CN112859674A - 一种钻井泵无人值守系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种钻井泵无人值守系统，包括信号采集系统、通讯系统、本地监测系统、本地服务器、远程监测系统。信号采集系统的数据经本地服务器发送到本地监测系统和远程监测系统通讯，监测系统实时监测钻井泵的运行状态，推送维保信息、告警信息和故障诊断信息，辅助检查钻井泵的各部件状态。本系统可以实现钻井泵无人值守，大大降低了劳动强度，充分利用制造商对于钻井泵的维护保养、故障诊断方面的专业知识，时刻保障钻井泵处于健康状态运行。

Description

一种钻井泵无人值守系统
技术领域
本发明涉及油田钻井技术领域，具体涉及一种钻井泵无人值守系统。
背景技术
钻井泵是石油钻机循环系统的重要设备之一，钻井泵将高压钻井液经循环管汇输送至井底，用于冷却钻头、清洁井底、破碎岩石、携带岩屑和平衡地层压力等。钻井泵在钻机作业中具有不可替代的作用，目前在正常作业过程中为专人24小时值守，实时检查钻井泵的工作状态和各项仪表数据，确保钻井泵工作正常，吸入和排出稳定、恒压恒流的钻井液。目前这种专人值守的工作方式，需要至少2名工作人员轮流倒班，而现场工作环境恶劣、嘈杂，且具有较高的安全风险，对钻井泵的检查维保也依赖值守人员的工作经验；钻井泵制造商具备更专业、全面的钻井泵维保知识，然而在实际使用过程中制造商很难将这些知识发挥作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种一种钻井泵无人值守系统，解决了现有技术中存在的传统钻井泵值守方式人力劳动强度大、检查维保方式依赖值守人员经验的问题；提供一种将维保知识、钻井泵状态数字化、信息化，且无需专人时刻值守的钻井泵无人值守系统。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种钻井泵无人值守系统，包括信号采集系统，信号采集系统连接有通讯系统，通讯系统连接有本地监测系统、本地服务器以及远程监测系统。
信号采集系统用于采集钻井泵运行过程中的数据，包括传感器信号采集系统、控制器数据采集系统、振动信号采集系统和视频信号采集系统；
所述通讯系统包括依次连接的无线发送模块、无线接收模块、设备层网络交换机、数采网关、应用层网络交换机和无线网桥。
传感器信号采集系统与无线发送模块相连，所述控制器数据采集系统与设备层网络交换机相连，所述设备层网络交换机与无线接收模块、数采网关相连，所述数采网关与应用层网络交换机相连，所述应用层网络交换机与振动信号采集系统、视频信号采集系统、无线网桥、4G路由器、本地服务器相连，所述无线网桥与本地监测系统相连。所述通讯系统用于将信号采集系统的数据传输至本地服务器，本地服务器与本地监测系统通讯，本地服务器通过4G路由器与远程监测系统通讯；所述通讯系统包括无线发送模块、无线接收模块、设备层网络交换机、数采网关、应用层网络交换机、无线网桥、4G路由器，所述本地监测系统包括上位机。所述远程监测系统包括IOT数据中心、远程监测站、移动监测端。
传感器信号采集系统包括钻井泵传感器和信号采集器，钻井泵传感器与信号采集器相连，信号采集器与无线发送模块相连；钻井泵传感器包括压力传感器、温度传感器，用于检测钻井泵的单缸压力、排出压力、主要运动部件的温度等参数；信号采集器具有多个通道，对多个钻井泵传感器的模拟信号统一采样，并将其转换为数字信号，经由无线发送模块发送数据。
控制器数据采集系统包括控制器，控制器与设备层网络交换机相连，用于控制钻井泵的运行，包括钻井泵、灌注泵、喷淋泵、润滑泵、风机的启停，以及钻井泵冲速的设定等功能，采集钻井泵的运行状态参数，包括钻井泵启停、转速、电流、冲速等参数，与钻井泵传感器互为补充，经由设备层网络交换机发送数据。
振动信号采集系统包括振动高频传感器、高频采集器、振动处理服务器，高频采集器与高频传感器、振动处理服务器相连，振动处理服务器与应用层网络交换机相连。振动高频传感器采集主要运动部件的振动信号，经高频采集器发送到振动处理服务器，振动处理服务器用于处理振动信号，生成可用于振动分析的数据，经由应用层网络交换机发送数据。
视频信号采集系统包括高清网络摄像头、摄像头交换机、流媒体服务器，摄像头交换机与高清网络摄像头、流媒体服务器相连，流媒体服务器与应用层网络交换机相连；高清网络摄像头用于采集钻井泵实时运行画面，经摄像头交换机将视频信号发送至流媒体服务器，流媒体服务器压缩、转码、存储视频信息，经由应用层网络交换机发送数据。
本地监测系统包括上位机，用于实时监测信号采集系统采集的钻井泵运行状态，与本地服务器实现B/S架构，部署了钻井泵的专家知识库，依据设备使用情况和专家知识库的规则匹配，推送维保信息及告警信息，设备出现故障时推送故障诊断信息，辅助检查钻井泵的各部件状态。
本地服务器用于临时处理、存储钻井泵数据，并且通过通讯系统将钻井泵参数发送至本地监控系统和远程监控系统。
远程监测系统用于存储、处理信号采集系统采集的信息，远程实时监测钻井泵的运行状态，所述远程监测系统包括IOT数据中心、远程监测站、移动监测端在网络层通讯，所述数据中心包括服务器，用于存储钻井泵的历史数据，部署了钻井泵的数据分析模型、专家知识库、维保规则、告警规则等，预测设备各关键部件的使用寿命，分析设备故障原因，其中所述远程监测站包括上位机，用于监测信号采集系统采集的钻井泵运行状态，推送维保信息、告警信息、设备故障诊断等信息。
与现有钻井泵值守方式相比，本发明的有益效果是：钻井泵工作时无需专人值守，大大降低了劳动强度，且不再过度依赖工作经验；钻井泵的状态以数字化、信息化的方式呈现，充分利用制造商对于钻井泵的维护保养、故障诊断方面的专业知识，时刻保障钻井泵处于健康状态运行。
附图说明
图1为本发明实施例的一种钻井泵无人值守系统的系统框图。
图中：
1.信号采集系统；101.传感器信号采集系统；1011.钻井泵传感器；1012.信号采集器；102.控制器数据采集系统；103.振动信号采集系统；1031.振动高频传感器；1032.高频采集器；1033.振动处理服务器；104.视频信号采集系统；1041.高清网络摄像头；1042.摄像头交换机；1043.流媒体服务器；2.通讯系统；201.无线发送模块；202.无线接收模块；203.设备层网络交换机；204.数采网关；205.应用层网络交换机；206.无线网桥；207.4G路由器；3.本地监测系统；4.本地服务器；5.远程监测系统；501.IOT数据中心；502.远程监测站；503.移动监测端。
具体实施方式
下面结合附图1进一步说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种钻井泵无人值守系统，包括信号采集系统1、通讯系统2、本地监测系统3、本地服务器4、远程监测系统5。所述信号采集系统1用于采集钻井泵运行过程中的数据，包括传感器信号采集系统101、控制器数据采集系统102、振动信号采集系统103、视频信号采集系统104。所述传感器信号采集系统101与无线发送模块201相连，所述控制器数据采集系统102与设备层网络交换机203相连，所述设备层网络交换机203与无线接收模块202、数采网关204相连，所述数采网关204与应用层网络交换机205相连，所述应用层网络交换机205与振动信号采集系统103、视频信号采集系统104、无线网桥206、4G路由器207、本地服务器4相连，所述无线网桥206与本地监测系统3相连。所述通讯系统2用于将信号采集系统1的数据传输至本地服务器4，本地服务器4与本地监测系统3通讯，本地服务器4通过4G路由器207与远程监测系统5通讯；所述通讯系统2包括无线发送模块201、无线接收模块202、设备层网络交换机203、数采网关204、应用层网络交换机205、无线网桥206、4G路由器207。所述本地监测系统3包括上位机。所述远程监测系统5包括IOT数据中心501、远程监测站502、移动监测端503。
其中，所述传感器信号采集系统101包括钻井泵传感器1011、信号采集器1012，钻井泵传感器1011与信号采集器1012相连，信号采集器1012与无线发送模块201相连。钻井泵传感器1011包括压力传感器、温度传感器等，用于检测钻井泵的单缸压力、排出压力、主要运动部件的温度等参数，传感器不限于文中所列举的传感器；信号采集器1012具有多个通道，对多个钻井泵传感器1011的模拟信号统一采样，并将其转换为数字信号，经由无线发送模块201发送数据。
其中，所述控制器数据采集系统102包括控制器，控制器与设备层网络交换机203相连，用于控制钻井泵的运行，包括钻井泵、灌注泵、喷淋泵、润滑泵、风机的启停，以及钻井泵冲速的设定等功能，采集钻井泵的运行状态参数，包括钻井泵启停、转速、电流、冲速等参数，与钻井泵传感器1011互为补充，经由设备层网络交换机203发送数据，状态参数不限于文中所列举的参数。
其中，所述振动信号采集系统103包括振动高频传感器1031、高频采集器1032、振动处理服务器1033，高频采集器1032与高频传感器1031、振动处理服务器1033相连，振动处理服务器1033与应用层网络交换机205相连。振动高频传感器1031采集主要运动部件的振动信号，经高频采集器1032发送到振动处理服务器1033，振动处理服务器1033用于处理振动信号，生成可用于振动分析的数据，经由应用层网络交换机205发送数据。
其中，所述视频信号采集系统104包括高清网络摄像头1041、摄像头交换机1042、流媒体服务器1043，摄像头交换机1042与高清网络摄像头1041、流媒体服务器1043相连，流媒体服务器1043与应用层网络交换机205相连。高清网络摄像头1041用于采集钻井泵实时运行画面，经摄像头交换机1042将视频信号发送至流媒体服务器1043，流媒体服务器1043压缩、转码、存储视频信息，经由应用层网络交换机205发送数据。
所述本地监测系统3包括上位机，用于实时监测信号采集系统1采集的钻井泵的运行状态，与本地服务器4实现B/S架构，部署了钻井泵的专家知识库，依据设备使用情况和专家知识库的规则匹配，推送维保信息及告警信息，设备出现故障时推送故障诊断信息，辅助检查钻井泵的各部件状态。
所述本地服务器4用于临时处理、存储钻井泵数据，并且通过通讯系统2将钻井泵参数发送至本地监控系统3和远程监控系统5。
所述远程监测系统5用于存储、处理信号采集系统1采集的信息，远程实时监测钻井泵运行状态。IOT数据中心501与远程监测站502、移动监测端503在网络层通讯，其中所述数据中心501包括服务器，用于存储钻井泵的历史数据，部署了钻井泵的数据分析模型、专家知识库、维保规则、告警规则等，能够预测设备各关键部件的使用寿命，分析设备故障原因，其中所述远程监测站502包括上位机，用于监测信号采集系统1采集的钻井泵运行状态，推送维保信息、告警信息、设备故障诊断等信息。其中所述移动监测端503包括智能手机和定制开发的APP，用于监测钻井泵的运行状态，推送维保信息、告警信息、设备故障诊断等信息。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钻井泵无人值守系统，其特征在于，包括信号采集系统(1)，信号采集系统(1)连接有通讯系统(2)，通讯系统(2)连接有本地监测系统(3)、本地服务器(4)以及远程监测系统(5)。
2.根据权利要求1所述的种钻井泵无人值守系统，其特征在于，所述信号采集系统(1)用于采集钻井泵运行过程中的数据，包括传感器信号采集系统(101)、控制器数据采集系统(102)、振动信号采集系统(103)和视频信号采集系统(104)；
所述通讯系统(2)包括依次连接的无线发送模块(201)、无线接收模块(202)、设备层网络交换机(203)、数采网关(204)、应用层网络交换机(205)和无线网桥(206)。
3.根据权利要求1所述的种钻井泵无人值守系统，其特征在于，所述传感器信号采集系统(101)与无线发送模块(201)相连，所述控制器数据采集系统(102)与设备层网络交换机(203)相连，所述设备层网络交换机(203)与无线接收模块(202)、数采网关(204)相连，所述数采网关(204)与应用层网络交换机(205)相连，所述应用层网络交换机(205)与振动信号采集系统(103)、视频信号采集系统(104)、无线网桥(206)、4G路由器(207)、本地服务器(4)相连，所述无线网桥(206)与本地监测系统(3)相连；所述通讯系统(2)用于将信号采集系统(1)的数据传输至本地服务器(4)，本地服务器(4)与本地监测系统(3)通讯，本地服务器(4)通过4G路由器(207)与远程监测系统(5)通讯；所述通讯系统(2)包括无线发送模块(201)、无线接收模块(202)、设备层网络交换机(203)、数采网关(204)、应用层网络交换机(205)、无线网桥(206)、4G路由器(207)；所述本地监测系统(3)包括上位机；所述远程监测系统(5)包括IOT数据中心(501)、远程监测站(502)、移动监测端(503)。
4.根据权利要求1所述的一种钻井泵无人值守系统，其特征在于，所述传感器信号采集系统(101)包括钻井泵传感器(1011)和信号采集器(1012)，钻井泵传感器(1011)与信号采集器(1012)相连，信号采集器(1012)与无线发送模块(201)相连；钻井泵传感器(1011)包括压力传感器、温度传感器，用于检测钻井泵的单缸压力、排出压力、主要运动部件的温度等参数；信号采集器(1012)具有多个通道，对多个钻井泵传感器(1011)的模拟信号统一采样，并将其转换为数字信号，经由无线发送模块(201)发送数据。
5.根据权利要求1所述的一种钻井泵无人值守系统，其特征在于，所述控制器数据采集系统(102)包括控制器，控制器与设备层网络交换机(203)相连，用于控制钻井泵的运行，包括钻井泵、灌注泵、喷淋泵、润滑泵、风机的启停，以及钻井泵冲速的设定等功能，采集钻井泵的运行状态参数，包括钻井泵启停、转速、电流、冲速等参数，与钻井泵传感器(1011)互为补充，经由设备层网络交换机(203)发送数据。
6.根据权利要求1所述的一种钻井泵无人值守系统，其特征在于，所述振动信号采集系统(103)包括振动高频传感器(1031)、高频采集器(1032)、振动处理服务器(1033)，高频采集器(1032)与高频传感器(1031)、振动处理服务器(1033)相连，振动处理服务器(1033)与应用层网络交换机(205)相连；振动高频传感器(1031)采集主要运动部件的振动信号，经高频采集器(1032)发送到振动处理服务器(1033)，振动处理服务器(1033)用于处理振动信号，生成可用于振动分析的数据，经由应用层网络交换机(205)发送数据。
7.根据权利要求1所述的一种钻井泵无人值守系统，其特征在于，所述视频信号采集系统(104)包括高清网络摄像头(1041)、摄像头交换机(1042)、流媒体服务器(1043)，摄像头交换机(1042)与高清网络摄像头(1041)、流媒体服务器(1043)相连，流媒体服务器(1043)与应用层网络交换机(205)相连；高清网络摄像头(1041)用于采集钻井泵实时运行画面，经摄像头交换机(1042)将视频信号发送至流媒体服务器(1043)，流媒体服务器(1043)压缩、转码、存储视频信息，经由应用层网络交换机(205)发送数据。
8.根据权利要求1所述的一种钻井泵无人值守系统，其特征在于，所述本地监测系统(3)包括上位机，用于实时监测信号采集系统(1)采集的钻井泵运行状态，与本地服务器(4)实现B/S架构，部署了钻井泵的专家知识库，依据设备使用情况和专家知识库的规则匹配，推送维保信息及告警信息，设备出现故障时推送故障诊断信息，辅助检查钻井泵的各部件状态。
9.根据权利要求1所述的一种钻井泵无人值守系统，其特征在于，所述本地服务器(4)用于临时处理、存储钻井泵数据，并且通过通讯系统(2)将钻井泵参数发送至本地监控系统(3)和远程监控系统(5)。
10.根据权利要求1所述的一种钻井泵无人值守系统，其特征在于，所述远程监测系统(5)用于存储、处理信号采集系统(1)采集的信息，远程实时监测钻井泵的运行状态，所述远程监测系统(5)包括IOT数据中心(501)、远程监测站(502)、移动监测端(503)在网络层通讯，所述数据中心(501)包括服务器，用于存储钻井泵的历史数据，部署了钻井泵的数据分析模型、专家知识库、维保规则、告警规则等，预测设备各关键部件的使用寿命，分析设备故障原因，其中所述远程监测站(502)包括上位机，用于监测信号采集系统(1)采集的钻井泵运行状态，推送维保信息、告警信息、设备故障诊断等信息。
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