CN109507986B - 用于油田作业设备的远程监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于油田作业设备的远程监控方法，该方法包括以下步骤：S1.实时采集来自油田作业设备上的传感器的数据信号；S2.对所采集的数据信号进行统计分析；S3.根据统计分析结果对油田作业设备的工作状态和故障模式作出诊断；以及S4.将油田作业设备的工作状态和故障模式发送至监控终端。该方法能够对油田作业设备在一段时期内的运行数据进行分析，从而获得油田作业设备的运行规律，并根据所获得的运行规律对油田作业设备的工作状态以及相关故障模式进行预判，从而帮助油田作业设备的运行维护人员对油田作业设备进行提前的维护或维修作业，以防由于突发状况给油田作业设备的正常使用带来影响。

Description

用于油田作业设备的远程监控方法

技术领域

本发明涉及油田作业设备的监控领域，具体涉及一种用于油田作业设备的远程监控方法。

背景技术

高效简明的故障报警方法是石油钻采行业追求的目标。对于石油钻采设备，均配有监控设备，但如何合理配置高效的监控设备和自动化故障报警系统，一直是石油钻采设备监控领域关注的焦点。石油钻采环境恶劣，现有的监控设备与数据采集器，大多对数据的处理能力比较弱，达不到实时处理数据的要求；存储内容小，不能满足较大数据内容的存储；设备简单，不能满足恶劣环境下持续工作的要求；影响被监控设备的正常运行等问题。受现有技术的影响，现有的监控设备和数据采集器可能影响数据的精确性、控制的及时性、管理的统一性等问题。

因此，有必要提供一种用于比如为石油钻采设备的油田作业设备的监控方法，实现对各个现场工业设备的实时的、高效的监控和数据分析，对故障及时高效报警并处理，同时不影响被监控油田作业设备的正常运行。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于油田作业设备的远程监控方法。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种用于油田作业设备的远程监控方法，该远程监控方法包括以下步骤：

S1.实时采集来自所述油田作业设备上的传感器的数据信号；

S2.对所采集的所述数据信号进行统计分析；

S3.根据所述统计分析结果对所述油田作业设备的工作状态和故障模式作出诊断；以及

S4.将所述油田作业设备的工作状态和故障模式发送至监控终端。

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法的一个优选的实施例，在步骤S1中，利用以并联方式连接在所述油田作业设备的传感器信号数据线上的信号采集模块采集数据信号，以便不影响所述传感器信号的原有传输路径。

在根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法的另一个优选的实施例中，将所采集的来自所述油田作业设备上的传感器的数据信号由模拟信号转换成数字信号。

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法的再一个优选的实施例，所述数据信号包括关于所述油田作业设备的作业部件的连续作业时间、累计作业时间以及所述油田作业设备上的各个传感器所监控的数据信号。

在根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法的还一个优选的实施例中，步骡S2包括在本地或在远程服务器对所述数据信号进行统计分析。

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法的又一个优选的实施例，步骤S2还包括建立数据统计分析模型，以便对所述信号数据进行统计分析。

在根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法的另一个优选的实施例中，步骤S3包括判断所述油田作业设备的作业部件的累计作业时间是否达到阈值时限，或所述油田作业设备的作业部件是否出现故障或预判将出现故障，并且在所述累计作业时间达到阈值时限或所述作业部件出现故障或将出现故障时产生提示信息。

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法的再一个优选的实施例，步骤S4包括将所述提示信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端对所述油田作业设备进行实时监控。

在根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法的还一个优选的实施例中，该方法还包括以下步骤：根据所述油田作业设备的作业部件的操作参数对所述数据统计分析模型的参数进行自动更新。

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法的又一个优选的实施例，该方法还包括以下步骤：将所述油田作业设备的位置信息发送至所述监控终端。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法通过设置传感器对油田作业设备进行操作信号的实时监测采集，可以对油田作业设备进行本地或远程数据统计与分析，通过与正常操作数据的对比分析确定是否达到使用期限阈值或是否发生故障，并根据作业状态启动相关预警机制。可以根据数据来源和内置GPS定位信息确定预警位置，通过监控终端对设备进行实时监测，定时数据采集和分析，并且及时定位故障位置，以达到及时准确排除故障，提高作业效率的目的。根据本发明的方法可以远程控制现场油田作业设备，比如为石油钻探设备，并且能够在较为恶劣的环境下进行设备的监控和数据分析。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本领域技术人员将更加全面地理解本发明的其它目的和优点。

图1示出根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法是一种用于油田作业设备的长期运行数据分析方法，其可以对油田作业设备在一段时期内的运行数据进行分析，从而获得油田作业设备的运行规律，并根据所获得的运行规律对油田作业设备的作业状态以及相关故障进行预判，从而帮助油田作业设备的运行维护人员对油田作业设备进行提前的维护或维修作业，以防由于突发状况给油田作业设备的正常使用带来影响。

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法包括如下步骤，首先，实时采集来自油田作业设备上的传感器的数据信号，比如可以通过信号采集模块采集油田作业设备上的相关作业部件的数据信号，比如泵的流量信号、转速信号、运转时间等。其次，可以对所采集的数据信号进行统计分析，比如可以统计上述信号的最小值、最大值、平均值等。再次，根据统计分析结果对油田作业设备的工作状态作出诊断，比如可以通过对泵的运转时间的统计，对其保养维修时间做出预估，以便对其进行及时的保养。最后，将油田作业设备的工作状态发送至监控终端，监控终端可以是实现网络通信的手机、电脑、平板等设备。

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法可以通过多路12位A/D通道(即A/D转换器件)实时采集外部设备上的各个关键作业部件的传感器的检测信号，将检测信号由模拟信号转换成数字信号，然后通过智能数据分析模型对实时数据进行统计分析，并诊断油田作业设备的工作状态和/或故障模式，可以将相关数据和工作状态传输至监控终端，或者即可将相关数据和工作状态传输至比如为云服务器的服务器，以便由服务器进行相关处理。

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法可以利用以并联方式连接在所述油田作业设备的传感器信号数据线上的信号采集模块采集数据信号，以便不影响所述传感器信号的原有传输路径。即，对油田作业设备来说，属于无缝接入，不影响原油田作业设备的工作状态和控制模式，根据本发明的远程监控方法通过对传感器信号的实时监控和分析来对油田作业设备的工作状态和故障模式进行诊断，以便实现对油田作业设备的在线监控。

本发明的用于油田作业设备的远程监控方法的可以采集关于油田作业设备的作业部件的连续作业时间、累计作业时间以及油田作业设备上的各个传感器所监控的数据信号。该方法可以实时采集并记录所接入的电压、电流、频率或脉冲以及PLC、CAN总线等多种类型的传感器信号，传感器的电信号通过各通道的12位A/D转换器件转换为数字信号，并自动记录到本地的存储器内或上传至服务器。该方法还可以采集油田作业设备的异常工作状态信息，比如油田作业设备的工作流体的流量的突然变化等类似信息。

在根据本发明所述的远程监控方法的步骤S2中，还可以包括在本地或在远程服务器对数据信号进行统计分析的步骤。也就是说，可以在油田作业设备的本地进行相关数据分析和处理，即在本地提供数据分析和处理模块，将数据分析结果发送至服务器或监控终端，同时也可以将数据直接传送至远程服务器，比如云服务器，由远程服务器对数据做更精细和深入的分析和处理，并根据需要将处理结果发送至监控终端或者反馈至油田作业设备。

进一步地，在进行数据分析和处理前还可以包括建立数据统计分析模型的步骤，以便对信号数据进行统计分析。可以通过数据统计分析模型对所采集的数据信息进行处理，比如可以对相关作业部件的特定参数的最小值、最大值、平均值等进行统计分析，并且可以根据在一定时期内的统计结果对数据统计分析模型的相关参数进行更新。

根据本发明的远程监控方法的步骤S3可以包括诊断油田作业设备的作业部件的累计作业时间是否达到阈值时限，或油田作业设备的作业部件是否出现故障，或预判油田作业设备部件预期将出现故障，并且在累计作业时间达到阈值时限或作业部件出现故障时产生提示信息。可以通过诊断作业部件的累计作业时间是否达到阈值时限来确定作业部件是否达到预期的保养期限，由此可以对作业部件的保养进行提前计划。另外，可以通过对故障信息的诊断为作业部件的后期使用提供参考和诊断依据，以便更加准确地预估作业部件出现故障的原因。在此，可以将提示信息通过中心服务器发送至监控终端以便提示监控人员。监控人员可以根据从监控终端所接收到的提示信息对油田作业设备进行实时监控和维护，比如对预判将出现故障的部件提前准备维护配件，及时更换故障部件或对设备进行维护保养等。

另外，根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法还包括如下步骤：即根据油田作业设备的作业部件的操作参数对数据统计分析模型的参数进行自动更新。因为不同的作业部件在不同的使用阶段可能具有不同的参数信息，因此需要对作业部件的相关参数进行更新，以便能够更准确地监测作业部件的工作状态。

进一步地，根据本发明的远程监控方法还包括将油田作业设备的位置信息发送至监控终端的步骤。通过设置在油田作业设备上的GPS定位装置对油田作业设备进行实时定位，以将油田作业设备的实时位置信息发送至监控终端，从而使操作人员了解油田作业设备所处的位置。

与现有技术相比，本发明的远程控制方法通过设置传感器对油田作业设备进行数据信号的实时监测采集，可以对油田作业设备的数据进行本地或远程统计与分析，通过与正常的数据参数进行对比分析以便确定油田作业设备的工作状态，并诊断油田作业设备是否发生故障，并在发生故障时启动预警机制。通过设置在GPS定位系统及时定位出现故障的油田作业设备的位置信息，以便达到及时排除故障、提高作业效率的目的，可以远程地控制现场作业的比如为石油钻采设备的油田作业设备的工作状态，而且适用于在恶劣环境下作业的相关设备。

以下以石油开采设备的应用场景为例，对根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法进行说明。压裂泵车是一种为了提高油井油气层渗透率从而提高油、气采收率而向地层压注高压液体、对地层进行加砂压裂作业的设备。由于压裂柱塞泵是压裂泵车的核心部件，而且在石油开采过程中一直是作业强度最高且工作时间最长的作业单元，但这个核心单元在这种极限的作业状态下却始终没有有效的监控手段，因此一旦压裂泵出现故障，没有任何记录能用来诊断其故障原因。

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法便能够很好地解决这个问题，该方法可以记录压裂泵的整个生命周期，并且可以实时监测压裂泵的工作状态，对压裂泵的异常状态进行提前预警，提前做好相关预防和准备工作，为油田作业设备厂商实现战略部署以及售后维保服务提供可靠的数据支持。可以利用手机终端或电脑终端通过根据本发明的监控方法对油田作业设备的状态进行实时在线监控。

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法从压裂泵车的压裂泵机组上采集压裂泵状态传感器的数据，包括发动机转速、大泵压力、液压油出口和入口压力、液压油出口和入口温度、CAN总线数据等。所有传感器的输出信号均通过线缆进行接入和采集，对于电压、电流、频率等模拟信号，通过数据采集板按照1024Hz的采样率完成A/D转换，转换成数字信号后传输至本地处理器或远程服务器进行存储和实时分析。对于CAN总线的数字信号，由CAN总线信号处理模块采集并传送至本地处理器或远程服务器存储和分析。

根据本发明的设备远程监控方法对所采集的实时数据进行滚动滤波处理，然后以此对各个通道的数据进行统计分析，根据分析结果对油田作业设备的状态作出诊断。在此，可以滚动统计单个通道信号在单位时间间隔内的最大值、最小值、平均值、标准差、超限次数、变化趋势等数学指标。

在压裂泵车的操作过程中，根据本发明的远程监控方法监控压裂泵车上的多个信号通道，将发动机转速设置为主监控通道，大泵压力设置为辅助监控通道，其他信号通道设置为普通监控通道，每个监控通道设置其正常作业时的信号值的上限值和下限值。

在实际工作过程中，当主监控通道的信号值正常时，则认为压裂泵车已经开始正常工作，然后依次诊断其他通道的监控信号值是否正常。如果其平均值超过上限值或低于下限值，则认为该通道出现故障，并根据超出值的范围大小将故障划分为不同的级别。若平均值在正常范围内，则通过其单位时间内的超限次数诊断该通道工作是否稳定，超过一定次数则认为工作不稳定，将该通道置于提醒状态，根据超限次数的多少将提醒状态划分为不同的级别。根据变化趋势来推断通道信号在未来多长时间会超出上限值或低于下限值。如果存在这种超限趋势，则该通道处于预警状态，并根据预测超限的时间长短将预警划分为不同级别。

当主通道没有监控数据时，则通过辅助通道判断主通道是否处于故障状态，如果辅助通道监控正常，则认为压裂泵车已经工作，主通道异常，出现故障，发出报警信息提示操作人员。如果辅助通道没有监控数据，则认为压裂泵车处于停机状态。

当油田作业设备处于工作状态时，本发明的远程监控方法自动记录压裂泵车的连续工作时间和累计工作时间，并根据累计工作时间来判断是否需要对压裂泵车进行保养维护以及保养维护的级别。

在联网状态下，根据本发明的方法可以每隔预定时间，比如1s，将监控数据上传到中心服务器，比如云服务中心，中心服务器可以将数据保存到数据库中，中心服务器收到数据后作出信息反馈。如果有其他指令要求，如更新数据分析模块的分析模型参数、请求某一时间段内的详细数据等，则通过反馈信息下发，本地处理器收到反馈信息后，根据指令内容进行进一步的操作。如果需要更新分析模型参数，则提取反馈信息中的参数信息并更新本地分析模型，如果是请求某一时间段内的详细数据，则新开数据通道，将指定的监控数据上传到中心服务器。

监控人员所使用的监控终端可以通过比如为云服务器的中心服务器查看远程监控的压裂泵车的工作状态。如果需要查看某段时间内的详细监控数据，则向中心服务器发送请求，如果中心服务器已存在相应数据，则直接下发，否则，将请求指令转发给本地处理器，待处理器将数据上传后再进行下发操作。

根据本发明的用于油田作业设备的远程监控方法可以通过中心服务器接收传输的监控数据，将所有数据保存到服务器的数据库中。初始阶段时，中心服务器对油田作业设备的工作状态和故障模式的诊断方法和依据与设备本地的数据分析模块相同，随着油田作业设备的数据积累到一定量后，采用数据挖掘算法，对同类型的油田作业设备的数据进行汇总处理，依据机器学习算法不断调整模型诊断参数，使得对油田作业设备状态的诊断以及对故障的预警越来越精确。当在中心服务器中产生更优化的模型诊断参数时，自动下发至本地处理器以对其分析模型进行更新。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于油田作业设备的远程监控方法，其特征在于，所述远程监控方法包括以下步骤：

S1.实时采集来自所述油田作业设备上的传感器的数据信号；

S2.对所采集的所述数据信号进行统计分析；

S3.根据所述统计分析结果对所述油田作业设备的工作状态和故障模式作出诊断；以及

S4.将所述油田作业设备的工作状态和故障模式发送至监控终端；

步骤S2还包括建立数据统计分析模型，以便对所述数据信号进行统计分析；

步骤S1包括：通过多个12位A/D通道进行多通道实时采集所述数据信号；步骤S2包括：对多个所述通道采集的信号值进行统计分析；

多个所述通道包括主监控通道和辅助监控通道，所述主监控通道和所述辅助监控通道互为备份通道进行状态监控，当所述主监控通道的监控信号值正常时，则可判断所述油田作业设备正常，当所述主监控通道的监控信号值异常时，通过判断所述辅助监控通道是否正常来判断所述油田作业设备是否正常；

还包括：

通过判断实时监控信号值与历史某段时间内所述监控信号值的平均值之间差值的大小，来确定所述油田作业设备的故障等级；

通过判断所述实时监控信号值超出所述平均值的次数判断所述油田作业设备进行数据传输的稳定性。

2.根据权利要求1所述的用于油田作业设备的远程监控方法，其特征在于，在步骤S1中，利用以并联方式连接在所述油田作业设备的传感器信号数据线上的信号采集模块采集数据信号，以便不影响所述传感器信号的原有传输路径。

3.根据权利要求2所述的用于油田作业设备的远程监控方法，其特征在于，将所采集的来自所述油田作业设备上的传感器的数据信号由模拟信号转换成数字信号。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于油田作业设备的远程监控方法，其特征在于，所述数据信号包括关于所述油田作业设备的作业部件的连续作业时间、累计作业时间以及所述油田作业设备上的各个传感器所监控的数据信号。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的用于油田作业设备的远程监控方法，其特征在于，步骤S2包括在本地或在远程服务器对所述数据信号进行统计分析。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的用于油田作业设备的远程监控方法，其特征在于，步骤S3包括判断所述油田作业设备的作业部件的累计作业时间是否达到阈值时限，或所述油田作业设备的作业部件是否出现故障，并且在所述累计作业时间达到阈值时限或所述作业部件出现故障时产生提示信息。

7.根据权利要求6所述的用于油田作业设备的远程监控方法，其特征在于，步骤S4包括将所述提示信息发送至所述监控终端，并通过所述监控终端显示所述油田作业设备的工作状态和故障模式，以实现对油田作业设备的实时监控和预警提醒。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的用于油田作业设备的远程监控方法，其特征在于，还包括以下步骤：根据所述油田作业设备的作业部件的操作参数对所述数据统计分析模型的参数进行自动更新。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的用于油田作业设备的远程监控方法，其特征在于，还包括以下步骤：将所述油田作业设备的位置信息发送至所述监控终端。

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