CN102704914A - 固井现场施工支持系统 - Google Patents

Abstract

一种固井现场施工支持系统，包括数据采集单元、可编程逻辑控制器PLC、数据传输单元、工控服务器、客户端，打印设备。设在泥浆管路上的密度质量流量计、压力传感器和设在泥浆柱塞泵上的接近开关脉冲信号接收器与可编程逻辑控制器相联，可编程逻辑控制器PLC与数据传输单元DTU相联，数据传输单元与工控服务器相联，工控器可编程逻辑控制器PLC按照客户端的要求进行采样，并输给数据传输单元DTU，数据传输单元DTU通过GPRS无线传输给工控服务器，工控服务器再传输给客户端。

Description

固井现场施工支持系统

技术领域

本发明涉及一种固井现场施工支持系统，解决人工采集数据在线性、可控性、准确性差从而严重影响固井质量的问题。

背景技术

固井是油田内必不可少的一个行业。固井质量关系到一口油井的成功与失败，因此固井数据显的格外重要。目前的固井过程中的数据记录和监督基本上都是在现场完成的，采取的方式也基本是人工手写，这样就失去了数据的在线性、真实性和准确性，严重影响固井质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种固井施工参数在线采集远程监控系统：远程进行固井数据监控、远程控制固井数据的传送方式，远程控制固井数据的传送速率，远程传送专家指导意见，远程实现实时报表的打印。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

一种固井现场施工支持系统，包括数据采集单元、可编程逻辑控制器PLC、数据传输单元、工控服务器、客户端，打印设备。数据采集单元包括密度质量流量计、接近开关脉冲信号接收器、压力传感器；可编程逻辑控制器PLC包括CPU，电源、模拟量模块、计数器模块、数字量输出模块、数字量输入模块；数据传输单元包括DTU，SIM卡；工控服务器为数据库服务器；客户端为普通的PC，附带固定应用程序，供研究人员或专家远程查看数据指导现场旋工。设在泥浆管路上的密度质量流量计、压力传感器和设在泥浆柱塞泵上的接近开关脉冲信号接收器与可编程逻辑控制器相联，可编程逻辑控制器PLC与数据传输单元DTU相联，数据传输单元与工控服务器相联，工控器可编程逻辑控制器PLC按照客户端的要求进行采样，并输给数据传输单元DTU，数据传输单元DTU通过GPRS无线传输给工控服务器，工控服务器再传输给客户端。

可编程逻辑控制器PLC内编程有四种工作模式：实时模式、历史模式、实时+历史模式、存储模式，在客户端的指令要求下，四种模式可以相互切换。

工控服务器将接收到的固井数据，实现数据共享，一台或多台客户端可通过工控服务器，读取固井数据。

客户端可将固井数据生成实时数据报表或历史数据报表，并可控制可编程逻辑控制器PLC采集固井数据的频率，及可编程逻辑控制器PLC发送固井数据的工作方式并可将生成的固井数据报表直接打印。

固井专家可以根据现场实时数据，预测固井现场将会出现的许多情况，并给出合理的建议。专家的建议可以及时的发送至现场固井设备，在现场固井设备的显示单元显示出来，及时提醒现场操作人员。

数据采集单元是这套系统的现场级设备，采集固井设备在作业过程中的实时数据。采集的内容是固井设备固井作业过程中的基本参数，例如泥浆密度，造浆速度和总量，泥浆输送压力等。泥浆采集单元具体的设备有密度质量流量计，采集固井作业时的泥浆密度值，安装在固井设备的泥浆循环管路上，混浆池中正在混拌的泥浆有一部分会通过泥浆循环管路再次混合，这样就可以准确地得到混浆池中的当前密度。密度计将其转换为可编程逻辑控制器PLC所能接受的标准电流或电压信号送往可编程逻辑控制器PLC。采集单元还包括接近开关脉冲信号接收器，双机双泵固井设备上有两套接近开关脉冲信号接收器，单机单泵固井设备上有一套接近开关脉冲信号接收器。接近开关脉冲信号接收器安装在固井设备的泥浆柱塞泵上，随着柱塞泵的转动产生脉冲信号，这些脉冲信号被可编程逻辑控制器PLC收集，利用这些脉冲信号和泥浆柱塞泵的结构特点就可以计算出固井设备的泥浆排量。压力传感器采集的是混拌完成的泥浆输送时的管道压力值。压力传感器安装在泥浆管道出口处，将压力值转换成电压信号送往可编程逻辑控制器PLC。可编程逻辑控制器包含许多单元，一方面采集现场数据后用于现场显示和现场控制；另一方面采集到的数据也会保存并发送到工控服务器。CPU是现场固井设备控制的核心单元，现场采集到的数据经过CPU处理之后，转换成传输单元DTU可接受的形式，通过CPU的串口设备，发送至数据传输单元。可编程控制器的CPU所处理的信号都是二进制信号，这些信号是通过各种模块转换而来的。其中有模拟量模块接受电压或电流信号，高速计数器模块接受脉冲信号，将这些标准电压、电流、脉冲信号转换成二进制数字量，便于CPU的处理和计算。可编程逻辑控制器PLC所采集到的数据通过串口发送至数据传输单元DTU之后，DTU通过SIM卡以GPRS信号方式将收到的固井数据发送给工控服务器。数据传输单元DTU内嵌TCP/IP协议栈，基于现有的GPRS网络，实现远程无线的透明数据传输，将现场采集到的数据打包传送至工控服务器。可以实现多台固井设备同时发送作业数据，及时的让管理人员或研究人员了解现场情况。这种无线传输方式使得固井作业的数据传输不受地域和距离限制。工控服务器，主要是将现场收集到的一台或多台固井设备的数据，分类整理保存，同时供客户端电脑调用和查询。客户端电脑可以根据服务器中的数据进行各种分析研究，打印各种报表，研究人员或专家可以查看数据并提供合理建议送至现场。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

1、数据采集自动化，无干扰、无误差；

2、固井数据不易丢失，上次工作时客户端没有收到的数据，可编程逻辑控制器PLC可通过历史模式发送至客户端。

3、无限性的固井数据记录和生成报表；

4、可实现远程控制，全自动化，清晰、直观的报表，操作简单。

附图说明

图1-本发明的固井现场施工支持系统的工作流程图；

图2-本发明的固井现场施工支持系统的方框原理图。

具体实施方式

为进一步公开本发明的技术方案，下面详细说明：

一种固井现场施工支持系统，包括数据采集单元、可编程逻辑控制器PLC、数据传输单元、工控服务器、客户端，打印设备。数据采集单元包括密度质量流量计、接近开关脉冲信号接收器、压力传感器；可编程逻辑控制器PLC包括CPU，电源、模拟量模块、计数器模块、数字量输出模块、数字量输入模块；数据传输单元包括DTU，SIM卡；工控服务器为数据库服务器；客户端为普通的PC，附带固定应用程序，供研究人员或专家远程查看数据指导现场旋工。设在泥浆管路上的密度质量流量计、压力传感器和设在泥浆柱塞泵上的接近开关脉冲信号接收器与可编程逻辑控制器相联，可编程逻辑控制器PLC与数据传输单元DTU相联，数据传输单元与工控服务器相联，工控器可编程逻辑控制器PLC按照客户端的要求进行采样，并输给数据传输单元DTU，数据传输单元DTU通过GPRS无线传输给工控服务器，工控服务器再传输给客户端。

1、本发明的工作原理及工作程序：

本发明通过现场的可编程逻辑控制器对现场传感器的模拟信号进行采样和数据处理，并通过串行通信发送固井实时数据给DTU；DTU通过SIM卡以GPRS信号方式将收到的固井数据发送给工业服务器；工业服务器通过TCP/IP协议与一台或多台客户端通讯；客户端将收到的数据存储和生成实时报表并存储报表，输出打印。客户端还可下达数据传送的工作模式：实时模式、历史模式、实时+历史模式、存储模式。在工作的过程中，操作人员可根据实际情况通过客户端切换数据传输的工作方式。

实时模式：可编程逻辑控制器PLC接收客户端的实时模式指令，以客户端要求的时间间隔存储并发送现场固井的实时数据，每次发送的数据量为57个字节，而且将存储的数据做未发送成功的标识；客户端在收到实时数据后发送数据确认信号给可编程逻辑控制器PLC。可编程逻辑控制器PLC在收到客户端的确认信号后，清空存储数据的未发送成功标识。在已发送的数据中，可编程逻辑控制器PLC没有收到数据的确认信号，那么没有收到确认信号的数据会成为可编程逻辑控制器PLC下一次工作时的历史数据。

历史模式：此模式的背景——当前几次工作有未发送成功的固井数据时，客户端会发送历史模式指令要求可编程逻辑控制器PLC将未发送的历史数据进行发送，每次发送的最大数据量为969个字节。可编程逻辑控制器PLC接收客户端的历史模式指令，以客户端要求的时间间隔发送前几次固井未发送成功的历史数据；客户端在收到历史数据后进行数据确认。可编程逻辑控制器PLC在收到客户端的确认时，会清空历史数据的未发成功送标识，发送下一组969个字节，若可编程逻辑控制器PLC没有收到客户端的确认信号，可编程逻辑控制器PLC会一直发送未收到确认信号的历史数据，直到收到确认信号为止。

实时+历史模式：可编程逻辑控制器PLC接收客户端的实时+历史模式指令，以客户端要求的时间间隔发送现场固井的实时数据和前几次存储的未发送成功的历史固井数据；客户端在收到数据后发送数据确认信号给可编程逻辑控制器PLC（此确认信号中，包含实时数据的确认数据号、历史数据的确认数据号）。可编程逻辑控制器PLC在收到客户端的确认信号后，分别清空实时数据存储的未发送成功标识及清空未发送成功的历史数据标识。若可编程逻辑控制器PLC没有收到客户端的历史数据确认信号，可编程逻辑控制器PLC会一直发送一组实时数据和未收到确认信号的历史数据，直到收到历史数据确认信号，可编程逻辑控制器PLC才会发送下一组历史数据。

存储模式：可编程逻辑控制器PLC可通过接收客户端的存储模式指令实现存储模式，也会在可编程逻辑控制器PLC与客户端握手不成功时自动转为存储模式。在握手没有成功的情况下，可编程逻辑控制器 PLC以默认的2秒的时间间隔存储数据，并将存储的数据做未发送标志以备下次需要时发送。

2、本发明的操作步骤说明

(1) 工业服务器需要长期运行，这是本系统的基础。要时常检查维护，保证工业服务器的正常运作，只有这样才能保证数据的完整可靠。

    (2) 一台或多台固井设备出去作业时，在作业现场会开启控制系统电源，这时数据采集设备，可编程逻辑控制器，数据传输设备都会起动。

    (3) 工业服务器与数据传输设备自动建立网络连接，一台固井设备时工业服务器会连接一台，多台固井设备同时作业时工业服务器也可以连接多台。

    (4) 逻辑控制器把采集单元得到的数据实时通过数据传输单元DTU传输到工业服务器。

    (5) 客户端也可以根据需要向可编程逻辑控制器发送指令，选择不同的传输方式和传输速率。

(6) 研究人员或专家可以利用客户端，监控现场数据，预测下一步的情况并给出合理的建议发送至现场指导现场固井作业。

Claims (5)

1.一种固井现场施工支持系统，包括数据采集单元、可编程逻辑控制器PLC、数据传输单元、工控服务器、客户端，打印设备；数据采集单元包括密度质量流量计、接近开关脉冲信号接收器、压力传感器；可编程逻辑控制器PLC包括CPU，电源、模拟量模块、计数器模块、数字量输出模块、数字量输入模块；数据传输单元包括DTU，SIM卡；工控服务器为数据库服务器；客户端为普通的PC，附带固定应用程序，供研究人员或专家远程查看数据指导现场旋工；设在泥浆管路上的密度质量流量计、压力传感器和设在泥浆柱塞泵上的接近开关脉冲信号接收器与可编程逻辑控制器相联，可编程逻辑控制器PLC与数据传输单元DTU相联，数据传输单元与工控服务器相联，工控器可编程逻辑控制器PLC按照客户端的要求进行采样，并输给数据传输单元DTU，数据传输单元DTU通过GPRS无线传输给工控服务器，工控服务器再传输给客户端。

2.根据权利要求1所述的固井现场施工支持系统，其特征在于可编程逻辑控制器PLC内编程有四种工作模式：实时模式、历史模式、实时+历史模式、存储模式，在客户端的指令要求下，四种模式可以相互切换。

3.根据权利要求1所述的固井现场施工支持系统，其特征在于工控服务器将接收到的固井数据，实现数据共享，一台或多台客户端可通过工控服务器，读取固井数据。

4.根据权利要求1所述的固井现场施工支持系统，其特征在于客户端可将固井数据生成实时数据报表或历史数据报表，并可控制可编程逻辑控制器PLC采集固井数据的频率，及可编程逻辑控制器PLC发送固井数据的工作方式并可将生成的固井数据报表直接打印。

5.根据权利要求1所述的固井现场施工支持系统，其特征在于固井专家可以根据现场实时数据，预测固井现场将会出现的许多情况，并给出合理的建议；专家的建议可以及时的发送至现场固井设备，在现场固井设备的显示单元显示出来，及时提醒现场操作人员。

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