CN111852395A - 一种井口控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种井口控制系统及控制方法，本井口控制系统包括智能控制器，智能控制器包括中央处理器，中央处理器的输入端与数据采集组件的输出端电性连接，对井口进行全面检测；中央处理器的输出端电性连接有报警器、地面安全阀、井下安全阀、HIPPS高完整性压力保护系统、EDS紧急关断系统、易熔塞控制盘、液压动力单元，发电装置对充电电源进行供电；中央处理器通过无线通信模块与监控终端信号连接，方便进行远程操控；本其控制方法利用了井口控制系统进行控制操作可迅速消除安全隐患，通过报警有利于提醒员工快速撤离现场，有利于减少资产损失与人员伤亡。

Description

一种井口控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于井口控制技术领域，具体涉及一种井口控制系统。同时，本发明还涉及到一种井口控制系统的控制方法。
背景技术
油井是通过钻井方法钻成的孔眼。一般油井在钻达油层后，下入油层套管，并在套管与井壁间的环形空间注入油井水泥，以维护井壁和封闭油、气、水层，后按油田开发的要求用射孔枪射开油层，形成通道，下入油管，用适宜的诱流方法，将石油由油井井底上升到井口。
现如今越来越重视井口的安全性能，但是一般是强调员工进行安全规范的操作，通过人工对检测是否有火焰产生、是否有可燃气体泄露，检测油气管道是否发生泄露及井口的温湿度，如果有危险发生，往往无法迅速将信号快速传送出去，难以快速控制地面安全阀和井下安全阀关闭，难以快速控制HIPPS高完整性压力保护系统、EDS紧急关断系统、易熔塞控制盘、液压动力单元启动，存在严重的缺陷，容易导致大量的资产损失与人员伤亡。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井口控制系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种井口控制系统，包括：
智能控制器，所述智能控制器包括中央处理器，所述中央处理器的输入端与数据采集组件的输出端电性连接，所述数据采集组件包括火焰传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、热红外传感器和可燃性气体传感器，所述中央处理器包括数据分析模块、数据处理模块和数据判断模块；
所述中央处理器的输出端电性连接有报警器、地面安全阀、井下安全阀、HIPPS高完整性压力保护系统、EDS紧急关断系统、易熔塞控制盘、液压动力单元；
所述中央处理器通过无线通信模块与监控终端信号连接；
还包括发电装置，所述发电装置对充电电源进行供电，所述充电电源对上述电器进行供电。
通过采用上述技术方案：通过火焰传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、热红外传感器和可燃性气体传感器可对井口进行全面检测，检测是否有火焰产生、是否有可燃气体泄露，检测油气管道是否发生泄露及井口的温湿度，如果检测到井口有火焰产生或井口有可燃气体泄露或检测油气管道发生泄露，中央处理器控制报警器发出报警，控制地面安全阀和井下安全阀关闭，控制HIPPS高完整性压力保护系统、EDS紧急关断系统、易熔塞控制盘、液压动力单元启动，迅速消除安全隐患，通过报警有利于提醒员工快速撤离现场，有利于减少资产损失与人员伤亡，中央处理器通过无线通信模块将信息传送给监控终端，方便远程监控。
优选的，所述中央处理器为AT89C51单片机，所述无线通信模块为AtherosAR9331Wi-Fi芯片，所述AtherosAR9331Wi-Fi芯片与所述AT89C51单片机集成在一起。
通过采用上述技术方案：AT89C51单片机编程有BP神经网络算法，数据融合技术是近年发展起来的一门新技术，神经网络作为一种数据融合方法，被应用在多种领域，神经网络具有归纳、总结、抽取、记忆、联想和容错性，它依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的，在应用过程中，通过训练，获得有关的知识与信息，将实测数据与此信息进行比较，进行数据融合，边缘计算，能够出色的完成本方案的需求；通过AtherosAR9331Wi-Fi芯片与AT89C51单片机集成在一起，有利于AtherosAR9331Wi-Fi芯片稳定的进行信息传输。
优选的，所述发电装置包括太阳能发电装置，所述太阳能发电装置包括太阳能发电板和太阳能控制器，所述太阳能发电板通过所述太阳能控制器对所述充电电源进行供电。
通过采用上述技术方案：通过太阳能发电装置进行供电，节约了能耗。
优选的，所述发电装置还包括风力发电装置，所述风力发电装置包括风力发电机组和风机控制器，所述风力发电机组通过所述风机控制器对所述充电电源进行供电。
通过采用上述技术方案：通过风力发电装置和太阳能发电装置共同的发电作用，有利于保证了充足用电。
优选的，所述中央处理器的电源接口通过电压检测模块与所述充电电源电性连接，所述电压检测模块为LMP7300构成微功耗精密电池低电压检测电路，基准电压为2.048V，基准电压精度为0.25%，电源电压范围为2.7-12V。
通过采用上述技术方案：通过电压检测模块有利于中央处理器进行平稳供电。
优选的，所述中央处理器通过按键电路电性连接有按键，所述中央处理器的输出端电性连接有显示屏。
通过采用上述技术方案：通过按键方便操控智能控制器，通过显示屏方便显示信息，显示屏采用LM016L液晶显示屏，其内部带有控制器，具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符闪烁、移动等功能，其与单片机通信可采用8位或4位并行传输2种方式，LM016I液晶数据线DO～D7分别与单片机AT89C52的P1.0～1.7口连接，控制线RS、RW、RE与单片机P2.5、P2.6、P2.7端口连接。
优选的，所述报警器由括LED红色指示灯和蜂鸣器组成。
通过采用上述技术方案：通过LED红色指示灯和蜂鸣器同时发出报警，有利于员工快速收到警报。
优选的，所述中央处理器的电性连接有存储模块和时钟电路。
通过采用上述技术方案：存储模块选用SPI模式，单片机的引脚1为SPI选线，引脚2为SPI总线的数据输入线，引脚7为数据输出线，引脚5为时钟线。
优选的，所述监控终端为手机或平板或电脑。
通过采用上述技术方案：可根据实际需求设置监控终端。
本发明还提供了一种井口控制系统的控制方法，具体包括以下步骤：
S1、通过数据采集组件采集井口的信息，通过火焰传感器、烟雾传感器和热红外传感器检测是否发生失火的信息，通过可燃性气体传感器检测井口是否有可燃气体，检测油气管道是否发生泄露，通过温湿度传感器检测井口的温湿度；
S2、中央处理器通过数据分析模块对数据进行分析，通过数据处理模块对数据进行处理，通过数据判断模块判断井口是否有火焰产生，判断井口是否有可燃气体泄露，检测油气管道是否发生泄露；
S3、如果检测到井口有火焰产生或井口有可燃气体泄露或检测油气管道发生泄露，中央处理器控制报警器发出报警，控制地面安全阀和井下安全阀关闭，控制HIPPS高完整性压力保护系统、EDS紧急关断系统、易熔塞控制盘、液压动力单元启动；
S4、然后中央处理器通过无线通信模块将信息传送给监控终端。
本发明提供的一种井口控制系统及控制方法的有益效果：
1、如有危险发生，中央处理器控制报警器发出报警的同时，控制地面安全阀和井下安全阀关闭，控制HIPPS高完整性压力保护系统、EDS紧急关断系统、易熔塞控制盘、液压动力单元启动，迅速消除安全隐患，通过报警有利于提醒员工快速撤离现场，有利于减少资产损失与人员伤亡；
2、中央处理器通过无线通信模块将信息传送给监控终端，方便远程监控；
3、通过风力发电装置和太阳能发电装置共同的发电作用，有利于保证了充足用电，节约了能源方案能够对井口多种信息进行检测，如有危险发生；
4、通过火焰传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、热红外传感器和可燃性气体传感器可对井口进行全面检测，检测是否有火焰产生、是否有可燃气体泄露，检测油气管道是否发生泄露及井口的温湿度，如果检测到井口有火焰产生或井口有可燃气体泄露或检测油气管道发生泄露。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明的中央处理器的电路图；
图3为本发明的火焰传感器的电路图；
图4为本发明的烟雾传感器的电路图；
图5为本发明的热红外传感器的电路图；
图6为本发明的可燃性气体传感器的电路图；
图7为本发明的按键电路的电路图；
图8为本发明的显示屏的电路图；
图9为本发明的存储模块的电路图；
图10为本发明的报警器的电路图；
图11为本发明的电压检测模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
实施例1
本发明提供了如图1-图11的一种井口控制系统，包括：
如图1所示，智能控制器，所述智能控制器包括中央处理器，中央处理器优选为AT89C51单片机，AT89C51单片机编程有BP神经网络算法，数据融合技术是近年发展起来的一门新技术，神经网络作为一种数据融合方法，被应用在多种领域，神经网络具有归纳、总结、抽取、记忆、联想和容错性，它依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的，在应用过程中，通过训练，获得有关的知识与信息，将实测数据与此信息进行比较，进行数据融合，边缘计算，能够出色的完成本方案的需求；
如图1和图11所示，中央处理器的电源接口通过电压检测模块与所述充电电源电性连接，所述电压检测模块为LMP7300构成微功耗精密电池低电压检测电路，基准电压为2.048V，基准电压精度为0.25%，电源电压范围为2.7-12V，通过电压检测模块有利于中央处理器进行平稳供电；
如图1和图7所示，中央处理器通过按键电路电性连接有按键，通过按键方便操控智能控制器；
如图1和图8所示，所述中央处理器的输出端电性连接有显示屏，通过显示屏方便显示信息，显示屏采用LM016L液晶显示屏，其内部带有控制器，具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符闪烁、移动等功能，其与单片机通信可采用8位或4位并行传输2种方式，LM016I液晶数据线DO～D7分别与单片机AT89C52的P1.0～1.7口连接，控制线RS、RW、RE与单片机P2.5、P2.6、P2.7端口连接；
如图1和图9所示，所述中央处理器的电性连接有存储模块和时钟电路，存储模块选用SPI模式，单片机的引脚1为SPI选线，引脚2为SPI总线的数据输入线，引脚7为数据输出线，引脚5为时钟线
如图1所示，所述中央处理器的输入端与数据采集组件的输出端电性连接，所述数据采集组件包括火焰传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、热红外传感器和可燃性气体传感器，所述中央处理器包括数据分析模块、数据处理模块和数据判断模块；
如图1和图3所示，火焰传感器的型号为JNHB1004，JNHB1004传感器检测波长为760-1000nm，火焰传感器通过A/D转换器与单片机的P0.3引脚电性连接；
温湿度传感器为Pt100温度传感器，Pt100温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器，主要技术参数如下： 测量范围：-200℃～+850℃ 允许偏差值△℃：A级±（0.15＋0.002│t│），B级±（0.30＋0.005│t│）；最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；允通电流≤5mA。 另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。铂热电阻的线性较好，在0~100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度；
如图1和图4所示，烟雾传感器为MQ-2是二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体，当MQ-2处于200〜300/时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使二氧化锡中的电子密度减少，导致电阻增大，当与烟雾接触时就会引起表面电导率的变化，从而获得烟雾存在的信息，烟雾浓度越大，电导率越大，输出电阻越低；
如图1和图5所示，热红外传感器通过检测火焰辐射出的红外线来识别火灾，物质从燃烧开始到发光的阶段中，火焰的光谱从紫外线、可见光到红外线都有能量辐射空气中的气体，如CO，CO2等，对特定波长的红外线具有强烈的吸收作用，通过测量光谱变化来得到火灾信息。设计中选用两个波长的热释电红外传感器来检测火焰辐射的红外线。一个波长的热释电红外传感器用于检测含碳物质燃烧释放CO2引起的特定波长红外光谱的变化；一个波长的热释电传感器用于检测红外辐射的能量。两个波长的传感器相结合，有效区分发热体而非火焰放的红外线，避免误报警；
如图1和图6所示，可燃性气体传感器为TP-1.1A可燃性气体传感器，TP-1.1A可燃性气体传感器为纳米级二氧化锡进行合理的半导体掺杂，以微珠结构制成的非加热、低功耗、对甲烷高度灵敏的可燃气体传感器
如图1所示，所述中央处理器的输出端电性连接有报警器、地面安全阀、井下安全阀、HIPPS高完整性压力保护系统、EDS紧急关断系统、易熔塞控制盘、液压动力单元；
如图1和图10所示，报警器由括LED红色指示灯和蜂鸣器组成，通过LED红色指示灯和蜂鸣器同时发出报警，有利于员工快速收到警报；
如图1所示，所述中央处理器通过无线通信模块与监控终端信号连接，通过AtherosAR9331Wi-Fi芯片与AT89C51单片机集成在一起，有利于AtherosAR9331Wi-Fi芯片稳定的进行信息传输，所述监控终端为手机或平板或电脑；
如图1所示，还包括发电装置，所述发电装置对充电电源进行供电，所述充电电源对上述电器进行供电，发电装置包括太阳能发电装置，所述太阳能发电装置包括太阳能发电板和太阳能控制器，所述太阳能发电板通过所述太阳能控制器对所述充电电源进行供电，所述发电装置还包括风力发电装置，所述风力发电装置包括风力发电机组和风机控制器，所述风力发电机组通过所述风机控制器对所述充电电源进行供电，节约了能源，同时通过风力发电装置和太阳能发电装置共同的发电作用，有利于保证了充足用电。
本系统，通过火焰传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、热红外传感器和可燃性气体传感器可对井口进行全面检测，检测是否有火焰产生、是否有可燃气体泄露，检测油气管道是否发生泄露及井口的温湿度，如果检测到井口有火焰产生或井口有可燃气体泄露或检测油气管道发生泄露，中央处理器控制报警器发出报警，控制地面安全阀和井下安全阀关闭，控制HIPPS高完整性压力保护系统、EDS紧急关断系统、易熔塞控制盘、液压动力单元启动，迅速消除安全隐患，通过报警有利于提醒员工快速撤离现场，有利于减少资产损失与人员伤亡，中央处理器通过无线通信模块将信息传送给监控终端，方便远程监控
本发明还提供了一种井口控制系统的控制方法，具体包括以下步骤：
S1、通过数据采集组件采集井口的信息，通过火焰传感器、烟雾传感器和热红外传感器检测是否发生失火的信息，通过可燃性气体传感器检测井口是否有可燃气体，检测油气管道是否发生泄露，通过温湿度传感器检测井口的温湿度；
S2、中央处理器通过数据分析模块对数据进行分析，通过数据处理模块对数据进行处理，通过数据判断模块判断井口是否有火焰产生，判断井口是否有可燃气体泄露，检测油气管道是否发生泄露；
S3、如果检测到井口有火焰产生或井口有可燃气体泄露或检测油气管道发生泄露，中央处理器控制报警器发出报警，控制地面安全阀和井下安全阀关闭，控制HIPPS高完整性压力保护系统、EDS紧急关断系统、易熔塞控制盘、液压动力单元启动；
S4、然后中央处理器通过无线通信模块将信息传送给监控终端。
综上，与现有技术相比，本方案能够对井口多种信息进行检测，如有危险发生，中央处理器控制报警器发出报警的同时，控制地面安全阀和井下安全阀关闭，控制HIPPS高完整性压力保护系统、EDS紧急关断系统、易熔塞控制盘、液压动力单元启动，迅速消除安全隐患，通过报警有利于提醒员工快速撤离现场，有利于减少资产损失与人员伤亡，中央处理器通过无线通信模块将信息传送给监控终端，方便远程监控，通过风力发电装置和太阳能发电装置共同的发电作用，有利于保证了充足用电，节约了能源。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种井口控制系统，其特征在于，包括：
智能控制器，所述智能控制器包括中央处理器，所述中央处理器的输入端与数据采集组件的输出端电性连接，所述数据采集组件包括火焰传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、热红外传感器和可燃性气体传感器，所述中央处理器包括数据分析模块、数据处理模块和数据判断模块；
所述中央处理器的输出端电性连接有报警器、地面安全阀、井下安全阀、HIPPS高完整性压力保护系统、EDS紧急关断系统、易熔塞控制盘、液压动力单元；
所述中央处理器通过无线通信模块与监控终端信号连接；
发电装置，所述发电装置对充电电源进行供电，所述充电电源对上述电器进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种井口控制系统，其特征在于：所述中央处理器为AT89C51单片机，所述无线通信模块为AtherosAR9331Wi-Fi芯片，所述AtherosAR9331Wi-Fi芯片与所述AT89C51单片机集成在一起。
3.根据权利要求1所述的一种井口控制系统，其特征在于：所述发电装置包括太阳能发电装置，所述太阳能发电装置包括太阳能发电板和太阳能控制器，所述太阳能发电板通过所述太阳能控制器对所述充电电源进行供电。
4.根据权利要求3所述的一种井口控制系统法，其特征在于：所述发电装置还包括风力发电装置，所述风力发电装置包括风力发电机组和风机控制器，所述风力发电机组通过所述风机控制器对所述充电电源进行供电。
5.根据权利要求2所述的一种井口控制系统，其特征在于：所述中央处理器的电源接口通过电压检测模块与所述充电电源电性连接，所述电压检测模块为LMP7300构成微功耗精密电池低电压检测电路，基准电压为2.048V，基准电压精度为0.25%，电源电压范围为2.7-12V。
6.根据权利要求2所述的一种井口控制系统，其特征在于：所述中央处理器通过按键电路电性连接有按键，所述中央处理器的输出端电性连接有显示屏。
7.根据权利要求2所述的一种井口控制系统，其特征在于：所述报警器由LED红色指示灯和蜂鸣器组成。
8.根据权利要求2所述的一种井口控制系统，其特征在于：所述中央处理器的电性连接有存储模块和时钟电路。
9.根据权利要求1所述的一种井口控制系统，其特征在于：所述监控终端为手机或平板或电脑。
10.一种权利要求1所述的井口控制系统的控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、通过数据采集组件采集井口的信息，通过火焰传感器、烟雾传感器和热红外传感器检测是否发生失火的信息，通过可燃性气体传感器检测井口是否有可燃气体，检测油气管道是否发生泄露，通过温湿度传感器检测井口的温湿度；
S2、中央处理器通过数据分析模块对数据进行分析，通过数据处理模块对数据进行处理，通过数据判断模块判断井口是否有火焰产生，判断井口是否有可燃气体泄露，检测油气管道是否发生泄露；
S3、如果检测到井口有火焰产生或井口有可燃气体泄露或检测油气管道发生泄露，中央处理器控制报警器发出报警，控制地面安全阀和井下安全阀关闭，控制HIPPS高完整性压力保护系统、EDS紧急关断系统、易熔塞控制盘、液压动力单元启动；
S4、然后中央处理器通过无线通信模块将信息传送给监控终端。
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