數字化錄井運行管理平臺的構建與應用

摘 要：運用物聯網技術，通過數據采集子系統數據、傳輸子系統和生產運行管理子系統，構建形成數字化錄井現場生產運行管理平臺并應用于工作實踐。

關鍵詞：地質錄井；運行管理；構建

數字化錄井現場生產運行管理平臺利用數據傳感技術、計算機軟件開發、數字控制、計算機網絡、系統集成及數據共享技術，開發建成集井場數據自動采集、數據加工分析、設備遠程控制、遠程視頻監控及分析決策為一體的錄井現場生產運行管理平臺。該平臺遵循物聯網技術的三層結構，在感知層中，利用安裝在現場的傳感設備及視頻監控設備，將生產數據和視頻圖像實時采集并集中起來；在網絡層，利用有線或無線通信網絡將數據傳送至數據中心服務器；在應用層，利用數據庫、計算機軟件開發、智能計算、云計算等技術對數據進行加工、分析、整理、發布，并以文字、報表、圖形、圖像等方式及時顯示出來，實現對現場的遠程監測、控制、輔助分析、生產決策等功能。按物聯網分層原理，錄井現場生產運行管理平臺由數據采集子系統、數據傳輸子系統和生產運行管理子系統三部分組成。

1 數據采集子系統

該子系統通過在井場安裝傳感器數據采集裝置，實時采集各項生產數據，再通過RTU、DCS等控制器對數據進行存儲、處理、上傳，為上層應用系統提供及時、準確的生產數據。

1.1錄井實時數據采集

通過在井場相應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。這些傳感器具有感知能力、計算能力和傳輸能力。此外，它們還具有自學習能力，能夠對采集到的實時信息進行分析和智能判斷，將得到的結果快速反饋給后方，供后方管理者決策。

1.2生產設備信息采集

在錄井現場，分布有大量的錄井設備，包括：綜合錄井儀、開發井錄井儀、快速色譜分析儀、定量熒光儀、碳酸鹽分析儀、泥頁巖密度儀等設備。這些設備的穩定運轉關系著整個錄井現場的穩定運行。在這些設備上植入傳感節點，實時的將設備運行參數傳送到后方。

1.3井場視頻信息采集

在井場安裝監控桿和監控箱，放置攝像頭、編解碼器等視頻前端設備，配合后臺視頻服務器和視頻控制軟件，完成對井場的視頻監控。一方面，錄井現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節組成。通過在錄井現場安裝視頻設備，后方管理人員實時查看現場生產運行場景，起到甲方賦予我們的監督職能。比如：在曬砂階段，通過視頻能夠檢查現場人員清洗的砂子是否符合規范。另一方面，在錄井現場的重要工作點上布置視頻設備，當現場工作人員遇到生產問題需要解決時，能夠滿足后方管理人員為前線工作人員提供技術支持的需要。

2數據傳輸子系統

由于井場具有點多、分散、流動性強的自然特點，現場對中低速生產數據傳輸需求迫切，同時對數據傳輸的安全性、穩定性和及時性也提出了較高要求。錄井公司的傳輸網絡在充分考慮高效、高速滿足工作需要的情況下，兼顧網絡系統的經濟性、穩定性，組成了一個能覆蓋每個錄井小隊的三級網絡體系。

該系統由衛星、3G實現各基層錄井隊到公司有線局域網的連接；利用互聯網絡INTERNET、油田高速局域網連接各資料應用客戶端，并與公司有線局域網連接。形成了錄井資料各基層采集點與生產管理部門、技術指導部門、甲方單位以及國內、外遠程客戶間互聯、互通的三級網絡體系，使各種信息在相互間能實時傳遞。勝利錄井網的特點是無線網絡由先進的衛星系統與易用的3G系統共同組成。衛星數據傳輸系統選用了較先進的VSAT plus ii衛星設備，安裝衛星主站一個，小站12個。整個系統組成網狀結構，主站設在錄井信息中心，錄井隊安裝衛星小站，主站與各小站及各小站間可以進行雙向的數據、語音、圖像等信息傳輸。衛星系統的小站端與井場的局域網絡連接，主站端通過中心服務器與公司、油田及互聯網連接。沒有裝備衛星的隊伍全部配置了3G，通過3G與衛星系統將錄井隊的局域網、公司局域網、油田局域網、互聯網互相連通。最終形成了以勝利信息網絡為主干，利用VSAT衛星地面站或3G連接遠程錄井現場隊的一體化多級網絡結構。該網絡系統既滿足了視頻、大型圖片等實時傳輸的需要，又實現了錄井公司所有錄井隊遠程傳輸的全面開通。

3生產運行管理子系統

生產運行管理子系統是為滿足不同生產應用研發的多種軟件系統。主要有：“勝利錄井遠程實時顯示系統”，“網絡視頻信息監控系統”，“生產設備管理系統”和“鉆井工程專家預警系統”。

3.1 軟件架構設計

按照數據訪問層、業務邏輯層、表現層三層架構模式進行設計開發。軟件架構設計如下圖所示。

生產運行管理子系統軟件架構設計

3.2 功能模塊設計

生產運行管理子系統包括：錄井數據管理模塊、網絡視頻模塊、設備運行管理模塊和鉆進過程實時預警模塊。

錄井數據管理模塊

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

網絡視頻模塊

利用網絡視頻信息監控系統用戶能在錄井傳輸網絡上召開實時網絡會議，實現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場實時動態，進行諸如“井下安全施工預測”、“地層壓力預測”和“下步地質及工程施工技術措施”的決策，同時及時的將生產指令和決策信息反饋到現場。其次，該模塊還實現錄井現場的巖芯、巖屑圖像資料實時傳送、觀察和分析研究”等功能。最后，通過觀測現場施工，后方管理人員能夠監督現場規范施工。

設備運行管理模塊

管理人員借助生產設備管理系統能夠實現對綜合錄井儀、泥頁巖密度儀等設備的信息實時掌握，包括：設備運行是否正常，設備運行時間等參數。并對設備維修、報廢、搬遷和停用等信息進行管理。同時實現對生產設備維修保養自動提示，極大減輕人工巡查工作量。

鉆進過程實時預警模塊

通過鉆井工程專家預警系統，利用數據到達通知、Ajax異步刷新、異常數據智能計算、云計算等技術，實現對異常生產數據的告警。告警方式采用頁面聲光告警和手機短信形式。另一方面，該模塊實現告警類型、告警閾值的靈活設置管理，并可隨時增改相關參數。實現鉆井過程實時預警功能，避免現場出現生產事故。

4結束語

隨著油田勘探的進一步深入、信息采集與智能計算技術的迅速發展、互聯網與移動通信網的廣泛應用以及與傳感網結合的不斷深入，運用物聯網技術構建數字化錄井現場生產運行管理平臺在現場智能監控、整合業務等方面顯現出其極大優勢，有很大潛力和應用前景。

參考文獻：

[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].傳感技術學報，2008.（21）7：1247-1250.

作者簡介：

郭銳（1981—），男，山東冠縣人，大學本科，工學學士，工程師。