基于物聯網的井控裝置信息管理系統

張前

目前中國石化各地區工程公司井控裝置的管理模式多樣化，檢維修標準執行幅度不統一，管理方式差異大[1]，在每年的井控安全檢查中，多次出現不合標準的現象，給井控管理造成了極大的隱患，可能導致井控失控[2-4]。

中國版工業4.0規劃《中國制造2025》行動綱領提出要大力發展物聯網技術，物聯網產業是當今世界經濟和科技發展的戰略制高點之一[5]，是新一代信息網絡技術的高度集成和綜合運用，是新一輪產業革命的重要方向和推動力量。它利用識別技術隨時獲取產品從制造、用戶使用直到報廢的各個階段信息數據，形成生命周期管理。物聯網技術已經在各行業領域廣泛使用，也為石油工程領域發展發揮了重要作用。

按照中國石化石油工程公司的要求，采取物聯網+井控裝置管理的模式，依據有關行業標準和技術規范，對中國石化國內井控裝置管理建立統一的信息管理平臺。通過建立PC端和手機APP辦公平臺，可方便查閱井控裝置的當前及歷史使用情況。通過系統數據分析，可了解設備質量情況，促使制造廠家不斷改進質量。通過完善檢維修流程，使井控車間檢維修過程更加規范統一。鉆井隊可通過系統了解井控裝置狀態和技術數據，促進裝置的合理使用。通過第三方檢測機構開展I類井控裝置3年期檢測并錄入相關記錄，確保了數據的公正性和真實性，如遇到重要險情，可快速了解井控裝置的狀況，使領導決策有據可依。降低了井控系統不安全使用風險。

1　系統設計

系統主要由電子銘牌技術、PC系統及手機APP等組成，三者相互作用構成了物聯網+井控裝置管理。每臺井控裝置上都安裝有具有唯一身份編碼的電子銘牌，以聯結現場實物與信息管理系統。建立PC系統，在系統中錄入井控裝置電子檔案，通過電子編碼搜索查詢該裝置的使用情況。采用手機APP掃描電子銘牌或者直接輸入查詢內容隨時隨地了解井控裝置生命周期信息。

1.1　電子銘牌技術

電子銘牌的使用要求非常高，主要表現在：井場防爆要求高，RFID射頻技術的使用受到限制；工作環境惡劣，井控裝置壽命為十幾年，要求電子銘牌的壽命也達到同等年限；要方便手機APP查詢。綜合各方面因素，電子銘牌采用二維碼的形式。二維碼的優點是容錯能力強，在一定破損情況下依然可以讀取；制作成本低，持久耐用；除了可在不銹鋼銘牌上刻制二維碼，加工成電子銘牌，還可在井控裝置檢測報告上印上二維碼，方便手機APP掃描查詢。

電子編碼的編碼規則充分考慮了23大類549種典型型號井控裝置，通過電子編碼可知道設備的關鍵參數。在激光打標機的打標程序中將電子編碼轉換成二維碼，然后將二維碼及對應的明碼打標刻印在不銹鋼材質的電子銘牌上，再采用卡箍或氬弧焊形式將不銹鋼電子銘牌固定安裝在井控裝置上，如圖1所示。

圖1　卡箍形式安裝電子銘牌

1.2　信息管理系統

圖2　井控裝置生命周期

信息管理系統的設計是在井控裝置生命周期的基礎上，依據SY/T 6160—2014《防噴器檢查和維修》、SY/T 6270—2012《石油鉆采高壓管匯的使用、維護、維修與檢測》等標準執行的。井控裝置生命周期如圖2所示，涵蓋了井控裝置從出廠、上井使用、檢維修及報廢等全生命過程。系統設計原則：①分析不同地區工程公司的管理模式，力求把井控標準貫穿到整個系統中；②流程簡約流暢，使用方便，盡量減少現場的輸入量，達到輸入標準化，并可進行數據追溯；③考慮到實際記錄數據種類多，需突出重點，檢測試壓報告和大事件以附件形式上傳到系統中，領導、井控車間、井隊希望看到的內容都能看到；④記錄的關鍵數據可統計分析。

PC端開發基于Java語言，該語言具有卓越的通用性、高效性、平臺移植性和安全性[6]。在全球云計算和移動互聯網的產業環境下，具備顯著的優勢。

在網絡搭建方面，考慮到制造廠家、鉆井公司、井控車間、井隊及第三方檢測機構都參與系統數據的錄入，涉及的單位部門很多，將系統服務器搭建在內網，可方便內網用戶登錄，對于外網用戶可通過VPN賬號登錄。

手機APP的開發基于安卓系統，通過VPN連接阿里云服務器和后臺數據庫，在外網環境下可直接登陸訪問手機APP。APP內置二維碼掃描軟件，掃碼快速準確。

2　系統功能及特點

PC系統輸入分三大功能模塊，分別是廠家制造模塊、使用模塊及檢維修模塊。

1）廠家制造模塊：井控裝置制造完成后，在發往井控車間之前，制造廠家通過外網登陸，錄入井控裝置基本信息，并提供相關質量文件，提交審查。資產所屬單位對基本信息進行審查，審查合格后進入到基本信息庫。對于已有的井控裝置，由資產所屬單位相關人員直接錄入到基本信息庫里，設備狀態調整為完好。

2）使用模塊:鉆井公司根據鉆井設計錄入每開與井控相關的參數，并上傳井控設計和配套需求計劃，井控車間根據配套需求計劃，對每一開進行井控裝置配套并送井交接，此時設備狀態由完好變為在用。現場使用過程中，井隊可對單臺井控裝置出現的問題進行描述，另外還需上傳現場檢維修單掃描件、井控裝置每開開鉆前和鉆開油氣層前的試壓等報告。每開完鉆后進行回收交接，井控車間回收，回收后設備狀態變為待修。

3）檢維修模塊:井控車間負責3月期、1年期及回場的檢修記錄數據錄入以及相關檢測報告上傳，第三方檢測機構負責3年期的檢維修記錄數據錄入及相關檢測報告上傳。檢維修結束后進行結果判定：如果為完好，則入完好庫；如果報廢，則入報廢庫；如果需要大修，則井控車間對大修設備進行提交并由大修廠家接收，大修結束后廠家將大修資料進行上傳，經井控車間驗收合格后入庫，設備狀態變為完好。

PC系統輸出可根據各地區工程公司的需要進行設計，輸出表格主要有井控裝置匯總統計表、送井回收交接清單、檢維修匯總清單等。

PC系統操作界面如圖3所示，具有如下特點：

圖3　系統操作界面

1）操作標準化。形成廠家庫，使廠家名稱統一，方便統計。型號規格標準化，采用下拉菜單形式，如圖4所示，方便操作。

圖4　型號規格標準化

2）具有提醒功能。甲單位將設備調給乙單位，系統提醒乙單位接收。井控車間將設備回收后，在流程交接點彈出警示框，如圖5所示，防止誤操作。

圖5　提醒功能

3）提高工作效率。為了減少工作量，錄入檢維修記錄時每一欄的檢查情況默認為合格，有問題則對問題進行描述。

4）對3年期檢測年限設置預警。基本信息查詢界面中，可查看最近一次3年期檢測日期與當前日期的時間間距，對時間間距進行排序，時間間距最長的排在最前面，時間間距超過3年的采用紅色標記警示。

5）檢測內容真實。檢維修模塊上傳試壓、聲發射、探傷報告，并且將對應的照片上傳，如圖6所示，確保檢測內容的真實性。

圖6　附件上傳

6）具有針對性。大修時廠家可以查看最近一次的檢測報告，根據檢維修記錄中的問題進行針對性的修復。

7）查詢功能強大。可以鏈接查詢井隊、井號及單臺設備信息。

手機APP分二維碼查詢、井控裝置查詢、井號查詢及井隊查詢等四大查詢模塊。查詢流程如圖7所示，通過二維碼查詢可對電子銘牌或者證書報告上的二維碼進行掃描，進而查看單臺設備時間軸。通過該時間軸可展示井控裝置生命周期中的關鍵環節信息，例如出廠信息、上井使用信息、檢測信息、大修信息等。井控裝置查詢支持模糊搜索，可輸入關鍵信息以縮小查詢范圍。通過井號和井隊查詢可了解某口井的信息及相應每開的配套清單。

3　應用效果

該系統開發完畢后對中國石化各地區工程公司相關人員進行了多次培訓，該系統已在各工程公司井控車間和井隊推廣運行，另外作為第三方檢測機構的世紀派創石油機械檢測有限公司也已經正式使用該系統，已錄入I類井控裝置三年期檢測報告。系統在運行過程中獲得了大家的好評，一致認為系統流程合理，符合現場實際，操作簡潔實用，數據具有可追溯性，能實現井控裝置生命周期管理。

4　結論

1）基于物聯網技術建立的井控裝置信息管理系統，使物聯網與井控裝備行業融合，創造了新的井控安全環境。

2）井控裝置信息管理系統主要由電子銘牌技術、PC系統及手機APP等組成，給每臺設備安裝具有唯一身份編碼的電子銘牌，在PC端錄入井控裝置核心檔案記錄，杜絕了數據造假，規范了檢維修管理流程。利用手機APP可隨時查詢了解井控裝置的生命周期信息，提高了井控裝置在使用過程中的本質安全。

3）廠家制造模塊、使用模塊及檢維修模塊構成了系統的核心，這三大模塊的設計符合現場實際，操作簡潔實用，數據具有可追溯性。

參考文獻：

[1]劉潤華,黃勇智,何 誠.淺析提高井控安全管理的幾點思考[J].中國石油和化工標準與質量,2012,32(5):208.

[2]潘 婕,徐大寧.井控安全管理工作探討[J].中國新技術新產品,2013(13):190-191．

[3]李天聰,谷同杰,寧緒南.井控裝置質量可靠性應用[J].石油工業技術監督,2017,33(11):24-26.

[4]牛志東.淺析井控技術與井噴失控[J].商品與質量,2014(5):316.

[5]高常水,許正中,王 忠.我國物聯網技術與產業發展研究[J].中國科學基金,2012(4):205-209.

[6]歐 鋒,鄒 敏,李曉楨.Java技術框架概述[J].計算機系統應用,2012,21(8):236-239.