CN112682026A - 一种带压作业机在线安全监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油石化设备的安全监测技术领域，特别涉及一种带压作业机的在线安全监测系统及方法，本发明公开了一种带压作业机在线安全监测系统，其包括数据采集装置，所述数据采集装置用于采集带压作业机的各项运行参数；现场工控机，所述现场工控机与所述数据采集装置通讯连接，所述现场工控机接收、储存、处理及分析所述运行参数，产生运行状态数据，并根据所述运行状态数据判断所述带压作业机的运行状态是否正常，得出判断结果和预警信息，本发明还公开了一种带压作业机在线安全监测方法，本发明采用所述带压作业机安全监测系统通过所述安全监测方法实时监测带压作业机在工作过程中的状态，避免井口垮塌，人员遇险等危险事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及石油石化设备的安全监测技术领域，特别涉及一种带压作业机的在线安全监测系统及方法。
背景技术
带压作业技术是近几年发展起来的一种在井口带压环境下进行修井作业的新技术，目前已经在各个油田得到了快速发展。相比于传统的压井返排及放空泄压方式，带压作业技术不仅能够避免钻、修过程对油气层的污染和伤害，而且能够有效地保持地层压力、维持区块产能、缩短修井周期、提高注水效率、安全环保，具有良好的经济效益和社会效益。
现有技术中，在带压作业时需要在原井口上安装安全防喷器组、工作防喷器组和带压作业机等大型设备，原井口承受重量极大；在带压起管柱或打捞等作业过程中，由于时常遇阻遇卡，需要持续加大上提力解卡，此时原井口承重情况将随着过提力的增加持续增大；带压作业机尺寸及重量大，底部结构安装在井口上，仅有防倾斜绷绳和支撑柱辅助稳定，现有技术的上述情况导致有很多的风险。
现有技术存在的技术问题如下：
（1）由于原井口承受重量极大，对于作业井较深、管串结构较复杂的工况，需要改变井口组合形式和增加井口组合高度，将导致原井口承重进一步增大，存在井口垮塌风险；
（2）原井口承重情况随着过提力的增加持续增大时，容易出现原井口承重过载垮塌的风险，对现场作业人员、作业过程及周边环境造成较大的安全风险；
（3）带压作业机仅靠防倾斜绷绳和支撑柱辅助稳定，整体稳定性较差，有较大的倾覆风险；
（4）带压作业机及井口受力工况复杂多变，整体安全性较差，有较大的人员、设备、作业设施、生产设施的安全隐患。
发明内容
本发明针对现有带压作业机在工作过程中产生的井口垮塌等风险，提出一种带压作业机的在线安全监测系统及方法。本发明能够通过安全监测预防井口垮塌等风险。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种带压作业机在线安全监测系统，其包括：
数据采集装置，所述数据采集装置用于采集带压作业机的各项运行参数；
现场工控机，所述现场工控机与所述数据采集装置通过通讯连接，所述现场工控机接收、储存、处理及分析所述运行参数，产生运行状态数据，并根据所述运行状态数据判断所述带压作业机的运行状态是否正常，得出判断结果和预警信息。
优选地，还包括云端服务装置，所述云端服务装置与所述现场工控机通过无线连接，所述云端服务装置用于接收所述现场工控机发送的所述运行状态、判断结果和预警信息。
优选地，所述数据采集装置包括传感器和数据采集仪，所述数据采集仪与所述传感器通过有线/无线连接并从所述传感器接收数据，所述传感器安装在所述带压作业机上。
将传感器安装在带压作业机的关键部位，分别对带压作业机的结构应力应变、绳索拉力、倾斜角度、防喷器开关状态、系统压力等进行监测。现场工控机分析确定可能的危险结构点位置，为现场操作人员提供安全技术指导。
优选地，所述传感器类型包括数字量传感器和模拟量传感器。
优选地，所述数据采集仪包括电源适配器、数据采集器和第一通信模块，所述电源适配器的AC（交流）接线端口接入市电，所述电源适配器的DC（直流）端与所述数据采集器和第一通信模块连接，所述数字量传感器与所述数据采集器相对应的数字接口连接，所述数据采集器上数字输出接口与所述第一通信模块上相对应的接口连接。
优选地，所述数据采集仪包括电源适配器、数据采集器、模数转换器和第一通信模块，所述电源适配器的AC（交流）接线端口接入市电，所述电源适配器的DC（直流）端与所述数据采集器、模数转换器和第一通信模块连接，所述模拟量传感器与所述模数转换器输入接口连接，所述模数转换器输出接口与所述数据采集器相匹配的数字接口连接，所述数据采集器上数字输出接口与所述第一通信模块上相对应的接口连接。
优选地，所述数据采集仪包括电源适配器、数据采集器、模数转换器和第一通信模块，所述电源适配器的AC（交流）接线端口接入市电，所述电源适配器的DC（直流）端与所述数据采集器、模数转换器和第一通信模块连接，所述数字量传感器与所述数据采集器相对应的数字接口连接，所述模拟量传感器与所述模数转换器的输入接口连接，所述模数转换器输出接口与所述数据采集器相匹配的数字接口连接，所述数据采集器上的数字输出接口与所述第一通信模块上相对应的接口连接。
优选地，所述现场工控机包括计算机、与所述计算机通讯连接的声光报警模块、安装在所述防爆计算机中的在线监测软件，分别与所述第一通信模块和云端服务装置通讯连接的第二通信模块。所述在线监测软件用于处理、分析和判断所述运行参数并产生所述运行状态数据，同时所述在线监测软件还根据所述运行状态数据生成预警信息，所述计算机用于存储和显示所述运行参数、运行状态数据和预警信息，所述声光报警模块用于执行所述预警信息，所述第二通信模块与所述第一通信模块通讯连接。
优选地，所述云端服务装置包括云端服务器、与所述云端服务器通信连接的第三通信模块及与所述云端服务器通信连接的移动终端/客户端，所述第三通信模块与所述第二通信模块通讯连接，管理人员可通过访问云端服务器并在移动终端/客户端进行远程监控。
优选地，所述在线监测软件包括带压作业机监测数据库、数学模型、仿真计算公式、力学分析软件和安全评价指标数据库。
本发明还提供了一种带压作业机在线安全监测方法，包括以下步骤：
第一步、将所述传感器安装至所述带压作业机各部位；
第二步、将所述数据采集仪安装至所述带压作业机上，所述数据采集仪与所述传感器采用无线/有线连接；
第三步、所述传感器采集所述带压作业机的各项运行参数；
第四步、所述传感器将采集到的所述运行参数传输给所述数据采集仪，所述数据采集仪将所述运行参数转换成统一格式后通过有线/无线传输给所述现场工控机；
第五步、所述现场工控机接收所述运行参数并进行存储和分析，形成所述运行状态数据；
第六步、所述现场工控机通过所述在线监测软件分析判断所述运行状态数据并形成判断结果和预警信息；
第七步、现场操作人员通过查看所述现场工控机显示的所述运行状态数据、判断结果和预警信息，指导现场操作人员进行带压修井作业。
优选地，还包括以下步骤：
第八步、所述现场工控机输出所述运行状态数据、判断结果和预警信息至所述云端服务装置；
第九步、所述云端服务装置接收并存储所述运行状态数据、判断结果和预警信息；
第十步、管理人员远程通过所述移动终端/客户端访问所述云端服务器查看所述运行状态数据、判断结果和预警信息。
优选地，第四步包括以下分步骤：
A、所述数据采集器收集所述数字量传感器的数字量信号；
B、所述数据采集器将所述数字量信号传输至所述第一通信模块；
C、所述第一通信模块将所述数字量信号传输至所述第二通信模块。
优选地，第四步包括以下分步骤：
A、所述模拟量传感器通过所述模数转换器将模拟量信号转换成数字量信号；
B、所述数据采集器收集所述模拟量传感器转换后的所述数字量信号；
C、所述数据采集器将所述数字量信号传输至所述第一通信模块；
D、所述第一通信模块将所述数字量信号传输至所述第二通信模块。
优选地，第四步包括以下分步骤：
A、所述模拟量传感器通过所述模数转换器将模拟量信号转换成数字量信号；
B、所述数据采集器收集所述数字量传感器的所述数字量信号和所述模拟量传感器转换后的所述数字量信号；
C、所述数据采集器将所述数字量信号传输至所述第一通信模块；
D、所述第一通信模块将所述数字量信号传输至所述第二通信模块。
本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过传感器和数据采集仪对带压作业机的关键部位进行监测，采用所述带压作业机安全监测系统通过所述安全监测方法实时监测带压作业机在工作过程中的状态，一旦出现危险及时进行处理，避免井口垮塌，人员遇险等危险事故的发生。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明系统框图；
图2是本发明另一系统框图；
图3为本发明流程图；
图4为本发明另一流程图。
其中附图标记为：1-数据采集装置；11-数据采集仪；111-电源适配器；112-数据采集器；113-模数转换器； 114-第一通信模块；12-传感器；121-数字传感器；122-模拟量传感器；2-现场工控机；21-防爆计算机；22-在线监测软件；23-声光报警模块；24-第二通信模块；3-云端服务装置；31-云端服务器；32-移动终端；33-客户端；34-第三通信模块。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种带压作业机在线安全监测系统，其包括：数据采集装置1、现场工控机2及云端服务装置3，数据采集装置1用于采集、传输带压作业机的各项运行参数；现场工控机2与数据采集装置1通过有线/无线连接，现场工控机2接收、储存并分析运行参数，产生运行状态数据，根据运行状态数据判断带压作业机的运行状态是否正常并得出判断结果和预警信息。
进一步的，数据采集装置1包括传感器12和数据采集仪11，数据采集仪11与传感器12通过有线/无线连接并从传感器12接收数据，传感器12安装在带压作业机上。
进一步的，传感器12包含数字传感器121和模拟量传感器122，数字传感器121包括倾角传感器和/或风速传感器和/或位移传感器，模拟量传感器122包括应力传感器和/或拉力传感器和/或压力传感器。
应力传感器用于采集结构应力应变数据，倾角传感器用于采集倾斜角度数据，拉力传感器用于采集绳索拉力数据，压力传感器用于采集系统压力数据，位移探测器用于采集防喷器开关状态数据，风速传感器用于采集风速。
进一步的，数据采集仪11包括电源适配器111、数据采集器112和第一通信模块114，电源适配器111的AC（交流）接线端口接入市电，调整电源适配器111的DC（直流）端的输出电压后将DC端与数据采集器112和第一通信模块114的模式电源端口连接，数字量传感器121与数据采集器112相对应的数字接口连接，数据采集器112的数字输出接口与第一通信模块114上相对应的接口连接。
数据采集仪11将运行参数转换成同一帧，通过第一通信模块114传输给现场工控机2.
进一步的，现场工控机2包括计算机21、与计算机21通讯连接的声光报警模块23、安装在计算机21中的在线监测软件22和分别与第一通信模块114和云端服务装置3通讯连接的第二通信模块24，。在线监测软件22用于处理、分析和判断所述运行参数并产生所述运行状态数据，同时在线监测软件22还根据所述运行状态数据生成预警信息，计算机21用于存储和显示所述运行参数、运行状态数据和预警信息，声光报警模块23用于执行所述预警信息，第二通信模块24与第一通信模块114通讯连接，本实施例中计算机21为防爆计算机。
现场工控机2通过第二通信模块24接收由第一通信模块114传输来的带压作业机的所述运行参数、运行状态数据和预警信息，对带压作业机的运行现状及其安全可靠性做出综合评估，判断带压作业机的结构应力、绳索拉力、倾斜位移、系统压力、防喷器开关状态是否处于合理范围内，设备是否处于运行稳态，将判断结果通过显示器显示，若判断存在故障，则控制声光报警模块23发出预警警报，若判断正常，为现场的操作人员提供技术指导。
进一步的，在线监测软件22包括带压作业机监测数据库、数学模型、仿真计算公式、力学分析软件和安全评价指标数据库。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：
还包括云端服务装置3，云端服务装置3包括云端服务器31、与云端服务器31通讯连接的第三通信模块34及与云端服务器31通讯连接的移动终端32/客户端33，第三通信模块34与第二通信模块24通讯连接，管理人员通过访问云端服务器并在移动终端/客户端进行远程监控。
实施例3
本实施例与实施例1或2的区别在于：
数据采集仪11包括电源适配器111、数据采集器112、模数转换器113和第一通信模块114，电源适配器111的AC（交流）接线端口接入市电，调整电源适配器111的DC（直流）端的输出电压后将DC端与数据采集器112、模数转换器113和第一通信模块114的模式电源端口连接，模拟量传感器122与模数转换器113的输入接口连接，模数转换器113的输出接口与数据采集器112相匹配的数字接口连接，数据采集器112上的数字输出接口与第一通信模块114上相对应的接口连接。
实施例4
本实施例与实施例1或2或3的区别在于：
数据采集仪11包括电源适配器111、数据采集器112、模数转换器113和第一通信模块114，电源适配器111的AC（交流）接线端口接入市电，调整电源适配器111的DC（直流）端的输出电压后将DC端与数据采集器112、模数转换器113和第一通信模块114连接，数字量传感器121与数据采集器112相对应的数字接口连接，模拟量传感器122与模数转换器113的输入接口连接，模数转换器113的输出接口与数据采集器112相匹配的数字接口连接，数据采集器112的数字输出接口与第一通信模块114相对应的接口连接。
实施例5
如图3所示，一种带压作业机在线安全监测方法，使用了实施1的带压作业机安全监测系统，该方法具体包含了以下步骤：
第一步、将传感器12安装至带压作业机各部位；
第二步、将数据采集仪11安装至带压作业机上，数据采集仪11与传感器12采用无线/有线连接；
第三步、传感器12采集带压作业机的各项运行参数；
第四步、传感器12将采集到的运行参数传输给数据采集仪11，数据采集仪11将运行参数转换成统一格式后通过有线/无线传输给现场工控机2；
第五步、现场工控机2接收运行参数并进行存储和分析，形成运行状态数据；
第六步、现场工控机2通过在线监测软件22分析判断运行状态数据并形成判断结果和预警信息；
第七步、现场操作人员通过查看现场工控机2显示的运行状态数据、判断结果和预警信息，指导现场操作人员进行带压修井作业。
进一步的，第四步包含以下分步骤：
A、所述数据采集器收集所述数字量传感器的数字量信号；
B、所述数据采集器将所述数字量信号传输至所述第一通信模块；
C、所述第一通信模块将所述数字量信号传输至所述第二通信模块；
实施例6
本实施例与实施例5的区别在于：
进一步的，第四步包含以下分步骤：
A、所述模拟量传感器通过所述模数转换器将模拟量信号转换成数字量信号；
B、所述数据采集器收集所述模拟量传感器转换后的所述数字量信号；
C、所述数据采集器将所述数字量信号传输至所述第一通信模块；
D、所述第一通信模块将所述数字量信号传输至所述第二通信模块；
实施例7
本实施例与实施例5或6的区别在于：
进一步的，第四步包含以下分步骤：
A、所述模拟量传感器通过所述模数转换器将模拟量信号转换成数字量信号；
B、所述数据采集器收集所述数字量传感器的所述数字量信号和所述模拟量传感器转换后的所述数字量信号；
C、所述数据采集器将所述数字量信号传输至所述第一通信模块；
D、所述第一通信模块将所述数字量信号传输至所述第二通信模块。
实施例8
如图4所示，一种带压作业机在线安全监测方法，使用了实施例2的带压作业机安全监测系统，该方法与实施例5或6或7的区别在于还包括了以下步骤：
第八步、现场工控机2输出运行状态数据、判断结果和预警信息至云端服务装置3；
第九步、云端服务装置3接收并存储运行状态数据、判断结果和预警信息；
第十步、管理人员远程通过移动终端32/客户端33访问云端服务器31查看运行状态数据、判断结果和预警信息。
以上公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种带压作业机在线安全监测系统，其特征在于，包括：
数据采集装置，所述数据采集装置用于采集带压作业机的各项运行参数；
现场工控机，所述现场工控机与所述数据采集装置通讯连接，所述现场工控机接收、储存、处理及分析所述运行参数，产生运行状态数据，并根据所述运行状态数据判断所述带压作业机的运行状态是否正常，得出判断结果和预警信息。
2.根据权利要求1所述的一种带压作业机在线安全监测系统，其特征在于：还包括云端服务装置，所述云端服务装置与所述现场工控机通过无线连接，所述云端服务装置用于接收所述现场工控机发送的所述运行状态数据、判断结果和预警信息。
3.根据权利要求1或2所述的一种带压作业机在线安全监测系统，其特征在于：所述数据采集装置包括传感器和数据采集仪，所述数据采集仪与所述传感器通过有线/无线连接并从所述传感器接收数据，所述传感器安装在所述带压作业机上。
4.根据权利要求3所述的一种带压作业机在线安全监测系统，其特征在于：所述传感器类型包括数字量传感器和/或模拟量传感器。
5.根据权利要求4所述的一种带压作业机在线安全监测系统，其特征在于：所述数据采集仪包括电源适配器、数据采集器和第一通信模块，所述电源适配器的AC（交流）接线端口接入市电，所述电源适配器的DC（直流）端与所述数据采集器和第一通信模块连接，所述数字量传感器与所述数据采集器相对应的数字接口连接，所述数据采集器的数字输出接口与所述第一通信模块上相对应的接口连接。
6.根据权利要求4所述的一种带压作业机在线安全监测系统，其特征在于：所述数据采集仪包括电源适配器、数据采集器、模数转换器和第一通信模块，所述电源适配器的AC（交流）接线端口接入市电，所述电源适配器的DC（直流）端与所述数据采集器、模数转换器和第一通信模块连接，所述模拟量传感器与所述模数转换器输入接口连接，所述模数转换器输出接口与所述数据采集器相匹配的数字接口连接，所述数据采集器的数字输出接口与所述第一通信模块上相对应的接口连接。
7.根据权利要求4所述的一种带压作业机在线安全监测系统，其特征在于：所述数据采集仪包括电源适配器、数据采集器、模数转换器和第一通信模块，所述电源适配器的AC（交流）接线端口接入市电，所述电源适配器的DC（直流）端与所述数据采集器、模数转换器和第一通信模块连接，所述数字量传感器与所述数据采集器相对应的数字接口连接，所述模拟量传感器与所述模数转换器的输入接口连接，所述模数转换器输出接口与所述数据采集器相匹配的数字接口连接，所述数据采集器的数字输出接口与所述第一通信模块上相对应的接口连接。
8.根据权利要求5-7任一权利要求所述的一种带压作业机在线安全监测系统，其特征在于：所述现场工控机包括计算机、与所述计算机通讯连接的声光报警模块、安装在所述防爆计算机中的在线监测软件，分别与所述第一通信模块和云端服务装置通讯连接的第二通信模块，
所述在线监测软件用于处理、分析和判断所述运行参数并产生所述运行状态数据，同时所述在线监测软件还根据所述运行状态数据生成预警信息，所述计算机用于存储和显示所述运行参数、运行状态数据和预警信息，所述声光报警模块用于执行所述预警信息，所述第二通信模块与所述第一通信模块通讯连接。
9.根据权利要求8所述的一种带压作业机在线安全监测系统，其特征在于：所述云端服务装置包括云端服务器、与所述云端服务器通信连接的第三通信模块及与所述云端服务器通信连接的移动终端/客户端，所述第三通信模块与所述第二通信模块通讯连接，通过访问云端服务器并在移动终端/客户端进行远程监控。
10.根据权利要求9所述的一种带压作业机在线安全监测系统，其特征在于：所述在线监测软件包括带压作业机监测数据库、数学模型、仿真计算公式、力学分析软件和安全评价指标数据库。
11.一种带压作业机在线安全监测方法，其特征在于使用权利要求8所述的带压作业机在线安全监测系统，包括以下步骤：
第一步、将所述传感器安装至所述带压作业机各部位；
第二步、将所述数据采集仪安装至所述带压作业机上，所述数据采集仪与所述传感器采用无线/有线连接；
第三步、所述传感器采集所述带压作业机的各项运行参数；
第四步、所述传感器将采集到的所述运行参数传输给所述数据采集仪，所述数据采集仪将所述运行参数转换成统一个时候通过有线/无线传输给所述现场工控机；
第五步、所述现场工控机接收所述运行参数并进行存储和分析，形成所述运行状态数据；
第六步、所述现场工控机通过所述在线监测软件分析判断所述运行状态数据并形成判断结果和预警信息；
第七步、现场操作人员通过查看所述现场工控机显示的所述运行状态数据、判断结果和预警信息，指导现场操作人员进行带压修井作业。
12.根据权利要求11所述的一种带压作业机在线安全监测方法，其特征在于：还包括以下步骤：
第八步、所述现场工控机上传所述运行状态数据、判断结果和预警信息至所述云端服务装置；
第九步、所述云端服务装置接收并存储所述运行状态数据、判断结果和预警信息；
第十步、管理人员远程通过所述云端服务装置查看所述运行状态数据、判断结果和预警信息。
13.根据权利要求11或12所述的一种带压作业机在线安全监测方法，其特征在于，第四步包括以下步骤：
A、所述数据采集器收集所述数字量传感器的数字量信号；
B、所述数据采集器将所述数字量信号传输至所述第一通信模块；
C、所述第一通信模块将所述数字量信号传输至所述第二通信模块；
或
A、所述模拟量传感器通过所述模数转换器将模拟量信号转换成数字量信号；
B、所述数据采集器收集所述模拟量传感器转换后的所述数字量信号；
C、所述数据采集器将所述数字量信号传输至所述第一通信模块；
D、所述第一通信模块将所述数字量信号传输至所述第二通信模块；
或
A、所述模拟量传感器通过所述模数转换器将模拟量信号转换成数字量信号；
B、所述数据采集器收集所述数字量传感器的所述数字量信号和所述模拟量传感器转换后的所述数字量信号；
C、所述数据采集器将所述数字量信号传输至所述第一通信模块；
D、所述第一通信模块将所述数字量信号传输至所述第二通信模块。
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