采气模拟系统及模拟方法技术方案

本发明专利技术公开了一种采气模拟系统及模拟方法，采气模拟系统包括采气模拟装置、PLC控制器和控制单元，控制单元包括主控机、参数机和图形处理机，采气装置与PLC控制器连接，PLC控制器通过串口与参数机连接，参数机和图形处理机分别通过通讯网络与主控机连接；采气模拟方法包括PLC数据采集、主控机计算和虚拟呈现。本发明专利技术提供了一种采气模拟系统及模拟方法，该系统及方法克服了传统计算难以实时计算管网流动情况的不足，能够实时计算管网的压力、流动情况，能够方便的进行泄漏、堵塞、超压事故的模拟，设备占地面积小，各学员都能够直观的观察各采气模拟装置的响应动作，真正做到高度仿真效果，增强培训的现场感、改善培训效果。

【技术实现步骤摘要】
采气模拟系统及模拟方法
本专利技术涉及天然气开采模拟领域，特别是一种使用采气模拟系统的采气模拟方法。
技术介绍
石油油田往往除了石油外还储藏有天然气资源，因此在石油开采过程中同时要进行天然气的开采，采气工程是天然气开采工程中一个占有主导地位的系统工程，对天然气气田的高效益、高采收率开发具有举足轻重的作用。然而，对于油田新进员工或石油天然气相关专业学生，他们对采气的流程、分离器、加热炉等设备或者发生事故时的处理方法都没有感性的认识，对于现场采气操作不熟悉。一旦出现操作失误或不慎，有可能引发严重的质量事故或安全事故，为国家和人民带来重大的损失。因此，石油钻井采气从业人员的上岗知识培训和专业技能培训显得十分重要。但由于几乎所有的钻井现场和设施都分布在野外，不可能将培训放到现场进行，如果仅依靠常规的课堂教学或实验室操作，由于缺乏形象逼真、直观生动的辅助手段和方式，不免陷入课程内容简单枯燥、学员学习效果差的尴尬局面，培训难以达到预期效果。传统的采气模拟培训均是使用的真实设备进行培训，内部以空气为介质模拟天然气的流动，传统的模拟培训是带压设备，具有安全隐患，内部有流体，系统维护成本高，易损坏，压力、温度、流量的数据与现场差距很大，无法反应现场工作情况，培训效果差，密闭性要求高，设备昂贵，对设备材料有一定的要求，通常只能使用标准件，且难以模拟泄漏、堵塞、阀门损坏、冻堵等事故情况，所有设备必须物理上连通，导致设备布局较为困难，占地面积广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用采气模拟系统的采气模拟方法，该系统及方法克服传统计算难以实时计算管网流动情况的不足，能够实时计算管网的压力、流动情况，能够方便的进行泄漏、堵塞、超压事故的模拟，设备占地面积小，各学员都能够直观的观察各采气模拟装置的响应动作，真正做到高度仿真效果，增强培训的现场感、改善培训效果。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：采气模拟系统，它包括采气模拟装置、PLC控制器和控制单元，控制单元包括主控机、参数机和图形处理机，采气装置与PLC控制器连接，PLC控制器通过串口与参数机连接，参数机和图形处理机分别通过通讯网络与主控机连接；所述的采气模拟装置上根据实际采气设备设置有阀门、显示表和开关组，PLC控制器上设置有用于循环采集采气设备上的阀门开度及开关状态的采集器；所述的主控机上设置有用于根据阀门开度及开关状态，通过数学模型计算出压力表数据、虚拟场景中设备工作状况数据、流动情况数据的计算模块；所述的秃顶处理机上设置有用于根据虚拟场景中设备工作状况数据呈现模拟的现场实景及设备工作情况的虚拟呈现模块。它还包括投影系统，投影系统包括投影仪和与投影仪相配合的投影幕布，投影仪与图形处理机相连。所述的采气模拟装置包括：标准采气井口、简易采气井口、电潜泵排水采气井、柱塞排水采气井、进站阀组、加热炉、一级节流区、计量分离器、生产分离器、旋风分离器、分水包、出站阀组、甲醇储罐、甲醇泵、发泡剂罐、鹤管和清管器收发装置。采气模拟方法，它包括以下步骤：S1：选择作业类型，并发送硬件和图形初始化数据；S2：采集阀门及开关状态数据，PLC控制器循环采集采气模拟装置上阀门开度及开关状态；S3：主控机根据采集的数据判断操作是否正确，根据判断结果执行如下子步骤：A.操作正确，跳转步骤S4；B.操作错误，给出错误提示，并跳转步骤S4；S4：根据数学模型计算出流动数据、压力数据；S5：将流动数据、压力数据发送给图形处理机和PLC控制器；S6主控机判断操作是否正确，根据判断结果执行如下子步骤：a.操作正确，系统响应结束，完成模拟操作；b．操作错误，跳转步骤S2，直到操作正确。所述的步骤S5中图形处理机接收到流动数据和压力数据后，根据此数据呈现模拟的现场实景及设备工作情况；PLC控制器接收到流动数据和压力数据后，根据此数据对采气模拟装置上的显示表进行相应控制。所述的数学计算模型包括纯气体计算、管网流动计算、离心泵计算和容积泵计算；纯气体计算：气体的体积是可压缩的，密闭容器内气体的压力与气体的体积、温度相关，符合公式PV=nRT，在气体体积变化不太大时，气体的压力认为与体积成反比，向密闭容器内增加气体时，气体的压力是线性变化的；管网流动计算：三根管道间流体的流动，需要单独计算每根管道的流入流体质量和流出流体质量，需要计算流入管道1的流体质量，流出管道1的质量和流出管道2的质量，并由质量反向计算出压力值；离心泵计算：离心泵在未启动时，出口与入口是直接连通的，当离心泵关闭时，管道4和管道5设置为直接连通，当离心泵打开时，管道4流入管道5的流量可以使用如下公式进行计算：管道4流入管道5的流量=离心泵功率/出口与入口间的压力差X泵效；容积泵计算：容积泵的特点是一个工作循环总是将定容量的流体输入到出口管道中，泵关闭时入口与出口不连通，当容积泵关闭时，管道6和管道7完全断开，当容积泵打开时，流入管道7的流量=容积泵的工作循环次数X每个循环的容积。所述的容积泵包括罗茨泵、柱塞泵、齿轮泵和螺杆泵。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种使用采气模拟系统的采气模拟方法，该系统及方法克服了传统计算难以实时计算管网流动情况的不足，能够实时计算管网的压力、流动情况，能够方便的进行泄漏、堵塞、超压事故的模拟，设备占地面积小，各学员都能够直观的观察各采气模拟装置的响应动作，真正做到高度仿真效果，增强培训的现场感、改善培训效果。附图说明图1为本专利技术采气模拟系统的连接框图；图2为本专利技术采气模拟方法流程图；图3为向密闭容器增加气体压力变化曲线；图4为管网流动示意图；图5为离心泵示意图；图6为容积泵示意图。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，采气模拟系统，它包括采气模拟装置、PLC控制器和控制单元，控制单元包括主控机、参数机和图形处理机，采气装置与PLC控制器连接，PLC控制器通过串口与参数机连接，参数机和图形处理机分别通过通讯网络与主控机连接；所述的采气模拟装置上根据实际采气设备设置有阀门、显示表和开关组，PLC控制器上设置有用于循环采集采气设备上的阀门开度及开关状态的采集器；所述的主控机上设置有用于根据阀门开度及开关状态，通过数学模型计算出压力表数据、虚拟场景中设备工作状况数据、流动情况数据的计算模块；所述的秃顶处理机上设置有用于根据虚拟场景中设备工作状况数据呈现模拟的现场实景及设备工作情况的虚拟呈现模块。它还包括投影系统，投影系统包括投影仪和与投影仪相配合的投影幕布，投影仪与图形处理机相连。所述的采气模拟装置包括：标准采气井口、简易采气井口、电潜泵排水采气井、柱塞排水采气井、进站阀组、加热炉、一级节流区、计量分离器、生产分离器、旋风分离器、分水包、出站阀组、甲醇储罐、甲醇泵、发泡剂罐、鹤管和清管器收发装置。如图2所示，采气模拟方法，它包括以下步骤：S1：选择作业类型，并发送硬件和图形初始化数据；S2：采集阀门及开关状态数据，PLC控制器循环采集采气模拟装置上阀门开度及开关状态；S3：主控机根据采集的数据判断操作是否正确，根据判断结果执行如下子步骤：A.操作正确，跳转步骤S4；B.操作错误，给出错误提示，并跳转步骤S4；S4：根据数学模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
采气模拟系统，其特征在于：它包括采气模拟装置、PLC控制器和控制单元，控制单元包括主控机、参数机和图形处理机，采气装置与PLC控制器连接，PLC控制器通过串口与参数机连接，参数机和图形处理机分别通过通讯网络与主控机连接；所述的采气模拟装置上根据实际采气设备设置有阀门、显示表和开关组，PLC控制器上设置有用于循环采集采气设备上的阀门开度及开关状态的采集器；所述的主控机上设置有用于根据阀门开度及开关状态，通过数学模型计算出压力表数据、虚拟场景中设备工作状况数据、流动情况数据的计算模块；所述的秃顶处理机上设置有用于根据虚拟场景中设备工作状况数据呈现模拟的现场实景及设备工作情况的虚拟呈现模块。

【技术特征摘要】
1.一种使用采气模拟系统的采气模拟方法，采气系统包括采气模拟装置、PLC控制器和控制单元，控制单元包括主控机、参数机和图形处理机，采气模拟装置与PLC控制器连接，PLC控制器通过串口与参数机连接，参数机和图形处理机分别通过通讯网络与主控机连接；所述的采气模拟装置上根据实际采气设备设置有阀门、显示表和开关组，PLC控制器上设置有用于循环采集采气设备上的阀门开度及开关状态的采集器；所述的主控机上设置有用于根据阀门开度及开关状态，通过数学模型计算出压力表数据、虚拟场景中设备工作状况数据、流动情况数据的计算模块；所述的图形处理机上设置有用于根据虚拟场景中设备工作状况数据呈现模拟的现场实景及设备工作情况的虚拟呈现模块；所述的采气模拟装置包括：标准采气井口、简易采气井口、电潜泵排水采气井、柱塞排水采气井、进站阀组、加热炉、一级节流区、计量分离器、生产分离器、旋风分离器、分水包、出站阀组、甲醇储罐、甲醇泵、发泡剂罐、鹤管和清管器收发装置，采气模拟系统还包括投影系统，投影系统包括投影仪和与投影仪相配合的投影幕布，投影仪与图形处理机相连，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑巧，丁鹏，
申请(专利权)人：西南石油大学，成都盛特石油装备模拟技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51