一种基于压裂井工厂作业线的数字孪生系统

技术领域

本发明涉及智能采油技术领域，特别涉及一种基于压裂井工厂作业线的数字孪生系统。

背景技术

压裂是一种改造储层物性、提高油藏开发效果的重要手段，在油气开发中被广泛应用。现有压裂井场的设备布局设计均采用二维制图或在二维平面上展现方式，其存在的主要缺陷有：首先是表达不够直观，施工指导性不强；其次物料清单中只包括大型设备，对于所需的线路和管线的用量无法统计，施工准备工期难以预测。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于压裂井工厂作业线的数字孪生系统，具有高质量井厂设计效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于压裂井工厂作业线的数字孪生系统，其特征在于：数字化井场设计平台、连接于所述数字化井场设计平台的工程施工预算系统和数字孪生运维系统；

所述数字化井场设计平台包括：

虚拟实体数据库，所述虚拟实体数据库功能包括存放虚拟实体，所述虚拟实体为针对物理实体利用数字孪生技术构建的压裂设备三维模型；

井场规划模块，所述井场规划模块功能包括设置虚拟井场的长度、宽度；

井口设置模块，所述井口设置模块功能包括设置虚拟井场的井口位置；

设备布置模块，所述设备布置模块将虚拟实体设置在虚拟井场内；

线路设置模块，所述线路设置模块对各虚拟实体进行虚拟电缆连接；

管线设计模块，所述管线设计模块通过虚拟管汇对各虚拟实体进行管线连接；

基本操作模块，所述基本操作模块对虚拟实体数据库中进行模型加密、模型导入和模型删除；

通过数字化井场设计平台在虚拟井场上设置各虚拟实体，并通过虚拟电缆和虚拟管汇对各虚拟实体进行连接，从而完成对井场的数字化设计；

所述工程施工预算系统包括使用设备数据库，用于存储数字化井场中使用的虚拟设备的名称、规格和数量；

设备预算模块，根据设备数据库生成物料清单，所述物料清单包括设备清单、管汇清单。

通过采用上述技术方案，在数字化井场设计平台内设置虚拟实体数据库，在数字化井场设计平台上对虚拟井场和井口进行规划设置，并在虚拟井场设置虚拟压裂设备、虚拟管汇和虚拟电缆，基本操作模块可对虚拟实体数据库中进行模型加密、模型导入和模型删除；通过数字化井场设计平台在虚拟井场上设置各虚拟实体，并通过虚拟电缆和虚拟管汇对各虚拟实体进行连接，从而完成对井场的数字化布局设计，相比于传统二维设计方式，通过三维虚拟实体的规划设计，设备布局更加直观，使得设计人员能更准确的对施工后设备实际布置状态进行评估；通过工程施工预算系统中的设备数据库存储设置在虚拟井场内的所用虚拟实体的数据，结合该数据库和设备虚拟布局设计生成物料清单，所述物料清单包括设备清单、管汇清单，设计人员根据物料清单估算出所需的施工准备时间和施工准备成本。

本发明的进一步设置为：所述数字孪生运维系统，包括：

数据采集模块，所述数据采集模块功能包括对各物理实体的作业数据进行采集；

数据存储模块，所述数据存储模块功能包括对物理实体的各作业数据进行存储；

数据显示模块，所述数据显示模块通过二维界面的方式在对应的虚拟实体上显示虚拟实体的实时数据；

数据交换模块，所述数据交换模块功能包括对数据采集模块与数据存储模块、数据显示模块与数据存储模块进行数据传输。

通过采用上述技术方案，设备信息采集装置包括传感器、工控机和PLC，数据采集模块对各物理实体的作业数据进行采集，数据存储模块对物理实体的各作业数据进行存储，各作业数据包括工程用料数据、井筒施工数据和设备运行数据；数据显示模块通过二维界面的方式在对应的虚拟实体上显示虚拟实体的实时数据；数据交换模块括对数据采集模块与数据存储模块、数据显示模块与数据存储模块进行数据传输。

本发明的进一步设置为：所述数据采集模块对各物理实体的作业数据进行采集，所述数据交换模块将数据采集模块采集到的物理实体的数据信息传递到数据存储模块并使其与对应的虚拟实体相匹配，当虚拟实体接收到数据调出指令时，所述数据交换模块将需要调出的数据传递到数据显示模块。

本发明的进一步设置为：所述数字孪生运维系统，还包括基本数据设定模块和警报统计模块，所述基本数据设定模块与所述数据存储模块和数据显示模块相连，所述基本数据设定模块用于设定各设备正常工作时的设备数据范围，所述警报统计模块对所述数据存储模块与基本数据设定模块之间的设备数据进行对比；

当实时的设备数据在所述数据设定模块设置的设备数据范围之内时，显示模块不显示设备异常；

当实时的设备数据在所述数据设定模块设置的设备数据范围之外时，显示模块在对应虚拟实体上显示异常工作警报。

通过采用上述技术方案，通过数据设定模块设定各设备正常工作时的设备数据范围，警报统计模块对数据存储模块与基本数据设定模块之间的设备数据进行对比，在实时的设备数据超出数据设定模块设置的设备数据范围之外时，显示模块在对应虚拟实体上显示异常工作警报，实现了对各设备运行的自动报警。

本发明的进一步设置为：所述警报统计模块对出现异常的设备进行统计并生成警报信息表，所述警报信息表内容包括警报次数、出现异常的设备型号、设备出现异常的最初时间、出现警报时的设备数据以及设备此时的实时运行数据，所述设备统模块与所述数据显示模块相连，所述数据显示模块对警报信息表进行显示。

通过采用上述技术方案，警报统计模块对出现异常的设备进行统计并生成警报信息表，从而显示出警报次数、出现异常的设备型号、设备出现异常的最初时间、出现警报时的设备数据以及设备此时的实时运行数据，数据显示模块对警报信息表进行显示。

本发明的进一步设置为：所述数字化井场设计平台还包括设备隐藏显示模块，所述设备隐藏显示模块功能包括对所述虚拟井场上的压裂设备、管汇和线路的虚拟实体进行显示或隐藏。

通过采用上述技术方案，在完成对井场的三维数字化设计后，通过对管汇和线路的虚拟实体进行分别隐藏或者同时隐藏，从而方便通过井场的三维模型制作井场的设备布局图、管汇连接图和线路连接图。

本发明的有益效果是：

1.通过数字化井场设计平台对井场进行数字化设计，相比于传统二维设计，通过三维虚拟实体的规划设计，布局设计更加直观，使得设计人员能更准确的对施工后设备实际布置状态进行评估；

2.通过工程施工预算系统中的设备数据库存储设置在虚拟井场内的所用虚拟实体的数据，设备预算模块根据设备数据库的数据生成物料清单，物料清单包括设备清单、管汇清单，设计人员可根据物料清单计算出所需的施工成本和施工时间；

3.通过数字孪生运维系统结合对井场的三维数字化设计图，实现方便直观的对压裂井工厂作业线的整体监控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实施例的结构示意图。

图2是本实施例的工作流程示意图。

图3是本实施例设备警报的流程图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例，一种基于压裂井工厂作业线的数字孪生系统，如图所示，包括数字化井场设计平台、连接于数字化井场设计平台的工程施工预算系统和数字孪生运维系统。

数字化井场设计平台包括：虚拟实体数据库、井场规划模块、井口设置模块、设备布置模块、线路设置模块、管线设计模块、基本操作模块和隐藏显示模块。

虚拟实体数据库，虚拟实体数据库功能包括存放虚拟实体，虚拟实体为针对物理实体利用数字孪生技术构建的三维模型；井场规划模块功能包括设置虚拟井场的长度、宽度；井口设置模块功能包括设置虚拟井场的井口位置；设备布置模块将虚拟实体设置在虚拟井场内；线路设置模块对各虚拟实体进行线路连接；管线设计模块通过虚拟管汇对各虚拟实体进行管线连接；基本操作模块对虚拟实体数据库中进行模型加密、模型导入和模型删除；设备隐藏显示模块功能包括对虚拟井场上的压裂设备、管汇和线路的虚拟实体进行分别显示或隐藏；

通过数字化井场设计平台先对虚拟井场的占地规模进行设置，而后在虚拟井场上设置各压裂设备的虚拟实体，并通过虚拟电缆和虚拟管汇对各压裂设备的虚拟实体进行连接，从而完成对井场的数字化设计；

工程施工预算系统包括使用设备数据库和设备预算模块，使用设备数据库用于存储数字化井场中使用的虚拟设备的名称、规格和数量；设备预算模块，根据设备数据库生成物料清单，物料清单包括设备清单、管汇清单。

数字孪生运维系统包括：数据采集模块，数据存储模块，数据显示模块，数据交换模块，基本数据设定模块和警报统计模块。

数据采集模块功能包括对各物理实体的作业数据进行采集；数据存储模块功能包括对物理实体的各作业数据进行存储；数据显示模块通过二维界面的方式在对应的虚拟实体上显示虚拟实体的实时数据；数据交换模块功能包括对数据采集模块与数据存储模块、数据显示模块与数据存储模块进行数据传输。数据采集模块对各物理实体的作业数据进行采集；

数据交换模块将数据采集模块采集到的物理实体的数据信息传递到数据存储模块并使其与对应的虚拟实体相匹配，当虚拟实体接收到数据调出指令时，数据交换模块将需要调出的数据传递到数据显示模块，基本数据设定模块与数据存储模块和数据显示模块相连，基本数据设定模块用于设定各设备正常工作时的设备数据范围。

如图所示，警报统计模块对数据存储模块与基本数据设定模块之间的设备数据进行对比；当实时的设备数据在数据设定模块设置的设备数据范围之内时，显示模块不显示设备异常；当实时的设备数据在数据设定模块设置的设备数据范围之外时，显示模块在对应虚拟实体上显示异常工作警报。

警报统计模块对出现异常的设备进行统计并生成警报信息表，警报信息表内容包括警报次数、出现异常的设备型号、设备出现异常的最初时间、出现警报时的设备数据以及设备此时的实时运行数据，设备统模块与数据显示模块相连，数据显示模块对警报信息表进行显示。

使用数字孪生系统时，通过数字化井场设计平台对井场设备布局进行三维数字化设计，通过对管汇和线路的虚拟实体进行隐藏，方便通过井场的三维模型制作井场的设备布局图；通过对管汇的虚拟实体单独隐藏，方便通过井场的三维模型制设备作管线连接图；通过对线路设备的虚拟实体单独隐藏，方便通过井场的三维模型制设备作线路连接图。工程施工预算系统通过制作完成的井场三维数字化模型生成物料清单，物料清单包括设备清单、管汇清单，设计人员根据物料清单计算出所需的施工成本和施工时间，为井场的施工建设做好提前准备；在完成井场的建设后，将各物理实体上的设备信息采集装置与数字孪生运维系统相连，数字孪生运维系统与各虚拟实体相连，使得数字孪生运维系统与虚拟三维井场上对实体井场进行直观监控并对出现异常的设备进行及时警报和记录，提高了对井场运行的监控效果。