一种井控设备运行数据监测系统的制作方法

1.本发明属于钻井装备技术领域，特别涉及防喷器、压井节流管汇和防喷器控制装置的运行状态监测，具体涉及一种井控设备运行数据监测系统。


背景技术：

2.目前，钻井是石油、天然气开发中的重要作业，钻井过程中，井筒中充满高于地层压力的钻井液，以防止地层中的高压流体进入井筒中。当遇到地层压力突然升高，超过钻井液液柱的压力时，地层流体就会侵入井筒，形成井涌或井喷，严重的井喷会造成严重的安全生产事故，导致人员的伤亡和设备的损坏。为了控制井喷的发生，钻井时需要在井口安装防喷器组、压井节流管汇和防喷器控制装置组成的井控设备。当发生井涌或井喷时，用于封闭井筒，防止事故进一步扩大。
3.现有的井控装备以纯机械液压设备为主，只有防喷器控制装置可能会安装少量传感器，而且仅限于测量本设备的工作参数。现场工作人员对井控设备的工作状态的判断，只能靠各种机械式仪表和目视等手段获得的有限信息来推断，对于设备内部的工作状况，更是无法了解。由于设备工作状况和工作人员经验的不同，还容易出现误操作，造成设备损坏，甚至引发事故。设备的使用过程参数、钻井工艺参数也缺乏追溯性，不利于提高设备管理水平和改进钻进作业工艺。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的，正是针对以上问题，通过新技术的应用，使上述问题得到了相应的解决。本发明提供了一种井控设备运行数据监测系统，通过井控设备加装的各种传感器及其它设备，实现井控设备工作状态的实时监测，对设备状态和工况进行综合判断，生成设备操作作业指令，对历史数据进行追溯和分析，提出设备维护和作业工艺改进建议。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.本发明实施例提供一种井控设备运行数据监测系统，包括：数据中心、客户端和作业现场设备；所述数据中心分别与客户端、作业现场设备通讯连接；
7.其中，所述作业现场设备将采集现场井控设备的监测数据和视频数据，发送至所述数据中心；
8.所述数据中心对接收的现场井控设备的监测数据和视频数据，进行记录、统计、分析，并向所述客户端提供相应的数据支持服务，以及对所述现场井控设备的状态给出风险预警和提出维修保养建议；
9.所述客户端用于展示所述数据中心提供的相应数据支持服务，并接收用户指令转送至所述数据中心，进而控制所述作业现场设备执行相应操作或发出声光报警信号。
10.进一步地，所述数据中心包括：依次连接的数据接口服务器、应用服务器和数据发布服务器；
11.其中，所述数据接口服务器用于运行数据库软件和通讯接口软件；通过所述通讯
接口软件与所述作业现场设备进行双向通讯，接收对所述现场井控设备的监测数据和视频数据；并转发用户指令给所述作业现场设备；所述运行数据库软件用于实现数据的存储、查询、修改、删除和统计功能；
12.所述应用服务器根据所述现场井控设备的监测数据和视频数据提供多种相应的数据支持服务；
13.所述数据发布服务器作为所述客户端的通信接口，提供b/s或c/s的模式架构。
14.进一步地，所述应用服务器，包括：
15.数据实时监控模块，用于显示作业现场设备采集到的实时数据，包括井压、井温、防喷器开油路压力、防喷器关油路压力、液控系统压力、环境温度、防喷器闸板的开关位置状态、节流阀阀芯的开度值、防喷器内腔有无管柱、井控设备的实时位置信息、井控设备的rfid识别码和对应的sn号；
16.数据统计模块，用于根据所述数据实时监控模块显示的数据，统计生成对应的数据曲线图和统计报表；
17.gis信息模块，用于根据所述作业现场设备传回的gps定位信息，生成设备的gis轨迹，并在电子地图上显示出井控设备的轨迹图；
18.视频监控模块，用于显示现场井控设备运行的视频图像；
19.误操作预警模块，用于根据所述数据统计模块的统计数据，对现场作业可能发生的误操作发出预警；
20.设备维修保养及故障预警模块，用于根据所述数据统计模块的统计数据，生成井控设备的维修保养建议；
21.生产工艺分析优化模块，用于根据所述数据统计模块的统计数据，生成对钻井工艺的改进建议。
22.进一步地，所述作业现场设备包括：数据采集处理装置、通讯处理模块、现场传感器、数据总线、无线通讯装置、rfid电子标签和电子标签读取器；
23.其中，所述rfid电子标签和现场传感器均安装在对应的井控设备上；
24.所述电子标签读取器读取所述rfid电子标签上的井控设备登记信息，并传输给所述数据采集处理装置；所述现场传感器将采集的对应井控设备的运行信息，通过所述无线通讯装置和/或数据总线传输给所述数据采集处理装置；
25.所述数据采集处理装置与所述通讯处理模块连接；所述通讯处理模块通过4g/5g蜂窝网络或卫星通讯链路实现与数据中心的双向通讯。
26.进一步地，所述数据采集处理装置包括：
27.cpu、存储器、模数转换电路、数据总线接口电路、微功耗无线收发模块、数字量接口电路，各部分之间通过内部数据总线连通。
28.进一步地，所述现场传感器包括：
29.温压一体传感器，安装于闸板防喷器的侧出口，其外形与防喷器侧出口盲法兰完全相同；
30.开油路压力传感器、关油路压力传感器，分别通过开关油路连接块，安装于防喷器的开、关油口；
31.液控系统压力传感器，连接在防喷器控制装置的蓄能器系统中，实时监测蓄能器
的压力；
32.闸板位置传感器，内置于闸板防喷器的液缸内，实时监测防喷器闸板的位置；
33.阀芯开度传感器，安装在流动节流阀的一侧，实时监测节流管汇节流阀的阀芯位置；
34.防喷器内腔管柱检测传感器，通过法兰串接在防喷器组中，实时检测防喷器组内部是否有钻井管柱；
35.北斗/gps传感器，安装在所述井控设备上，用于自动记录井控设备的工作地点；
36.视频传感器，安装在所述井控设备周边，为数据中心和用户提供作业现场的高清视频。
37.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
38.一种井控设备运行数据监测系统，包括：数据中心、客户端和作业现场设备；作业现场设备将采集现场井控设备的监测数据和视频数据，发送至所述数据中心；数据中心对接收的现场井控设备的监测数据和视频数据，进行记录、统计、分析，并向客户端提供相应的数据支持服务，以及对现场井控设备的状态给出风险预警和提出维修保养建议；客户端用于展示数据中心提供的相应数据支持服务，并接收用户指令转送至数据中心，进而控制作业现场设备执行相应操作或发出声光报警信号。该监测系统可实现井控设备工作状态的实时监测，对设备状态和工况进行综合判断，生成设备操作作业指令，对历史数据进行追溯和分析，提出设备维护和作业工艺改进建议。
附图说明
39.图1为本发明实施例提供的井控设备运行数据监测系统的结构图；
40.图2为本发明实施例提供的数据中心软件系统架构示意图；
41.图3为本发明实施例提供的数据采集处理装置的架构示意图；
42.图4为本发明实施例提供的钻井现场设备结构示意图。
具体实施方式
43.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.本发明提供的一种井控设备运行数据监测系统，包括：数据中心1、客户端和作业
现场设备2。该客户端可以是移动客户端3，比如通过c/s架构的手机app用户端；也可以是固定客户端4，比如电脑端通过b/s架构访问的浏览器模式。数据中心1分别与客户端、作业现场设备通讯连接。
47.其中，作业现场设备2将采集现场井控设备的监测数据和视频数据，发送至数据中心1；数据中心1对接收的现场井控设备的监测数据和视频数据，进行记录、统计、分析，并向客户端提供相应的数据支持服务，以及对现场井控设备的状态给出风险预警和提出维修保养建议；客户端用于展示数据中心1提供的相应数据支持服务，并接收用户指令转送至数据中心，进而控制作业现场设备执行相应操作或发出声光报警信号。
48.具体地，该数据中心1由数据发布服务器5、应用服务器6、数据接口服务器7组成。
49.如图1和图2所示，数据接口服务器7运行数据库软件17和通讯接口软件18。通过通讯接口软件18，数据接口服务器7可以同钻井现场的作业现场设备2实现双向通讯，接收对现场井控设备2的监测数据和视频数据；并转发用户指令、报警信息给作业现场设备2。
50.数据接口服务器7运行数据库软件17，可以实现数据的存储、查询、修改、删除和统计等功能。
51.数据接口服务器7将接受或存储的数据发送给应用服务器6，应用服务器6运行本系统的各应用软件模块：包括：
52.数据实时监控模块25，用于显示作业现场设备采集到的实时数据，包括井压、井温、防喷器开油路压力、防喷器关油路压力、液控系统压力、环境温度、防喷器闸板的开关位置状态、节流阀阀芯的开度值、防喷器内腔有无管柱、井控设备的实时位置信息、井控设备的rfid识别码和对应的sn号；
53.数据统计模块24，用于根据所述数据实时监控模块显示的数据，统计生成对应的数据曲线图和统计报表；
54.gis信息模块23，用于根据所述作业现场设备传回的gps定位信息，生成设备的gis轨迹，并在电子地图上显示出井控设备的轨迹图；
55.视频监控模块22，用于显示现场井控设备运行的视频图像；
56.误操作预警模块21，用于根据所述数据统计模块的统计数据，对现场作业可能发生的误操作发出预警；
57.设备维修保养及故障预警模块20，用于根据所述数据统计模块的统计数据，生成井控设备的维修保养建议；
58.生产工艺分析优化模块19，用于根据所述数据统计模块的统计数据，生成对钻井工艺的改进建议。
59.上述各模块运行生成的数据，需要进行存储或发回给生产现场的数据，由应用服务器6返回给数据接口服务器7；需要对用户发布的功能数据，由应用服务器6发送给数据发布服务器5。
60.数据发布服务器5用来实现与移动客户端3、固定客户端4的接口，是用户使用本系统的功能的接口。数据发布服务器5接收移动客户端3、固定客户端4的功能请求，将请求发送给应用服务器6，应用服务器6根据请求生成结果后，通过数据发布服务器5将结果发送给用户，实现用户请求的功能。用户可以通过网络浏览器b/s模式的固定客户端4或app(c/s模式移动客户端3)使用本系统提供的功能。
61.如图1和图3所示，作业现场设备2包括：通讯处理模块10、数据采集处理装置11、无线通讯装置12、数据总线13、现场传感器14、rfid电子标签15和电子标签读取器16；
62.其中，rfid电子标签15和现场传感器14均安装在对应的井控设备上；
63.电子标签读取器16读取rfid电子标签15上的井控设备登记信息，并传输给数据采集处理装置11；现场传感器14将采集的对应井控设备的运行信息，通过无线通讯装置12和/或数据总线13传输给数据采集处理装置11；
64.数据采集处理装置11与通讯处理模块10连接；通讯处理模块10通过4g/5g蜂窝网络8或卫星通讯链路9实现与数据中心的双向通讯。
65.钻井现场各井控设备的监测数据是由数据采集处理装置11和安装于各设备上的现场传感器14共同实现的。
66.现场传感器14包括防喷器温压一体传感器34；开油路压力传感器35；关油路压力传感器36；液控系统压力传感器37；环境温度传感器38；防喷器闸板位置传感器39；节流阀阀芯开度传感器40；防喷器内腔管柱检测传感器41；北斗/gps传感器42和视频传感器43。
67.防喷器温压一体传感器34，专用防喷器内腔测量，其安装于闸板防喷器的侧出口，其外形与防喷器侧出口盲法兰完全相同，不会对防喷器的机械结构和承压能力造成影响，温度与压力一体化结构，可同时测量同一点的介质压力与温度。且不占用太多的安装空间，所需布置的线路也比较简单。
68.开油路压力传感器35、关油路压力传感器36，分别通过开关油路连接块，安装于防喷器的开、关油口，可以在不影响防喷器使用的情况下实现对防喷器开、关压力的实时监测；液控系统压力传感器37连接在防喷器控制装置的蓄能器系统中，可以实时监测蓄能器的压力，以确保控制装置有足够的压力液实现防喷器的开关操作。环境温度传感器38，安装在井控设备的周边环境中，用于实时采集环境的温度。
69.防喷器闸板位置传感器39内置于闸板防喷器的液缸内，可以实时监测防喷器闸板的位置；节流阀阀芯位置传感器40可以实时监测节流管汇节流阀的阀芯位置，在关井时，这个数据非常重要。防喷器内腔管柱检测传感器41通过法兰串接在防喷器组中，可以实时检测防喷器组内部是否有钻井管柱，为关井操作提供重要判断依据；北斗/gps传感器42用于自动记录井控设备的工作地点；视频传感器43，可采用高清摄像头，可以为数据中心和用户提供作业现场的高清视频。
70.上述这些传感器设备通过有线串行数据总线13或微功耗无线通讯模块12连接至数据采集处理装置11，共同为数据中心1的应用软件提供井控设备工作状况的第一手数据。
71.现场传感器14的工作电源可以由数据采集处理装置11提供，也可以由现场传感器14内置的电池提供。
72.如图4所示，数据采集处理装置11包括：
73.cpu26、彩色显示屏27(为触摸屏)、存储器28、模数转换电路29、数据总线接口电路30、微功耗无线收发模块31、数字量接口电路32，各部分之间通过内部数据总线33连通。
74.该数据采集处理装置11的本地存储器28可以暂存一段时间的监测数据，该存储器采用滚动工作模式，存满后可以自动删除最早的数据。当与数据中心1的通讯丢失时，数据暂存在本地存储器28中，通讯恢复后，可以自动回传至数据中心1。数据采集处理装置11可以接收数据中心1发来的预警信息和操作指令，并通过数字量接口电路32控制声光报警器
发出声光信号，提醒现场操作人员。现场操作人员可以通过数据采集处理装置11的彩色显示屏27查看实时数据、历史数据、预警信息和操作指令，可以设置数据采集处理装置11的工作参数。
75.通讯处理模块10是数据采集处理装置11与数据中心1的通讯接口，实现数据采集处理装置11和数据中心1的双向通讯，其与数据采集处理装置11通过以太网连接。与数据中心1之间的接口，可以根据钻井现场的通讯网络条件配备4g/5g蜂窝网络8或卫星通讯链路9。
76.当一套井控设备和数据采集处理装置11运至钻井现场，为了使数据采集处理装置11传回数据中心1的监测数据能在数据库中与产生该数据的具体设备相对应，需要在是设备投入使用之前，将井控设备的种类、型号和sn号录入数据采集处理装置11。这个录入过程可以通过数据采集处理装置11的操作界面手动输入，也可以采用自动身份识别装置完成。自动身份识别装置由安装在井控设备上的rfid电子标签15和连接在数据采集处理装置11上的电子标签读取器16组成，rfid电子标签15中存储有井控设备的相关信息，通过电子标签读取器16，可以自动将井控设备的信息录入数据采集处理装置11。这样，数据中心1就会将这台数据采集处理装置11采集到的监测数据自动存入对应井控设备的使用历史数据中，以实现井控设备的全生命周期管理。
77.通过井控设备运行数据监测系统各部分之间的配合，可以实现井控设备全生命周期使用数据的监测，实现井控设备的预防性维护，防止井控设备的误操作，优化钻井作业参数，提高井控系统的整体安全水平。
78.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。