液進地層的時間節(jié)點從而為指揮決策提供強有力的支持。

本發(fā)明上百種信號數(shù)據(jù)的實時傳輸和顯示，為施工指揮人員提供了頁巖油氣施工決策依據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的壓裂施工聯(lián)合服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的壓裂施工聯(lián)合服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖。

附圖標(biāo)記：1-三相電壓轉(zhuǎn)換器、2-穩(wěn)壓電流保護器、3-通信控制器、4-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、5-路由器、6-電源分配器、7-交換機、8-網(wǎng)絡(luò)傳輸加速器、9-服務(wù)器集群、10-ups電源、11-顯示器集群、12-儀表車。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

本發(fā)明提供的壓裂施工聯(lián)合服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括為系統(tǒng)各單元供電的電源單元，數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元和顯示單元，數(shù)據(jù)采集單元通過各種傳感器采集壓裂施工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，壓裂施工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元計算處理后輸出到顯示單元顯示，所述數(shù)據(jù)處理單元由多臺服務(wù)器構(gòu)成服務(wù)器集群，所有服務(wù)器均通過數(shù)據(jù)傳輸單元和相同的通信協(xié)議相連，聯(lián)合工作，任一臺服務(wù)器均可讀取全部壓裂施工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)并控制施工現(xiàn)場所有設(shè)備運行。

所述電源單元包括三相電壓轉(zhuǎn)換器1、穩(wěn)壓電流保護器2、電源分配器6和ups電源10。三相電壓轉(zhuǎn)換器1監(jiān)控380v外接電源穩(wěn)定狀態(tài)，將380v電源轉(zhuǎn)為220v并與穩(wěn)壓電流保護器2協(xié)作保證數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電壓、電流維持在理想穩(wěn)定狀態(tài)，在突發(fā)應(yīng)急斷電情況下ups電源10可以提供2小時的應(yīng)急供電從而保證不間斷220v電源供應(yīng)。

所述電源由外接380v工業(yè)用電網(wǎng)絡(luò)提供，在不具備工業(yè)用電網(wǎng)絡(luò)條件下，自備380v柴油發(fā)動機組可長時間穩(wěn)定供電。

本發(fā)明的壓裂施工聯(lián)合服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖2所示。所述傳輸單元包括通信控制器3、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器4、路由器5、交換機7、網(wǎng)絡(luò)傳輸加速器8和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)為衛(wèi)星或者商用移動通信網(wǎng)絡(luò)。通信控制器3和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器4負責(zé)將數(shù)據(jù)采集單元采集的現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)實時與外部對接和雙向傳輸，通過衛(wèi)星或者商用移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與遠距離指揮中心的實時通信。路由器5和交換機7負責(zé)提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元的內(nèi)部連接網(wǎng)絡(luò)的建立，將混砂車施工數(shù)據(jù)例如吸入排量、排出排量、砂濃度和壓裂泵車參數(shù)——泵頭排出壓力、動力端油溫、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絻x表車12，由數(shù)據(jù)處理單元中的服務(wù)器集群9進行分析計算并將計算結(jié)果顯示到顯示單元的顯示器集群11中，從而為施工指揮人員提供實時數(shù)據(jù)支撐。其中網(wǎng)絡(luò)傳輸加速器8提供6gb緩存，傳輸速率最高可加速到90mbps。

本發(fā)明的壓裂施工聯(lián)合服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)顯示單元設(shè)置9個19寸顯示器可以實時顯示不同階段壓裂液在井筒中的容積和位置，改變了以往施工過程中人為手動計算的缺陷，施工指揮人員可以實時觀察不同階段壓裂液進地層的時間節(jié)點從而為指揮決策提供強有力的支持。

本發(fā)明的壓裂施工聯(lián)合服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)顯示單元設(shè)置9個19寸顯示器，顯示數(shù)據(jù)增多，顯示內(nèi)容共享，操作更為靈活，決策依據(jù)更為直觀。

本發(fā)明的的壓裂施工聯(lián)合服務(wù)器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)顯示單元設(shè)置的9個19寸顯示器鑲嵌在儀表車操作臺墻面，固定牢靠，可滿足長距離運輸要求。