压裂施工联合服务器数据处理系统的制作方法

本发明属于油田水力压裂设备领域，涉及压裂施工中的数据处理系统，尤其涉及压裂施工中的联合服务器数据处理系统。

背景技术：

页岩油气水力压裂施工是一项系统的增产工艺技术措施，通过水力压裂在地层3000米～4000米之间压开网状裂缝形成导流通道从而将无法产出的油气通过井筒采出。在此过程需要整体监控压裂设备的运行参数，包括施工压力、混砂车吸入排出排量、泵车发动机转速等上百种运行参数。仪表控制软件通过压裂车组配置的传感器、感应器收集并实时反馈运行参数，并通过信号传输控制压裂车组的运行从而保证施工的正常运行。

针对以上施工特点，由于国内页岩油气施工现场情况复杂，由常规压裂的6～8台泵车增加至18～24台，相应配套混砂车、混配车，高低压管汇等设备匹配数量显著增加，仪表指挥车在实时监控和采集运行数据方面提出了更高的要求，目前所使用的仪表控制系统一是服务器独立运行，相互之间没有形成完全共享，任一服务器故障均会影响压裂施工的正常进行；二是没有嵌入相应的压裂液性能参数，从而无法实时反映井筒摩阻压力和井底压力；三是对井筒数据的计算缺失，施工指挥需要临时手动计算施工阶段井筒中的压裂液量；四是显示数据量无法满足页岩油气施工中大数据决策要求。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术在压裂施工时数据处理系统存在的不足，提供一种能够共享数据、实时计算井筒数据并直观显示的压裂施工联合服务器数据处理系统。本发明的目的通过以下技术方案实现。

压裂施工联合服务器数据处理系统，包括为系统各单元供电的电源单元，数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元和显示单元，数据采集单元通过各种传感器采集压裂施工工艺参数数据，压裂施工工艺参数数据通过数据传输单元传输到数据处理单元计算处理后输出到显示单元显示，其特征在于，所述数据处理单元由多台服务器构成服务器集群，所有服务器均通过数据传输单元和相同的通信协议相连，联合工作，任一台服务器均可读取全部压裂施工工艺参数数据并控制施工现场所有设备运行。通过上述并发式处理结构，不同服务器可以实现完全共享，只要有一个服务器正常工作，单一服务器甚至多个服务器故障均不会影响压裂施工的正常进行，任何一个服务器均可以取全、取准所有施工数据。

进一步地，所述数据处理单元包括压裂仿真计算模块，所述压裂仿真计算模块包括压裂液性能数据库和仿真计算程序，仿真计算程序将采集到的压裂施工工艺参数数据与压裂液性能数据库匹配，实时计算井筒参数。将实验室分析数据，例如不同压裂液的滤失系数、粘温曲线、流变曲线输入到压裂液性能数据库中，仿真计算程序根据井筒尺寸大小和深度，不同阶段压裂液在井筒中的位置，结合施工排量等参数实时计算井筒摩阻等参数。

进一步地，所述仿真计算程序通过井筒摩阻的计算可实时计算井底压力并直观显示在显示单元。

进一步地，所述仿真计算程序将实时计算出的井筒参数以模拟井筒的方式直观显示在显示单元。

进一步地，所述传输单元包括通信控制器、数据转换器、路由器、交换机和数据传输网络。通信控制器和数据转换器负责将数据采集单元采集的现场施工数据实时与外部对接和双向传输，通过数据传输网络实现与远距离指挥中心的实时通信。路由器和交换机负责提供数据采集单元的内部连接网络的建立，将混砂车施工数据例如吸入排量、排出排量、砂浓度和压裂泵车参数——泵头排出压力、动力端油温、发动机转速等通过内部网络传输到仪表车，由数据处理单元中的服务器集群进行分析计算并将计算结果显示到显示单元中，从而为施工指挥人员提供实时数据支撑。

进一步地，所述传输单元还包括网络传输加速器。网络传输加速器可以提供大容量(例如6gb)缓存，并极大提高传输速率(例如可以达到90mbps)。

进一步地，所述网络传输加速器既可以接收无线传输网络数据又可以接收有线网络数据，数据传输网络可以在有线、无线之间切换，混砂车、压裂泵车施工参数例如吸入排量、排出排量、砂浓度、泵头排出压力、动力端油温、发动机转速等可通过无线网络传输到数据处理单元，也可以通过有线或者无线、有线混合网络传输到数据处理单元。

进一步地，所述数据传输网络为卫星或者商用移动通信网络。系统服务器采集、储存、计算的压裂施工数据包括仿真计算程序计算的井筒数据，地面压力排量数据，压裂设备发动机、变速箱、动力端、液力端转速、压力、油温、水温等不同参数均可以通过卫星或者商用移动通信网络进行远程传输，指挥中心的设置不在受限于距离和地理位置的限制，可以在远距离任一位置接收传输数据，实现远程数据共享。

进一步地，所述电源单元包括三相电压转换器、稳压电流保护器、电源分配器和ups电源。三相电压转换器监控380v外接电源稳定状态，将380v电源转为220v并与稳压电流保护器协作保证数据处理系统电压、电流维持在理想稳定状态，在突发应急断电情况下ups电源可以提供2小时的应急供电从而保证不间断220v电源供应。

进一步地，所述电源由外接380v工业用电网络提供，在不具备工业用电网络条件下，自备380v柴油发动机组可长时间稳定供电。

进一步地，所述数据显示单元包括多个大尺寸显示器(例如9个19寸显示器)，安置在仪表车操作台墙壁上。

本发明将实验室分析数据，例如不同压裂液的滤失系数，粘温曲线、流变曲线嵌入到采集系统中，根据井筒尺寸大小和深度，不同阶段压裂液在井筒中的位置，结合施工排量等参数实时计算井筒摩阻。

本发明根据数据采集可视化的设计思路，根据井筒尺寸和深度实时显示不同阶段压裂液在井筒中的容积和位置，为现场指挥人员提供直观、准确判断依据。

本发明拓展了信号传输的数量和质量，将以往的信道传输拓展到几百个，可以采集压裂泵车单车发动机、变速箱、动力端、液力端泵头等转速、压力、油温、水温等不同参数，可以满足雨雪冰雾恶劣天气条件下大数据稳定传输要求。

本发明由于不同服务器可以实现完全共享，只要有一个服务器正常工作，单一服务器甚至多个服务器故障均不会影响压裂施工的正常进行，任何一个服务器均可以取全、取准所有施工数据，服务器之间实现完全的数据共享、控制共享和处理共享，任何一个服务器在施工的任何阶段均可以成为主要控制单位。

本发明根据压裂液性能计算井筒摩阻从而可以准确计算出井底压力，改变了以往施工中以地面设备压力间接判断井底压力的局限性，提高了决策效率，为指挥人员提供更为准确直观的判断依据。

本发明实时显示不同阶段压裂液在井筒中的容积和位置，改变了以往施工过程中人为手动计算的缺陷，施工指挥人员可以实时观察不同阶段压裂液进地层的时间节点从而为指挥决策提供强有力的支持。

本发明上百种信号数据的实时传输和显示，为施工指挥人员提供了页岩油气施工决策依据。

附图说明

图1是本发明的压裂施工联合服务器数据处理系统结构示意图。

图2是本发明的压裂施工联合服务器数据处理系统数据传输示意图。

附图标记：1-三相电压转换器、2-稳压电流保护器、3-通信控制器、4-数据转换器、5-路由器、6-电源分配器、7-交换机、8-网络传输加速器、9-服务器集群、10-ups电源、11-显示器集群、12-仪表车。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

本发明提供的压裂施工联合服务器数据处理系统结构示意图如图1所示，包括为系统各单元供电的电源单元，数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元和显示单元，数据采集单元通过各种传感器采集压裂施工工艺参数数据，压裂施工工艺参数数据通过数据传输单元传输到数据处理单元计算处理后输出到显示单元显示，所述数据处理单元由多台服务器构成服务器集群，所有服务器均通过数据传输单元和相同的通信协议相连，联合工作，任一台服务器均可读取全部压裂施工工艺参数数据并控制施工现场所有设备运行。

所述电源单元包括三相电压转换器1、稳压电流保护器2、电源分配器6和ups电源10。三相电压转换器1监控380v外接电源稳定状态，将380v电源转为220v并与稳压电流保护器2协作保证数据处理系统电压、电流维持在理想稳定状态，在突发应急断电情况下ups电源10可以提供2小时的应急供电从而保证不间断220v电源供应。

所述电源由外接380v工业用电网络提供，在不具备工业用电网络条件下，自备380v柴油发动机组可长时间稳定供电。

本发明的压裂施工联合服务器数据处理系统数据传输示意图如图2所示。所述传输单元包括通信控制器3、数据转换器4、路由器5、交换机7、网络传输加速器8和数据传输网络，数据传输网络为卫星或者商用移动通信网络。通信控制器3和数据转换器4负责将数据采集单元采集的现场施工数据实时与外部对接和双向传输，通过卫星或者商用移动网络实现与远距离指挥中心的实时通信。路由器5和交换机7负责提供现场数据采集单元的内部连接网络的建立，将混砂车施工数据例如吸入排量、排出排量、砂浓度和压裂泵车参数——泵头排出压力、动力端油温、发动机转速等通过内部网络传输到仪表车12，由数据处理单元中的服务器集群9进行分析计算并将计算结果显示到显示单元的显示器集群11中，从而为施工指挥人员提供实时数据支撑。其中网络传输加速器8提供6gb缓存，传输速率最高可加速到90mbps。

本发明的压裂施工联合服务器数据处理系统显示单元设置9个19寸显示器可以实时显示不同阶段压裂液在井筒中的容积和位置，改变了以往施工过程中人为手动计算的缺陷，施工指挥人员可以实时观察不同阶段压裂液进地层的时间节点从而为指挥决策提供强有力的支持。

本发明的压裂施工联合服务器数据处理系统显示单元设置9个19寸显示器，显示数据增多，显示内容共享，操作更为灵活，决策依据更为直观。

本发明的的压裂施工联合服务器数据处理系统显示单元设置的9个19寸显示器镶嵌在仪表车操作台墙面，固定牢靠，可满足长距离运输要求。