鉆井現場數字化集成裝置的研制

冉桂東，陳星瑋，劉 洋

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，四川 廣漢 618300）

0 引言

隨著油田行業數字化的快速推進，該行業誕生了一個新的概念，并快速蔓延到全世界的整個石油行業，這就是“數字油田”（Digital Oil Field，DOF）。數據采集作為“數字油田”的基石，對其發展發揮著不可替代的作用，但由于各種石油儀器數據接口不統一，油田信息服務一體化平臺的建設也對數據傳輸格式的規范化和傳輸方式的統一提出了要求。因此，基于以上需求研制一種新型的鉆井現場數字化集成裝置，能夠兼容多種儀器數據，將不同數據轉換成統一的標準數據進行存儲和傳輸，并且實現數據存儲、鉆井現場組網、視頻監控、視頻會議、VoIP 語音對講、遠程運維管理等多種功能，將大大減輕現場作業者的負擔，同時也是油田增強企業核心競爭力的有效手段，因此具有極其重要的意義。

1 鉆井現場數據采集概況

鉆井現場數據采集方式一般分為人工錄入和儀器自動采集兩種。人工錄入主要是指各作業崗位根據軟件填報系統要求，在各自的鉆井現場客戶機上按照規則填報各種報表、記錄鉆井現場數據。儀器自動采集主要是指綜合錄井儀、鉆井參數儀和隨鉆測量（Measure While Drilling，MWD）/隨鉆測井（Logging While Drilling，LWD）所采集的實時數據，它可通過建立一個實時數據采集模塊截取鉆井參數儀和MWD/LWD 的實時數據，并通過網絡或衛星將實時數據打包上線傳輸到基地數據管理層。

2 裝置結構

裝置集配電、數據采集、通信于一體，鉆井現場數字化集成裝置結構如圖1所示。

圖1 鉆井現場數字化集成裝置構成

3 裝置模塊

鉆井現場數字化集成裝置采用模塊化設計，整合當前鉆井現場已建立的板塊子系統，實現數據采集、數據存儲、鉆井現場組網、視頻監控、視頻會議、VoIP語音對講、遠程運維管理等功能將各個不同的專業系統融合集成在一起統一管理，從而提高工作效率。鉆井現場數字化集成裝置作為集鉆井現場綜合信息采集、傳輸、應用于一體的主要設備，可以進行模塊設計，集合了采集模塊、組網模塊等多個模塊。

3.1 采集模塊

鉆井現場數據采集一般分為人工錄入和儀器自動采集兩種。人工錄入主要指需要進行人工填報的數據。本系統根據鉆井、錄井、測井、試油井下各專業用戶數據錄入，規范安裝相應的現場填報軟件至數字化集成裝置，各專業通過井場局域網可遠程登錄填報軟件填寫對應的數據。儀器自動采集主要是指綜合錄井、鉆井參數儀等采集設備所采集的實時數據，隨著鉆井現場數字化、智能化程度提高，自動采集的數據項越來越多，各個廠家會布置采集終端進行數據采集、處理，導致設備配置臃腫。為實現鉆井現場數據的及時傳輸，避免大量部署設備，鉆井現場數字化集成裝置，搭載當前先進的實時數據采集系統架構，開發實時數據采集軟件，采用WitsML 國際標準格式對作業現場的實時數據進行采集、存儲和傳輸。該軟件包含5 個功能：數據采集功能、配置/監視功能、數據傳輸功能、手工錄入功能、鉆井現場數據存儲功能。其中，數據采集和數據傳輸客戶端是后臺進程，不帶用戶界面，其配置通過配置/監視功能實現。配置/監視程序是一個帶界面的應用程序，這個應用能實現對采集儀器的配置和對傳輸客戶端的配置，并且負責啟動和停止采集程序和傳輸客戶端。人工錄入是一個獨立的應用，人工錄入工具錄入的數據寫入數據庫，傳輸客戶端從數據庫中讀取數據并傳輸，從而實現錄井、鉆井、測井、固井、精細控壓、定向井、壓裂酸化、試油等8 類儀器共94 個型號246 項的數據采集。同時，人工錄入工具開發了鉆井、鉆井液、錄井等不同客戶端，不同客戶端填報進入現場數據庫，然后傳輸到井筒工程數據一體化平臺，實現跨專業數據共享，消除“信息孤島”，避免了數據重復填報、系統重復建設、數據無法共享的問題。鉆井現場數字化集成裝置數據采集項如圖2所示。

圖2 鉆井現場數字化集成裝置數據采集項

3.2 組網模塊

鉆井現場本地網絡采用無線方式，2.4 G/5.8 G 雙頻覆蓋，無線中心站采用全向天線，無線宏站使用定向天線。對于固定網絡接入終端，采用5.8 G 接入，具備無線頻段自動匹配功能，避免現場無線頻段的干擾造成無線網絡不穩定（常用無線頻段多為2.4 G），現場常用終端使用2.4 G 無線接入。鉆井現場數字化集成裝置還為流動作業設備終端提供接入熱點功能。鉆井現場數據匯聚到集成裝置后，通過衛星小站/營運商寬帶將數據傳輸到后端數據平臺。集成裝置集成了4 G 網絡模塊，在有線網絡出現故障時，可以作為備用數據傳輸通道。鉆井現場組網示意圖如圖3所示。

圖3 鉆井現場組網示意

3.3 視頻會議模塊

集成視頻會議模塊，視頻會議采用會話初始協議（Session Initiation Protocol，SIP）多媒體框架協議，以及H.264、H.264 HP視頻編解碼協議，G.711 A、G.711 U、 G.722.1 C、Opus 音頻編解碼協議，實現鉆井現場與基地的遠程視頻會議功能。擴展功能實現了與工程作業智能支持系統數據互通，可實現工程作業智能支持系統一鍵組合。

3.4 視頻監控模塊

視頻監控模塊采用H.264 及H.265 視頻數據編碼協議，支持成本加保險費加運費（Cost，Insurance，and Freight，CIF）、DI、720 P、1080 P 多種視頻碼流，支持主流網絡攝像機接入，在本地配置4 TB 的視頻數據存儲單元，視頻數據存滿后循環覆蓋，視頻數據可壓縮上傳、遠程回放。

3.5 運行監控模塊

配置運行監控模塊，實時監測數字化集成裝置設備內外溫度、不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）電池電量、本地數據庫連接狀態、網橋主從站信號等工作狀態和運行參數，并進行運行統計和分析。支持將監測參數上傳至后端管理平臺，實現對數字化集成裝置運行狀態全程把控。

4 裝置特點

4.1 靈活組網：多種網絡接入、現場網絡快速部署

鉆井現場局域網采用無線傳感器模式，便于安裝維護，成本低廉。與互聯網的連接可以采用營運商寬帶、衛星小站、4G 網卡，只需做簡單配置就能實現數據安全傳輸。

4.2 多用戶支持：支持多用戶遠程填報數據

用戶填報數據存儲在本地MYSQL 數據庫，不同用戶可以通過局域網遠程訪問客戶端填報軟件同時進行數據填報，本地數據庫進行增量，向基地數據庫上傳，實現本地數據安全傳輸。

4.3 運行穩定：在高低溫、沙塵等鉆井現場復雜環境下滿足運行要求

為滿足現場復雜的環境，進行了模擬環境溫度-20℃、60℃高低溫測試，運行正常；高負荷運行壓力測試溫度41.5℃（環境溫度22.6℃），硬盤讀寫速度性能良好；內置UPS 電源保護，在斷電的情況下能支持系統工作30 min，支持固態硬盤鏡像至機械硬盤熱備，確保數據安全。

5 應用情況

工程作業智能支持系統自2020 年開始在整個中油油服推廣使用以來，作為鉆井現場數據采集的集成裝置，目前已部署安裝631 臺，裝置運行良好，數據采集完整。