數(shù)字化錄井運(yùn)行管理平臺的構(gòu)建與應(yīng)用

摘 要：運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)、傳輸子系統(tǒng)和生產(chǎn)運(yùn)行管理子系統(tǒng)，構(gòu)建形成數(shù)字化錄井現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行管理平臺并應(yīng)用于工作實踐。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)錄井；運(yùn)行管理；構(gòu)建

數(shù)字化錄井現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行管理平臺利用數(shù)據(jù)傳感技術(shù)、計算機(jī)軟件開發(fā)、數(shù)字控制、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)集成及數(shù)據(jù)共享技術(shù)，開發(fā)建成集井場數(shù)據(jù)自動采集、數(shù)據(jù)加工分析、設(shè)備遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控及分析決策為一體的錄井現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行管理平臺。該平臺遵循物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的三層結(jié)構(gòu)，在感知層中，利用安裝在現(xiàn)場的傳感設(shè)備及視頻監(jiān)控設(shè)備，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)和視頻圖像實時采集并集中起來；在網(wǎng)絡(luò)層，利用有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器；在應(yīng)用層，利用數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)軟件開發(fā)、智能計算、云計算等技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、分析、整理、發(fā)布，并以文字、報表、圖形、圖像等方式及時顯示出來，實現(xiàn)對現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制、輔助分析、生產(chǎn)決策等功能。按物聯(lián)網(wǎng)分層原理，錄井現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行管理平臺由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)和生產(chǎn)運(yùn)行管理子系統(tǒng)三部分組成。

1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)通過在井場安裝傳感器數(shù)據(jù)采集裝置，實時采集各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)，再通過RTU、DCS等控制器對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理、上傳，為上層應(yīng)用系統(tǒng)提供及時、準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

1.1錄井實時數(shù)據(jù)采集

通過在井場相應(yīng)位置安裝絞車傳感器、壓力傳感器、流量傳感器和泵沖傳感器等，采集懸重、立壓、套壓、扭矩、出口流量、入口流量等參數(shù)。這些傳感器具有感知能力、計算能力和傳輸能力。此外，它們還具有自學(xué)習(xí)能力，能夠?qū)Σ杉降膶崟r信息進(jìn)行分析和智能判斷，將得到的結(jié)果快速反饋給后方，供后方管理者決策。

1.2生產(chǎn)設(shè)備信息采集

在錄井現(xiàn)場，分布有大量的錄井設(shè)備，包括：綜合錄井儀、開發(fā)井錄井儀、快速色譜分析儀、定量熒光儀、碳酸鹽分析儀、泥頁巖密度儀等設(shè)備。這些設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系著整個錄井現(xiàn)場的穩(wěn)定運(yùn)行。在這些設(shè)備上植入傳感節(jié)點(diǎn)，實時的將設(shè)備運(yùn)行參數(shù)傳送到后方。

1.3井場視頻信息采集

在井場安裝監(jiān)控桿和監(jiān)控箱，放置攝像頭、編解碼器等視頻前端設(shè)備，配合后臺視頻服務(wù)器和視頻控制軟件，完成對井場的視頻監(jiān)控。一方面，錄井現(xiàn)場由許多的工作流程組成。其中包括撈砂、曬砂、碳酸鹽分析和定量熒光分析等細(xì)節(jié)組成。通過在錄井現(xiàn)場安裝視頻設(shè)備，后方管理人員實時查看現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行場景，起到甲方賦予我們的監(jiān)督職能。比如：在曬砂階段，通過視頻能夠檢查現(xiàn)場人員清洗的砂子是否符合規(guī)范。另一方面，在錄井現(xiàn)場的重要工作點(diǎn)上布置視頻設(shè)備，當(dāng)現(xiàn)場工作人員遇到生產(chǎn)問題需要解決時，能夠滿足后方管理人員為前線工作人員提供技術(shù)支持的需要。

2數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

由于井場具有點(diǎn)多、分散、流動性強(qiáng)的自然特點(diǎn)，現(xiàn)場對中低速生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸需求迫切，同時對數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、穩(wěn)定性和及時性也提出了較高要求。錄井公司的傳輸網(wǎng)絡(luò)在充分考慮高效、高速滿足工作需要的情況下，兼顧網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性，組成了一個能覆蓋每個錄井小隊的三級網(wǎng)絡(luò)體系。

該系統(tǒng)由衛(wèi)星、3G實現(xiàn)各基層錄井隊到公司有線局域網(wǎng)的連接；利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)INTERNET、油田高速局域網(wǎng)連接各資料應(yīng)用客戶端，并與公司有線局域網(wǎng)連接。形成了錄井資料各基層采集點(diǎn)與生產(chǎn)管理部門、技術(shù)指導(dǎo)部門、甲方單位以及國內(nèi)、外遠(yuǎn)程客戶間互聯(lián)、互通的三級網(wǎng)絡(luò)體系，使各種信息在相互間能實時傳遞。勝利錄井網(wǎng)的特點(diǎn)是無線網(wǎng)絡(luò)由先進(jìn)的衛(wèi)星系統(tǒng)與易用的3G系統(tǒng)共同組成。衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)選用了較先進(jìn)的VSAT plus ii衛(wèi)星設(shè)備，安裝衛(wèi)星主站一個，小站12個。整個系統(tǒng)組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，主站設(shè)在錄井信息中心，錄井隊安裝衛(wèi)星小站，主站與各小站及各小站間可以進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)、語音、圖像等信息傳輸。衛(wèi)星系統(tǒng)的小站端與井場的局域網(wǎng)絡(luò)連接，主站端通過中心服務(wù)器與公司、油田及互聯(lián)網(wǎng)連接。沒有裝備衛(wèi)星的隊伍全部配置了3G，通過3G與衛(wèi)星系統(tǒng)將錄井隊的局域網(wǎng)、公司局域網(wǎng)、油田局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)互相連通。最終形成了以勝利信息網(wǎng)絡(luò)為主干，利用VSAT衛(wèi)星地面站或3G連接遠(yuǎn)程錄井現(xiàn)場隊的一體化多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)既滿足了視頻、大型圖片等實時傳輸?shù)男枰?，又實現(xiàn)了錄井公司所有錄井隊遠(yuǎn)程傳輸?shù)娜骈_通。

3生產(chǎn)運(yùn)行管理子系統(tǒng)

生產(chǎn)運(yùn)行管理子系統(tǒng)是為滿足不同生產(chǎn)應(yīng)用研發(fā)的多種軟件系統(tǒng)。主要有：“勝利錄井遠(yuǎn)程實時顯示系統(tǒng)”，“網(wǎng)絡(luò)視頻信息監(jiān)控系統(tǒng)”，“生產(chǎn)設(shè)備管理系統(tǒng)”和“鉆井工程專家預(yù)警系統(tǒng)”。

3.1 軟件架構(gòu)設(shè)計

按照數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層、表現(xiàn)層三層架構(gòu)模式進(jìn)行設(shè)計開發(fā)。軟件架構(gòu)設(shè)計如下圖所示。

生產(chǎn)運(yùn)行管理子系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計

3.2 功能模塊設(shè)計

生產(chǎn)運(yùn)行管理子系統(tǒng)包括：錄井?dāng)?shù)據(jù)管理模塊、網(wǎng)絡(luò)視頻模塊、設(shè)備運(yùn)行管理模塊和鉆進(jìn)過程實時預(yù)警模塊。

錄井?dāng)?shù)據(jù)管理模塊

在感知層，通過安裝在現(xiàn)場上的傳感器，采集懸重、立壓、套壓、扭矩、出口流量、入口流量等參數(shù)。利用幾何特征法、矢量特征法、差分曲線法等多種方法，通過勝利錄井遠(yuǎn)程實時顯示系統(tǒng)，對實時資料進(jìn)行隨鉆研究和油氣評價，及時整理、解釋，并跟蹤監(jiān)控整個鉆井過程，同時及時利用研究成果通過網(wǎng)絡(luò)反過來指導(dǎo)生產(chǎn)。

網(wǎng)絡(luò)視頻模塊

利用網(wǎng)絡(luò)視頻信息監(jiān)控系統(tǒng)用戶能在錄井傳輸網(wǎng)絡(luò)上召開實時網(wǎng)絡(luò)會議，實現(xiàn)井場與各管理人員的隨時互動交流。首先，決策和管理人員可以通過查看現(xiàn)場實時動態(tài)，進(jìn)行諸如“井下安全施工預(yù)測”、“地層壓力預(yù)測”和“下步地質(zhì)及工程施工技術(shù)措施”的決策，同時及時的將生產(chǎn)指令和決策信息反饋到現(xiàn)場。其次，該模塊還實現(xiàn)錄井現(xiàn)場的巖芯、巖屑圖像資料實時傳送、觀察和分析研究”等功能。最后，通過觀測現(xiàn)場施工，后方管理人員能夠監(jiān)督現(xiàn)場規(guī)范施工。

設(shè)備運(yùn)行管理模塊

管理人員借助生產(chǎn)設(shè)備管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對綜合錄井儀、泥頁巖密度儀等設(shè)備的信息實時掌握，包括：設(shè)備運(yùn)行是否正常，設(shè)備運(yùn)行時間等參數(shù)。并對設(shè)備維修、報廢、搬遷和停用等信息進(jìn)行管理。同時實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備維修保養(yǎng)自動提示，極大減輕人工巡查工作量。

鉆進(jìn)過程實時預(yù)警模塊

通過鉆井工程專家預(yù)警系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)到達(dá)通知、Ajax異步刷新、異常數(shù)據(jù)智能計算、云計算等技術(shù)，實現(xiàn)對異常生產(chǎn)數(shù)據(jù)的告警。告警方式采用頁面聲光告警和手機(jī)短信形式。另一方面，該模塊實現(xiàn)告警類型、告警閾值的靈活設(shè)置管理，并可隨時增改相關(guān)參數(shù)。實現(xiàn)鉆井過程實時預(yù)警功能，避免現(xiàn)場出現(xiàn)生產(chǎn)事故。

4結(jié)束語

隨著油田勘探的進(jìn)一步深入、信息采集與智能計算技術(shù)的迅速發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)的廣泛應(yīng)用以及與傳感網(wǎng)結(jié)合的不斷深入，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化錄井現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行管理平臺在現(xiàn)場智能監(jiān)控、整合業(yè)務(wù)等方面顯現(xiàn)出其極大優(yōu)勢，有很大潛力和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]任維政，徐連明，鄧中亮，王川.基于RSSI的測距差分修正定位算法[J].傳感技術(shù)學(xué)報，2008.（21）7：1247-1250.

作者簡介：

郭銳（1981—），男，山東冠縣人，大學(xué)本科，工學(xué)學(xué)士，工程師。