一种海洋油气压裂作业信息交互系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种海洋油气压裂作业信息交互系统，该系统由压裂作业仪表橇、海洋油气压裂作业信息集成装置和船舶信息中心；船舶信息中心为远程监控压裂作业现作业的监控中心，负责全船各系统设备状态的监测、海洋环境信息的监测以及下达指导压裂作业的命令；压裂作业仪表橇实现对压裂作业现场数据的实时采集，通过串口将数据发送到海洋油气压裂作业信息集成装置；海洋油气压裂作业信息集成装置通过“分布”、“订阅”的网络通信机制与船舶信息中心进行信息的双向交互；海洋油气压裂作业信息集成装置设置虚拟局域网，完成装置内部信息传输的隔离。本发明能够解决现有的海洋油气压裂作业传输距离近、自动化程度低、不易于远程监测控制等问题。
【专利说明】
一种海洋油气压裂作业信息交互系统
技术领域
[0001] -种海洋油气压裂作业信息交互系统，具体涉及一种海洋油气压裂作业与船舶信 息中心的信息交互系统，属于海洋油气压裂作业技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着石油勘探开发技术的不断进步，以酸化压裂为主要手段的储层改造技术已经 成为开发低渗油气田、提高单井产量的主体技术，在陆地油气田得到了广泛的应用。海洋油 田丰富的油气资源约占全球石油资源总量的34%，探明率不到30%，将陆地压裂技术转化 为适合海上作业的可行技术，将成为今后几年海洋石油发展战略之一。
[0003] 我国开发的海洋油气勘探多在浅海地区，对海洋压裂设备的要求不高，而且，目前 在役的海洋压裂设备存在着机组配套不完善、自动化程度低的问题。随着我国海洋油气田 开发力度的不断扩大，大型压裂作业不段向深远海发展。因现场作业区域较远、海洋环境恶 劣，工况复杂，现场操作效率低、安全性不高等问题，使得压裂作业现场的关键数据信息很 难及时获得，无法安全有效地指导压裂作业。其中，海洋油气压裂作业信息集成装置是压裂 作业过程中，进行压裂作业系统与船舶信息中心的信息传输、实时稳性计算、指导压裂作业 的新型设备。通过发明一种海洋油气压裂作业信息交互系统，使远离压裂现场的管理人员 能够通过远程监控系统实现对压裂现场的实时监控和信息共享，对提高压裂开发效益有十 分重要的意义。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种海洋油气压裂作业信息交互系统，该系统搭建在压 裂作业系统与船舶信息中心之间，能够解决现有的海洋油气压裂作业传输距离近、自动化 程度低、不易于远程监测控制等问题。
[0005] -种海洋油气压裂作业信息交互系统，该系统由压裂作业仪表橇、海洋油气压裂 作业信息集成装置和船舶信息中心；
[0006] 海洋油气压裂作业信息集成装置包括显示器、操作面板和工控机;所述显示器用 于人机对话和显示压裂作业船舶信息的工作状态，显示器和操作面板分别与工控机电气连 接；
[0007] 所述的船舶信息中心为远程监控压裂作业现场作业的监控中心，负责全船各系统 设备状态的监测、海洋环境信息的监测以及下达指导压裂作业的命令；
[0008] 所述压裂作业仪表橇实现对压裂作业现场数据的实时采集，通过串口将数据发送 到海洋油气压裂作业信息集成装置的工控机中；
[0009] 海洋油气压裂作业信息集成装置通过串口获取压裂作业现场信息，通过"分布"、 "订阅"的网络通信机制与船舶信息中心进行信息的双向交互;海洋油气压裂作业信息集成 装置设置虚拟局域网，完成装置内部信息传输的隔离。
[0010] 进一步地，所述工控机包括处理单元、电源单元、接口单元、存储单元和驱动单元， 处理单元用于完成船舶的初稳性计算以及状态信息数据的格式转换、数据封包和添加时间 信息，存储单元用于存储压裂作业系统与船舶信息系统的设备状态信息，所述电源单元为 处理单元供电。
[0011] 进一步地，所述海洋油气压裂作业信息集成装置具有船舶初稳性计算功能，能够 根据船舶姿态以及压裂作业情况计算出船舶的当前初稳性高度，当船舶重心高及稳性高超 出阈值时，能够及时发出报警通知。
[0012] 进一步地，所述船舶初稳性计算步骤如下：
[0013] ⑴初始排水量、初始重心高度及初稳性高度的计算：
[0014] 船舶在作业时，每一个工况都对应一个初始吃水、排水量、重心高及初稳性高，作 业过程中这些数据发生变化，此数据通过船舶装载计算得出；在计算过程中，按100%货物 100%自用油水出港作为初始条件；
[0015] (2)当载荷变动时，获取船舶信息，确认当前船舶舶吃水高度。根据当前吃水高度 查询静水力特性曲线表，确定当前吃水高度对应的船舶的排水量Ai、船舶的横稳心高度 KMi；
[0016] (3)根据压裂作业系统各设备的重心高度以及船舶舱室液位高度计算压裂作业船 的重心高度：
[0018] 重量:G = v*p
[0019] =
[0020] 其中，S为最大底面积，h液i为当前设备液位高度，P为密度；
[0021] 在G固、ft未知的情况下，可以采用差值计算方法间接获取当前总力矩6出1:
[0022] a)液位高度为ho时，总重力矩：
[0024] G液〇:为满载时压裂船各液舱设备的重量、重要压裂设备的重量，通过查询数据库 计算可得(G = S*h液a*p);
[0025] :为满载时重心高度，通过查数据库可得；
[0026] b)液位高度为hi时，总重力矩：
[0032] (4)根据横稳心高度和重心高度计算实时横初稳性高度：
[0033] GMi = KMi-KGi〇
[0034] 有益效果：
[0035] 1、本发明采用的信息集成系统是搭建压裂现场作业与船舶信息中心的核心桥梁， 信息交互系统通过网络通信技术及远程控制技术实现对现场压裂作业的远程控制，解决了 现场作业因交通和信息不便难于及时掌握压裂作业动态的问题，提高了作业效率，减少了 人员编制。
[0036] 2、本发明采用的船舶初稳性计算方法，能够自动实时地通过信息集成装置的处理 单元进行船舶初稳性和重心高度计算，当船舶重心高和初稳性高度超出阈值时，信息集成 装置能够发出预警信号，通知相应作业人员及时准确地进行故障处理，减少故障率。
【附图说明】
[0037]图1为本发明的系统组成原理图；
[0038]图2为海洋油气压裂作业信息集成装置信息交互示意图；
[0039]图3为船舶初稳性计算流程图。
[0040] 其中，1船舶信息中心，2海洋油气压裂作业信息集成装置，2-1显示器，2-2操作面 板，2-3工控机，3压裂作业仪表橇。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0042] 如附图1所示，本发明提供了一种海洋油气压裂作业信息交互系统，该系统由压裂 作业仪表橇3、海洋油气压裂作业信息集成装置2和船舶信息中心1;
[0043]海洋油气压裂作业信息集成装置2包括显示器2-1、操作面板2-2和工控机2-3;所 述显示器用于人机对话和显示压裂作业船舶信息的工作状态，操作面板上设置有指示灯、 功能按键、标准键盘以及轨迹球，指示灯设置自检通过、启动、停止、压裂故障指示、船舶故 障指示等功能。功能按键设置启动、停止、连接压裂系统、连接船舶中心、查看压裂信息、查 看船舶信息等功能；显示器和操作面板分别与工控机电气连接;工控机2-3包括处理单元、 电源单元、接口单元、存储单元和驱动单元，处理单元用于完成船舶的初稳性计算以及状态 信息数据的格式转换、数据封包和添加时间信息;存储单元用于存储压裂作业系统与船舶 信息系统的状态信息(包括船舶的静水力特性数据、船舶的各液舱的重心统计数据），通过 事先把这些参数信息输入到数据库中，为压裂作业运行时船舶的初稳性计算以及回溯压裂 作业船的故障发生时间、发生原因提供依据;电源单元为处理单元供电；接口单元负责信息 对外的输入输出；处理单元负责对采集的数据进行格式转换，数据封包，添加时间信息等。 同时，处理单元还能够根据船舶姿态以及压裂作业情况计算出船舶的当前稳性高度，并与 参考阈值进行对比，超出阈值能够及时的发出预警信号，通知相应作业人员及时准确地进 行故障处理，减少故障率。
[0044] 船舶信息中心1为远程监控压裂作业现作业的监控中心，负责全船各系统设备状 态的监测、海洋环境信息的监测以及下达指导压裂作业的命令；
[0045] 压裂作业仪表橇3实现对压裂作业现场数据的实时采集，通过串口将数据发送到 海洋油气压裂作业信息集成装置2工控机的接口单元中。
[0046]如附图2所示，系统采用网络通信技术及远程控制技术将设备进行集中控制，实现 各系统的信息共享，进而实现压裂作业系统与船舶信息中心的信息交互和远程控制。在船 舶信息中心与压裂作业系统进行信息交互时，同一系统内的信息传输管理采用虚拟局域网 技术，通过分配合理的链路端口和链路带宽，实现系统内部信息传输的隔离，确保各系统内 部信息传递互不干扰，提高信息传输的安全性和可靠性;不同系统间的信息传输管理采用 数据分发服务(DDS)技术，在各系统设备通信网络上建立了全局数据空间的概念，通过"发 布"和"订阅"的方式与主题相关数据进行传输。这种信息交互方法可以保证各系统功能相 对独立的同时具有安全性高、实时性强、无服务瓶颈、跨平台操作、可扩展性强等优点。 [0047]压裂作业与船舶信息交互过程如下：
[0048] (1)从压裂作业仪表撬接收压裂作业系统信息。
[0049] 压裂作业仪表橇将压裂作业系统的各种设备参数、重载请求、停止通知、故障报警 等信息发送给船舶与压裂作业信息集成装置。
[0050] (2)向船舶信息中心发送压裂作业系统的关键参数。
[0051]船舶与压裂作业信息集成装置将压裂作业仪表橇发送来的信息进行整理，将重要 关键参数(比如影响到船舶安全性的参数)发送给船舶信息中心。
[0052] (3)从船舶信息中心接收船舶姿态信息、海洋环境信息。
[0053]船舶信息中心将船舶的姿态信息以及海洋环境信息发送给船舶与压裂作业信息 集成装置。
[0054] (4)向压裂作业仪表撬发送指导压裂作业指令。
[0055]船舶与压裂作业信息集成装置根据压裂作业系统参数、船舶姿态信息、海洋环境 信息，船舶与压裂作业信息集成装置通过计算稳性，向压裂作业仪表撬发送指导压裂作业 信息。
[0056]在压裂作业信息交互时，信息集成装置能够根据船舶姿态以及压裂作业情况计算 出船舶的当前稳性高度，当船舶重心高及稳性高超出阈值时，能够及时发出报警通知，如附 图3所示，船舶初稳性计算步骤如下：
[0057] (1)初始排水量、初始重心高度及初稳性高度的计算：
[0058]船舶在作业时，每一个工况都对应一个初始吃水、排水量、重心高及初稳性高，作 业过程中这些数据发生变化，此数据通过船舶装载计算得出；在计算过程中，按100%货物 100%自用油水出港作为初始条件；
[0059] (2)当载荷变动时，获取船舶信息，确认当前船舶舶吃水高度。根据当前吃水高度 查询静水力特性曲线表，确定当前吃水高度对应的船舶的排水量Ai、船舶的横稳心高度 KMi；
[0060] (3)根据压裂作业系统各设备的重心高度以及船舶舱室液位高度计算压裂作业船 的重心高度：
[0062] 重量:G = v*p
[0063] =s*H?夜 i*p
[0064] 其中，S为最大底面积，h液i为当前设备液位高度，P为密度；
[0065] 在G固、ft未知的情况下，可以采用差值计算方法间接获取当前总力矩6出1:
[0066] a)液位高度为ho时，总重力矩：
[0068] G液〇:为满载时压裂船各液舱设备的重量、重要压裂设备的重量，通过查询数据库 计算可得(G = S*h液a*p);
[0069] :为满载时重心高度，通过查数据库可得；
[0070] b)液位高度为hi时，总重力矩：
[0076] (4)根据横稳心高度和重心高度计算实时横初稳性高度：
[0077] GMi = KMi-KGi
[0078] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种海洋油气压裂作业信息交互系统，其特征在于，该系统由压裂作业仪表橋、海洋 油气压裂作业信息集成装置和船舶信息中屯、； 海洋油气压裂作业信息集成装置包括显示器、操作面板和工控机;所述显示器用于人 机对话和显示压裂作业船舶信息的工作状态，显示器和操作面板分别与工控机电气连接； 所述的船舶信息中屯、为远程监控压裂作业现场作业的监控中屯、，负责全船各系统设备 状态的监测、海洋环境信息的监测W及下达指导压裂作业的命令； 所述压裂作业仪表橋实现对压裂作业现场数据的实时采集，通过串口将数据发送到海 洋油气压裂作业信息集成装置的工控机中； 海洋油气压裂作业信息集成装置通过串口获取压裂作业现场信息，通过"分布"、"订 阅"的网络通信机制与船舶信息中屯、进行信息的双向交互;海洋油气压裂作业信息集成装 置设置虚拟局域网，完成装置内部信息传输的隔离。2. 如权利要求1所述的一种海洋油气压裂作业信息交互系统，其特征在于，所述工控机 包括处理单元、电源单元、接口单元、存储单元和驱动单元，处理单元用于完成船舶的初稳 性计算W及状态信息数据的格式转换、数据封包和添加时间信息，存储单元用于存储压裂 作业系统与船舶信息系统的设备状态信息，所述电源单元为处理单元供电。3. 如权利要求1或2所述的一种海洋油气压裂作业信息交互系统，其特征在于，所述海 洋油气压裂作业信息集成装置具有船舶初稳性计算功能，能够根据船舶姿态W及压裂作业 情况计算出船舶的当前初稳性高度，当船舶重屯、高及稳性高超出阔值时，能够及时发出报 警通知。4. 如权利要求3所述的一种海洋油气压裂作业信息交互系统，其特征在于，所述船舶初 稳性计算步骤如下： (1) 初始排水量、初始重屯、高度及初稳性高度的计算： 船舶在作业时，每一个工况都对应一个初始吃水、排水量、重屯、高及初稳性高，作业过 程中运些数据发生变化，此数据通过船舶装载计算得出；在计算过程中，按100%货物100% 自用油水出港作为初始条件； (2) 当载荷变动时，获取船舶信息，确认当前船舶舶吃水高度。根据当前吃水高度查询 静水力特性曲线表，确定当前吃水高度对应的船舶的排水量Δ i、船舶的横稳屯、高度KMi; (3) 根据压裂作业系统各设备的重屯、高度W及船舶舱室液位高度计算压裂作业船的重 屯、高度： 重屯、高：重量:G = v*p =糾巧夜i*P 其中，S为最大底面积，bsi为当前设备液位高度，P为密度； 在G固、砸未知的情况下，可W采用差值计算方法间接获取当前总力矩Gi出： a)液位高度为ho时，总重力矩： GoHo = Σ G固Hh+ Σ 甸10 曲10 甸?0:为满载时压裂船各液舱设备的重量、重要压裂设备的重量，通过查询数据库计算可 得(G = S*h湖立*p); 曲?Ο :为满载时重屯、高度，通过查数据库可得； b)液位高度为hi时，总重力矩： G巧i = Σ姻砸+ Σ G?抱恥i C)差值计算： G化=Go曲-(Σ G液恥〇- Σ G祗恥i) 因此，重屯、高KG功：(4)根据横稳屯、高度和重屯、高度计算实时横初稳性高度： GMi = KMi-KGi。
【文档编号】G06Q50/02GK106097128SQ201610458683
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】杨秀芳, 刘德丽, 吴汉川, 李莉莉, 王楠
【申请人】中石化石油工程机械有限公司第四机械厂