УСТАНОВКА УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОМ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА

Установка управления и контроля процессом гидроразрыва пласта (ГРП) относится к нефтяной промышленности и предназначена для сбора оперативных данных в процессе проведения операции ГРП, задания параметров работ и дистанционного управления операциями ГРП на скважине. Установка используется совместно со стандартным комплексом оборудования для гидроразрыва пласта (ГРП).
Известны установки, включающие в свой состав самоходное транспортное средство и установленный на него с возможностью перемещения корпус ремонтной мастерской, в котором размещены средства жизнеобеспечения, средства связи, средства навигации, технологическое оборудование и встроенная система управления процессами технического обслуживания и ремонта. /1/ Система управления состоит из компьютера - сервера и связанного с ним интерфейсной шиной удаленного доступа портативного компьютера, играющего роль терминала. Известные устройства предназначены в основном для военной техники и не приспособлены для использования в нефтяной промышленности, в том числе для сбора данных и управления процессами гидроразрыва пласта.
Известна станция управления процессом гидроразрыва пласта (ГРП) и дозирования хим. реагентов, предназначенная для управления агрегатами выполняющими процесс ГПР, контроля и регистрации параметров, дозирования жидких химреагентов, подачи рабочего раствора к насосному агрегату. /2/ Станция смонтирована на. шасси автомобиля Mersedes-Bens с утепленным, обогреваемым фургоном и площадкой обслуживания. На площадке установлен гидравлический бак и выдвижная мачта с четырьмя прожекторами и катушки для сматывания кабелей. Пол фургона приподнят над рамой шасси и в этом промежутке монтируются трубы манифольда с расходомерами, гидравлические насосы и генератор, рукава и трубы гидравлических и пневматических систем. Внутреннее помещение фургона разделено на две части: операторскую и технологическую. В операторской части расположены силовой шкаф и шкаф управления, стол с 2-мя компьютерами и креслами операторов, стенд управления насосами. В технологической части установлены дозирующие насосы с расходомерами и манифольдами, самовсасывающий насос, воздушный отопитель и электрический обогреватель.
Недостатком известного устройства является недостаточное количество контролируемых параметров процесса ГПР (осуществляется контроль только за работой насосов), отсутствие лаборатории для анализа процесса ГПР, а так же отсутствие возможности автоматического управления процессом гидроразрыва пласта в полном объеме.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является передвижная автоматизированная установка сбора данных и управления с лабораторией модели ЕС-26АСД, производства STEWART&STEVENSON /3/. Установка представляет собой фургон, смонтированный на грузовом шасси Kenworth K-500 с колесной формулой 6×6 и дизельным двигателем Caterpillar С3 Euro 3. Внутри фургон разделен на операторскую часть и полевую лабораторию. В операторской части фургона установлен пульт управления процессом гидроразрыва пласта и компьютерная система для сбора и регистрации данных, обработки полученных результатов. Внутри фургона расположены закрытые ниши (отсеки), в которых установлены 9 катушек с кабелем для соединения станции управления со следующими устройствами: двумя блендерами (смесительными установками), двумя установками гидратации, двумя датчиками давления. В отдельном внутреннем отсеке фургона за кабиной водителя установлен дизельный генератор мощностью 10 кВт для автономной работы двигателя. Установка содержит панель подключения оборудования ГРП и электрический шкаф, а так же оснащена средствами жизнеобеспечения, включающими отопитель и кондиционер. Снаружи фургона установлено шесть рабочих прожекторов: два на кабине и по два на каждый борт. Установка содержит 4 компьютера с соответствующим оборудованием: один компьютер предназначен для системы сбора данных, автоматического управления смешивающей установкой и автоматического управления системой гидратации / добавление хим. реагентов, второй компьютер предназначен для программного обеспечения процесса ГРП, два других компьютера представляют компьютерную систему интеллектуального управления насосом (насосами), при этом один из них запасной. Предусмотрено соединение с ноутбуком клиента, а также подключаемый к компьютерам один цветной принтер. В фургоне установлены жидкокристаллические мониторы: мониторы 1 и 2 отображают управление и сбор данных смесительной установки (блендера) и установки гидратации; мониторы 3 и 4 - отображение данных; мониторы 5 и 6 - программное обеспечение; монитор 7 - отображение данных на насосном управлении; мониторы 8, 9, 10 - персональные компьютеры управления насосами. Полевая лаборатория оснащена приборами для контроля жидкости гидроразрыва пласта.
Недостатками известного устройства является недостаточный уровень комфортности при эксплуатации: отсутствие системы видеонаблюдения с записью на многофункциональный сервер и возможностью передачи видеозаписи на монитор, расположение отсеков для катушек внутри фургона с возможностью открытия внутри фургона. Наличие дизельного генератора, установленного за кабиной водителя, превышает допустимый уровень шума в фургоне и не обеспечивает комфортную работу операторам, а мощность генератора 10 кВт не позволяет осуществлять подключение дополнительных источников, например дополнительного освещения, полевого оборудования. Отсутствие беспроводной связи между операторами, а также отсутствие в системе взаимозаменяемых компьютеров приводит к возможной потере информации, что снижает информационно-аналитический потенциал установки.
Задачей, решаемой полезной моделью является создание установки, обладающей высоким информационно-аналитическим потенциалом, повышением комфортности при эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что установка управления и контроля процессом гидроразрыва пласта, включающая самоходное транспортное средство, на шасси которого установлен кузов-фургон с лабораторией и операторской частью с рабочими зонами для персонала, пультом управления процессом ГРП, панелью подключения, компьютерной системой для сбора, обработки и регистрации данных, мониторами для отображения информации и электрическим шкафом, при этом установка оснащена средствами жизнеобеспечения, дизельным генератором для автономной работы двигателя и катушками с кабелем для подключения комплекса оборудования ГРП, расположенными во внутренних отсеках фургона, дополнительно содержит беспроводную систему связи для персонала, телескопическую осветительную мачту, установленную в задней части фургона, систему видеонаблюдения с видеокамерой, установленной на осветительной мачте, при этом компьютерная система имеет два взаимозаменяемых компьютера с программным обеспечением для сбора данных и выполнения инженерных расчетов в режиме реального времени, компьютер для управления гидратационной установкой, и компьютер для контроля за давлением нагнетания в ходе операций ГРП, дизельный генератор расположен в задней части фургона, а катушки с кабелем расположены в отсеках фургона с доступом через люки, открывающиеся снаружи. Видеокамера имеет угол обзора 360° с записью на многофункциональный сервер и возможностью передачи данных на монитор. Пульт управления состоит из восьми отдельных панелей для дистанционного управления насосными установками и расположенных в одном корпусе панели управления смесительной установкой и панели системы сбора данных. Беспроводная система связи содержит две радиостанции для персональных переносных раций в комплекте с шумозащитными наушниками и микрофонами на элементах питания, смонтированных на защитных касках. Система жизнеобеспечения содержит два бойлера и два вентилятора для обслуживания лаборатории и операторской части фургона.
Такое выполнение установки повышает уровень комфортности обслуживающего персонала. Наличие системы видеонаблюдения обеспечивает круглосуточную запись данных в течение 15-ти суток, при этом данные с видеокамер могут передаваться на любой из мониторов, установленных в операторской части фургона. Наличие двух взаимозаменяемых компьютеров с программным обеспечением позволяет осуществлять передачу данных без потери информации, а также одновременно записывать до 60 параметров технологического процесса, которые выводятся на панель системы сбора данных и панели управления насосными установками, что повышает информационно-аналитический потенциал установки. Благодаря наличию заявляемой компьютерной системы и беспроводной связи между персоналом, а также лабораторному оборудованию по тестированию геля, все данные могут быть проанализированы на месте без потери информации в режиме реального времени и переданы заказчику или в офис. Выполнение пульта управления с восьмью панелями для дистанционного управления насосными установками, позволяет подключать до восьми насосных установок и осуществлять контроль за их работой. Расположение дизельного генератора в заднем отсеке фургона не мешает работе персонала, а мощность генератора 16 квт позволяет осуществлять подключение дополнительных устройств и дополнительного освещения. Наличие двух отопителей и двух кондиционеров позволяет эффективно контролировать заданную температуру внутри фургона, обеспечивать подачу горячей воды в лабораторию. Конкретный пример выполнения поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 изображен общий вид установки контроля и управления справа;
- на фиг.2 - изображен общий вид установки контроля и управления слева;
- на фиг.3 - вид установки сверху.
Установка управления и контроля комплексом ГРП содержит самоходное транспортное средство (грузовой автомобиль КС 7324), на шасси 1 которого установлен кузов - фургон 2. Фургон 2 представляет собой тепло-изолированный корпус с расположенными с двух сторон окнами с металлическими решетками и боковой дверью с правой стороны. У входа перед дверью расположена площадка и лестница с перилами. Внутреннее помещение фургона 2 разделено перегородкой на операторскую часть 3 и химическую лабораторию 4. В операторской части 3 расположен пульт управления 5 комплексом оборудования для ГРП и компьютерное оборудование 6 для сбора, регистрации и обработки полученных данных, мониторы, рабочие места операторов 7, включающие столы и передвижные кресла, закрепляемые в транспортном положении, шкаф для одежды персонала. Для создания комфортных условий работы персонала и аппаратуры установка оснащена системой жизнеобеспечения, которая включает в себя автономный отопитель 8, отопитель-бойлер 16, два кондиционера (на чертеже не показаны), один из которых расположен в химической лаборатории 4, а другой в операторской части 3, имеется два бака воды по 50 литров каждый. Один бак для чистой и второй - для серой (отработанной) воды. Внутри фургона в операторской части 3 слева по ходу шасси в отсеке 9 расположена панель подключения 10 оборудования комплекса для ГПР, предназначенная для передачи данных, необходимых для анализа работы комплекса (оперативные данные) и сигналов управления. Имеется электрический шкаф 11, расположенный слева по ходу шасси рядом с пультом управления 5.
Вдоль нижней боковой части фургона в герметичном отсеке 12 расположены катушки с кабелем для подключения смесительной, гидратационной установок комплекса ГРП, системы обработки данных и катушка с приводом заземления, неподвижно закрепленные на шасси. В боковом отсеке 13, расположенном под фургоном, размещены переносные катушки для подключения кабелей датчиков высокого давления. В отдельном заднем отсеке 14 расположен барабан силового кабеля. Доступ к катушкам с кабелем в отсеках 12, 13 и 14 осуществляется через люки, открываемые снаружи фургона. Во всех отсеках 12, 13, 14 имеется подсветка. Для создания комфорта и удобства обслуживающего персонала над отсеком 12 расположен диван для отдыха. Установка имеет осветительные приборы, которые обеспечивают освещение внутри фургона и снаружи фургона со стороны входа и отсеков катушек с кабелем. На задней стенке фургона установлена телескопическая осветительная мачта 15.
Для визуального контроля за работой установки имеется система видеонаблюдения, включающая в себя 4 видеокамеры уличного исполнения и видеокамеру, которая имеет угол обзора 360° с записью на многофункциональный сервер, расположенную на осветительной мачте 15. Многофункциональный сервер, выполняющий роль видеорегистратора, обеспечивает круглосуточную запись данных с 4-х видеокамер на жесткий диск в течение 15-ти суток. Данные с видеокамер могут передаваться на любой из мониторов, установленных в операторской части 3.
Внутри фургона за перегородкой расположена химическая лаборатория 4. Лаборатория укомплектована необходимым оборудованием и приборами для анализа качества приготовленного геля, воды и проппанта, имеется вся необходимая мебель: столы, тумбочки, кресла, а также ноутбук. Для создания нормальных условий работы обслуживающего персонала рядом с лабораторией расположен отопитель 16 для подачи горячей воды в умывальник лаборатории и кондиционер.
Пульт управления 5 комплексом оборудования ГРП состоит из восьми отдельных панелей 17 для дистанционного управления восьмью насосными установками и панелей 18, включающей в себя панель управления смесительной установкой и панель сбора данных, расположенных в одном корпусе. Панель сбора данных предназначена для обработки данных, полученных от смесительной установки и датчиков высокого давления комплекса ГРП, и представляет собой главный орган управления работами по ГРП. Панели управления 17 насосными установками обслуживает один или два человека в зависимости от количества подключенных насосных установок. На панелях 17 имеется кнопка аварийной остановки всех насосных установок одновременно. Панели 18 обслуживает один человек. На панелях 17 и 18 размещены те же органы управления и контрольные приборы, что и на выносных пультах отдельных установок, входящих в состав комплекса ГРП (насосных установок и смесительной установки), а также тумблеры запуска дополнительных двигателей. Имеется возможность передать регистрируемые данные на портативный компьютер или модуль памяти, а также выводить на электронные или бумажные носители.
Компьютерное оборудование 6 для сбора, регистрации и обработки полученных данных включает в себя компьютерную систему, соединенную в локальную сеть, и беспроводную систему связи для персонала. Компьютерная система снабжена двумя компьютерами 19 с программным обеспечением, которое позволяет проводить моделирование в реальном времени, а также одновременно записывать до 60 параметров технологического процесса, которые выводятся на панель системы сбора данных 18 и панели 17. Один из компьютеров предназначен для сбора данных, другой - для выполнения инженерных расчетов. Компьютеры 19 взаимозаменяемы, и при отказе одного из компьютеров другой выполняет его функции. Все компьютеры соединены в локальную сеть, имеется принтер и сканер. Информация с компьютеров отражается на восьми мониторах: четырех для операторов и четырех для заказчика. Кроме того имеется еще два компьютера, совмещенных с монитором, один из которых 20 предназначен для управления гидратационной установкой, а другой 21 - для непрерывного контроля операторами за давлением нагнетания в ходе операций ГРП. Компьютеры 20 и 21 позволяют отображать информацию с мониторов установки на внешние компьютеры заказчика. Передача данных осуществляется через беспроводную Wi-Fi точку доступа промышленного исполнения с наружной антенной 22, которая обеспечивает устойчивую связь на расстоянии не менее 200 метров. Установка оснащена усилителем GSM сигнала с внешней направленной антенной 23, а также оборудована независимым GSM шлюзом, что обеспечивает возможность использования сотовой связи и доступа в Интернет с любого компьютера. Для оперативной связи в процессе выполнения работ персонал обеспечивается автономными беспроводными переговорными устройствами с антеннами. Для этого в установку включены две радиостанции 24-х персональных переносных раций в комплекте с шумозащитными наушниками, микрофонами на элементах питания и зарядным устройством для них, смонтированных на защитных касках. Оборудование установки может получать электрическую энергию как от внешней сети 220 В 50 Гц переменного тока, так и от автономного источника питания. Для автономного электроснабжения во внешнем запираемом отсеке 25, расположенном в задней части фургона установлен дизельный генератор переменного тока мощностью 16 кВт. Устройство имеет систему электрического запуска, автоматической подзарядки аккумулятора при подключении установки к внешнему источнику питания, а также автоматическую систему стабилизации напряжения и частоты тока.
Таким образом, заявляемая установка позволяет
Источники информации, принятые во внимание при рассмотрении заявки:
1. Патент РФ на полезную модель №66287, заявл. 09.08.2005 г., опубл. 10.09.2007, МПК В60Р 3/14.
2. Станция управления гидроразрывом пласта и дозирования хим. реагентов КУ ГРП. Интернет http://корона-тэк.рф/gidrorazryv-plasta.
3. «Передвижная автоматизированная установка сбора данных и управления с лабораторией, производство STEWART&STIVENSON. Модель ЕС-26 ACD - прототип, интернет http:www.weatherfort/ru.