CN114109356A - 一种用于油气井下设备的运动检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于油气井下设备的运动检测系统及方法，所述用于油气井下设备的运动检测系统，包括运动检测模块、通信控制模块以及存储管理模块；所述运动检测模块分别与通信控制模块以及存储管理模块双向连接；所述通信控制模块与存储管理模块双向连接；所述设置于井下设备处的运动检测模块用于检测获取井下设备的运动数据，并向通信控制模块和存储管理模块发送运动数据；所述通信控制模块用于与井上设备通信；所述存储管理模块用于管理设备的存储器并存储运动检测模块的运动数据。通过检测油气井下设备的运动情况，为操作者提供井下设备工作时的运动情况，避免因不清楚井下设备的运动情况而导致重大损失。

Description

一种用于油气井下设备的运动检测系统及方法

技术领域

本发明涉及油气井下设备领域，具体涉及一种用于油气井下设备的运动检测系统及方法。

背景技术

当今石油、页岩气深井作业的工作量越来越大，特别是测井、射孔等作业的频次也越来越高，但是在作业中过程中井下设备可能遇阻，操作人员也需要根据井下设备的运动情况判断井下设备的工作情况，但由于目前缺少相应的运动检测设备，会出现因对运动情况判断失误造成设备损坏或者重复操作的情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种用于油气井下设备的运动检测系统及方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种用于油气井下设备的运动检测系统，包括运动检测模块、通信控制模块以及存储管理模块；所述运动检测模块分别与通信控制模块以及存储管理模块双向连接；所述通信控制模块与存储管理模块双向连接；所述设置于井下设备处的运动检测模块用于检测获取井下设备的运动数据，并向通信控制模块和存储管理模块发送运动数据；所述通信控制模块用于与井上设备通信；所述存储管理模块用于管理设备的存储器并存储运动检测模块的运动数据。

优选地，所述通信控制模块基于RS485和单芯电缆进行通信；所述通信控制模块包括数据检测单元、命令解析单元以及数据发送单元；所述数据检测单元用于检测通信控制模块是否基于RS485或单芯电缆接收数据；所述命令解析单元用于对基于RS485或单芯电缆接收的数据进行解析并在执行相应的工作后填充应答数据；所述数据发送单元用于采用RS485或单芯电缆方式中与接收数据方式一致的通信方式发送应答数据。

优选地，所述存储管理模块，包括存储器初始化单元、分区格式化单元、数据管理单元、数据存储单元以及历史数据读取单元；所述存储器初始化单元用于初始化存储器接口、检测存储器正确性、扫描存储器数据并检查数据完整性；所述分区格式化单元用于在接受到通信控制模块的命令时格式化存储器，并按照分区数分区；所述数据管理单元用于管理查找数据、管理数据组数，并在需要写入新数据时根据需要覆盖旧数据；所述数据存储单元用于在井下设备工作时记录井下设备的运动数据；所述历史数据读取单元用于读取当前存储器中已经保存的数据。

优选地，所述运动检测模块包括运动传感器、故障检测单元以及数据比较单元，所述运动传感器用于检测获取井下设备的运动数据，所述故障检测单元用于检测运动传感器的状态；所述数据比较单元用于检测运动数据是否发生变化，在运动数据变化时发送该运动数据。

一种用于油气井下设备的运动检测方法，包括以下步骤：运动检测模块检测获取井下设备的运动数据，并通过通信控制模块发送运动数据到，通过存储管理模块将运动数据存储到存储器中以供查询。

优选地，所述通信控制模块的通信过程包括以下步骤：

步骤101，检测通信控制模块是否有接收数据：若接收到基于单芯电缆进行通信的曼切斯特编码数据，则将当前通信状态设置为第一状态，并解析曼切斯特编码数据得到曼切斯特解析数据，执行步骤102；若接收到基于RS485进行通信的串口数据，则将当前通信状态设置为第二状态，并接收串口数据，执行步骤102；

步骤102，解析通信状态为第一状态时的曼切斯特解析数据或通信状态为第二状态时的串口数据；然后根据解析后的曼切斯特解析数据或串口数据判断命令帧是否完整，若命令帧完整，则执行命令帧指示的工作，完成工作后，填写应答数据；

步骤103，若通信状态为第一状态，则基于单芯电缆进行通信，将应答数据基于曼切斯特编码后返回曼切斯特编码后的应答数据；若通信状态为第二状态，则基于RS485进行通信返回应答数据。

优选地，所述存储管理模块的存储管理过程包括以下步骤：

步骤201，存储器初始化：初始化存储器接口、检测存储器正确性、扫描存储器数据并检查数据完整性；

步骤202，执行分区格式化、新建数据标识、数据存储以及历史数据读取中的一项或多项；

分区格式化：检测是否接收到分区格式化命令，若接收到分区格式化命令，则格式化存储器，并设置分区，记录分区信息；

新建数据标识：检测是否接收到新建数据标识命令，若接收到新建数据标识命令，则判断数据组数是否大于或等于分区数，若数据组数小于分区数，则查找最新数据所在分区的下一块分区，在最新数据所在分区的下一块分区内写入数据标识，并将最新数据所在分区的下一块分区设置为当前分区；若数据组数大于或等于分区数，则擦除最旧的数据分区，在最旧的数据分区内写入数据标识，并将最旧的数据分区设置为当前分区；

数据存储：检测是否接收到数据存储命令，若接收到数据存储命令，判断当前分区是否已满，若未满，则向当前分区写入数据，当前分区数据指针后移；

历史数据读取：检测是否接收到历史数据读取命令，若接收到历史数据读取命令，获取要读取的数据需要，根据数据需要判断序号是否大于或等于分区数，若序号大于或等于分区数，则返回错误；若序号小于分区数，查找最新数据分区，根据序号将分区指针后退，判断分区指针后退会指针对应的分区数据是否有效，若分区数据有效返回分区数据，若分区数据无效返回错误。

优选地，所述运动检测模块的运动检测过程包括以下步骤：

步骤301，检测运动传感器，判断运动传感器是否出现故障，若运动传感器出现故障，则报错；若运动传感器未出现故障则执行步骤302；

步骤302，初始化运动传感器，配置工作时长，在工作时间内采集井下设备的运动数据，若运动数据有变化则发送该运动数据进行数据记录。

与现有技术相比，本发明的有益效果：运动检测模块用于专门检测设备的运动情况；存储管理模块用于管理系统中的存储系统；通信控制模块用于与井上其他设备进行半双工通信。通过检测油气井下设备的运动情况，为操作者提供井下设备工作时的运动情况，避免因不清楚井下设备的运动情况而导致重大损失。

附图说明：

图1为本发明示例性实施例1的用于油气井下设备的运动检测系统的系统框图；

图2为本发明示例性实施例2的通信控制的流程图；

图3为本发明示例性实施例2的存储管理的流程图；

图4为本发明示例性实施例2的运动检测的流程图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种用于油气井下设备的运动检测系统，包括运动检测模块、通信控制模块以及存储管理模块；所述运动检测模块分别与通信控制模块以及存储管理模块双向连接；所述通信控制模块与存储管理模块双向连接；所述设置于井下设备处的运动检测模块用于检测获取井下设备的运动数据，并向通信控制模块和存储管理模块发送运动数据；所述通信控制模块用于与井上设备通信；所述存储管理模块用于管理设备的存储器并存储运动检测模块的运动数据。

本实施例中，运动检测模块用于专门检测井下设备的运动情况，通过通信控制模块将运动数据发送到井上设备等，通过存储管理模块把数据存储到存储器中以供其他设备查询；存储管理模块用于管理设备的存储器并存储运动检测模块的运动数据；通信控制模块用于与井上其他设备进行半双工通信。通过检测油气井下设备的运动情况，为操作者提供井下设备工作时的运动情况，避免因不清楚井下设备的运动情况而导致重大损失。本实施例可以通过位移传感器、加速度传感器等常见的传感器来检测井下设备的运动状态，并采用常见的电路来设计运动检测模块、通信控制模块以及存储管理模块以实现相应的功能。

所述通信控制模块基于RS485和单芯电缆进行通信；所述通信控制模块包括数据检测单元、命令解析单元以及数据发送单元；所述数据检测单元用于检测通信控制模块是否基于RS485或单芯电缆接收数据；所述命令解析单元用于对基于RS485或单芯电缆接收的数据进行解析并在执行相应的工作后填充应答数据；所述数据发送单元用于采用RS485或单芯电缆方式中与接收数据方式一致的通信方式发送应答数据。

本实施例通信控制模块基于RS485和单芯电缆与井上设备进行通信，将将运动数据发送到RS485或者单芯电缆上传递至井上设备。本实施例提供多种通信方式，通信控制模块可基于RS485和单芯电缆进行通信，以适应于不同场景。其中单芯电缆通信采用曼切斯特编码。并且在接收到数据时才进行数据传输工作，节约能源。本实施例接收的数据包括但不限于设备配置命令、工作配置命令、数据请求命令和设备状态查询命令；设备配置命令可以设置存储器的分区数据、设备编码、设备通信地址及其他相关信息，以上这些信息可以通过设备状态查询命令进行查询。工作配置指令用于配置系统采集运动数据的频率、运动记录差分值、工作时长、是否立即传输当前数据、当前数据的标识符等工作相关信息，并启动设备采集并存储当前运动数据，并根据工作配置指令中的参数判断是否立即上传当前的数据。数据请求命令用于设备未工作时查询历史数据，查询序号从0开始，0表示设备中存储的最新数据，1表示次新数据，依次类推，但最大不超过存储器的分区数。如果设备工作的次数大于存储器的分区数，设备将会覆盖最旧的分区中的数据。命令解析单元解析上述命令后执行相应的工作，然后填充应答数据进行返回数据的发送。

所述存储管理模块，包括存储器初始化单元、分区格式化单元、数据管理单元、数据存储单元以及历史数据读取单元；所述存储器初始化单元用于初始化存储器接口、检测存储器正确性、扫描存储器数据并检查数据完整性；所述分区格式化单元用于在接受到通信控制模块的命令时格式化存储器，并按照分区数分区；所述数据管理单元用于管理查找数据、管理数据组数，并在需要写入新数据时根据需要覆盖旧数据；所述数据存储单元用于在井下设备工作时记录井下设备的运动数据；所述历史数据读取单元用于读取当前存储器中已经保存的数据。

本实施例中，采用存储管理模块进行存储器初始化、分区格式化、数据管理、数据存储以及历史数据读取等操作。

所述运动检测模块包括运动传感器、故障检测单元以及数据比较单元，所述运动传感器用于检测获取井下设备的运动数据，所述故障检测单元用于检测运动传感器的状态；所述数据比较单元用于检测运动数据是否发生变化，在运动数据变化时发送该运动数据。

本实施例中，为了得到真实准确的运动数据，检测运动传感器是否出现故障，在其出现故障时及时报错，避免影响检测结果，影响井下设备的工作。除此之外，在检测的运动数据发生变化时进行上传，避免频繁上传数据消耗能源。

实施例2

本实施例提供一种用于油气井下设备的运动检测方法，包括以下步骤：运动检测模块检测获取井下设备的运动数据，并通过通信控制模块发送运动数据到，通过存储管理模块将运动数据存储到存储器中以供查询。

本实施例中，运动检测模块用于专门检测设备的运动情况；存储管理模块用于管理系统中的存储系统；通信控制模块用于与井上其他设备进行半双工通信。通过检测油气井下设备的运动情况，为操作者提供井下设备工作时的运动情况，避免因不清楚井下设备的运动情况而导致重大损失。

其中，如图2所示，所述通信控制模块的通信过程包括以下步骤：

步骤101，检测通信控制模块是否有接收数据：若接收到基于单芯电缆进行通信的曼切斯特编码数据，则将当前通信状态设置为第一状态，并解析曼切斯特编码数据得到曼切斯特解析数据，执行步骤102；若接收到基于RS485进行通信的串口数据，则将当前通信状态设置为第二状态，并接收串口数据，执行步骤102；

步骤102，解析通信状态为第一状态时的曼切斯特解析数据或通信状态为第二状态时的串口数据；然后根据解析后的曼切斯特解析数据或串口数据判断命令帧是否完整，若命令帧完整，则执行命令帧指示的工作，完成工作后，填写应答数据；

步骤103，若通信状态为第一状态，则基于单芯电缆进行通信，将应答数据基于曼切斯特编码后返回曼切斯特编码后的应答数据；若通信状态为第二状态，则基于RS485进行通信返回应答数据。

本实施例支持RS485通信和单芯电缆通信；其中单芯电缆通信采用曼切斯特编码。通信过程主要由数据检测部分、命令解析部分和数据发送部分3个部分组成，其中信号检测部分用于RS485总线上信号和单芯电缆上的数据，命令解析部分用于解析设备配置命令、工作配置命令、数据请求命令和设备状态查询命令，数据发送部分用于命令解析后根据当前命令使用接收命令的通信总线发送相应的数据。设备配置命令可以设置存储器的分区数据、设备编码、设备通信地址及其他相关信息，以上这些信息可以通过设备状态查询命令进行查询。工作配置指令用于配置系统采集运动数据的频率、运动记录差分值、工作时长、是否立即传输当前数据、当前数据的标识符等工作相关信息，并启动设备采集并存储当前运动数据，并根据工作配置指令中的参数判断是否立即上传当前的数据。数据请求命令用于设备未工作时查询历史数据，查询序号从0开始，0表示设备中存储的最新数据，1表示次新数据，依次类推，但最大不超过存储器的分区数。如果设备工作的次数大于存储器的分区数，设备将会覆盖最旧的分区中的数据。

其中，如图3所示，所述存储管理模块的存储管理过程包括以下步骤：

步骤201，存储器初始化：初始化存储器接口、检测存储器正确性、扫描存储器数据并检查数据完整性；

步骤202，执行分区格式化、新建数据标识、数据存储以及历史数据读取中的一项或多项；

分区格式化：检测是否接收到分区格式化命令，若接收到分区格式化命令，则格式化存储器，并设置分区，记录分区信息；

新建数据标识：检测是否接收到新建数据标识命令，若接收到新建数据标识命令，则判断数据组数是否大于或等于分区数，若数据组数小于分区数，则查找最新数据所在分区的下一块分区，在最新数据所在分区的下一块分区内写入数据标识，并将最新数据所在分区的下一块分区设置为当前分区；若数据组数大于或等于分区数，则擦除最旧的数据分区，在最旧的数据分区内写入数据标识，并将最旧的数据分区设置为当前分区；

数据存储：检测是否接收到数据存储命令，若接收到数据存储命令，判断当前分区是否已满，若未满，则向当前分区写入数据，当前分区数据指针后移；

历史数据读取：检测是否接收到历史数据读取命令，若接收到历史数据读取命令，获取要读取的数据需要，根据数据需要判断序号是否大于或等于分区数，若序号大于或等于分区数，则返回错误；若序号小于分区数，查找最新数据分区，根据序号将分区指针后退，判断分区指针后退会指针对应的分区数据是否有效，若分区数据有效返回分区数据，若分区数据无效返回错误。

本实施例中存储管理用于管理设备的存储器，包括存储器初始化、分区格式化、数据管理、数据存储、历史数据读取等。其中存储器初始化用于初始化存储器接口、检测存储器正确性、扫描存储器数据并检查数据完整性；分区格式化用于在接受到通信部分的命令时格式化存储器，并按照分区数分区；数据管理用于管理最查找最新数据数、查找最旧数据、管理数据组数，并在需要写入新数据时根据需要覆盖旧数据；数据存储用于在设备工作时记录当前设备的运动数据，历史数据读取用于读取当前存储器中已经保存的数据。

其中，如图4所示，所述运动检测模块的运动检测过程包括以下步骤：

步骤301，检测运动传感器，判断运动传感器是否出现故障，若运动传感器出现故障，则报错；若运动传感器未出现故障则执行步骤302；

步骤302，初始化运动传感器，配置工作时长，在工作时间内采集井下设备的运动数据，若运动数据有变化则发送该运动数据进行数据记录。

本实施例中，运动检测模块在上电后会自动检测运动传感器是否故障，若故障，则运动检测部分不再继续工作；若正常，则开始等待通信部分的开始工作的指令，有开始指令后，则初始化运动传感器，设置工作时间，若工作时间为-1，则表示一直运行，在工作时间之内一直采集运动数据，并根据工作参数判断运动数据是否有变化，有变化则记录和发送有效数据。

以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于油气井下设备的运动检测系统，其特征在于，包括运动检测模块、通信控制模块以及存储管理模块；所述运动检测模块分别与通信控制模块以及存储管理模块双向连接；所述通信控制模块与存储管理模块双向连接；所述设置于井下设备处的运动检测模块用于检测获取井下设备的运动数据，并向通信控制模块和存储管理模块发送运动数据；所述通信控制模块用于与井上设备通信；所述存储管理模块用于管理设备的存储器并存储运动检测模块的运动数据。

2.根据权利要求1所述的用于油气井下设备的运动检测系统，其特征在于，所述通信控制模块基于RS485和单芯电缆进行通信；所述通信控制模块包括数据检测单元、命令解析单元以及数据发送单元；所述数据检测单元用于检测通信控制模块是否基于RS485或单芯电缆接收数据；所述命令解析单元用于对基于RS485或单芯电缆接收的数据进行解析并在执行相应的工作后填充应答数据；所述数据发送单元用于采用RS485或单芯电缆方式中与接收数据方式一致的通信方式发送应答数据。

3.根据权利要求1所述的用于油气井下设备的运动检测系统，其特征在于，所述存储管理模块，包括存储器初始化单元、分区格式化单元、数据管理单元、数据存储单元以及历史数据读取单元；所述存储器初始化单元用于初始化存储器接口、检测存储器正确性、扫描存储器数据并检查数据完整性；所述分区格式化单元用于在接受到通信控制模块的命令时格式化存储器，并按照分区数分区；所述数据管理单元用于管理查找数据、管理数据组数，并在需要写入新数据时根据需要覆盖旧数据；所述数据存储单元用于在井下设备工作时记录井下设备的运动数据；所述历史数据读取单元用于读取当前存储器中已经保存的数据。

4.根据权利要求1所述的用于油气井下设备的运动检测系统，其特征在于，所述运动检测模块包括运动传感器、故障检测单元以及数据比较单元，所述运动传感器用于检测获取井下设备的运动数据，所述故障检测单元用于检测运动传感器的状态；所述数据比较单元用于检测运动数据是否发生变化，在运动数据变化时发送该运动数据。

5.一种用于油气井下设备的运动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：运动检测模块检测获取井下设备的运动数据，并通过通信控制模块发送运动数据到，通过存储管理模块将运动数据存储到存储器中以供查询。

6.根据权利要求5所述的用于油气井下设备的运动检测方法，其特征在于，所述通信控制模块的通信过程包括以下步骤：

步骤101，检测通信控制模块是否有接收数据：若接收到基于单芯电缆进行通信的曼切斯特编码数据，则将当前通信状态设置为第一状态，并解析曼切斯特编码数据得到曼切斯特解析数据，执行步骤102；若接收到基于RS485进行通信的串口数据，则将当前通信状态设置为第二状态，并接收串口数据，执行步骤102；

步骤102，解析通信状态为第一状态时的曼切斯特解析数据或通信状态为第二状态时的串口数据；然后根据解析后的曼切斯特解析数据或串口数据判断命令帧是否完整，若命令帧完整，则执行命令帧指示的工作，完成工作后，填写应答数据；

步骤103，若通信状态为第一状态，则基于单芯电缆进行通信，将应答数据基于曼切斯特编码后返回曼切斯特编码后的应答数据；若通信状态为第二状态，则基于RS485进行通信返回应答数据。

7.根据权利要求5所述的用于油气井下设备的运动检测方法，其特征在于，所述存储管理模块的存储管理过程包括以下步骤：

步骤201，存储器初始化：初始化存储器接口、检测存储器正确性、扫描存储器数据并检查数据完整性；

步骤202，执行分区格式化、新建数据标识、数据存储以及历史数据读取中的一项或多项；

分区格式化：检测是否接收到分区格式化命令，若接收到分区格式化命令，则格式化存储器，并设置分区，记录分区信息；

新建数据标识：检测是否接收到新建数据标识命令，若接收到新建数据标识命令，则判断数据组数是否大于或等于分区数，若数据组数小于分区数，则查找最新数据所在分区的下一块分区，在最新数据所在分区的下一块分区内写入数据标识，并将最新数据所在分区的下一块分区设置为当前分区；若数据组数大于或等于分区数，则擦除最旧的数据分区，在最旧的数据分区内写入数据标识，并将最旧的数据分区设置为当前分区；

数据存储：检测是否接收到数据存储命令，若接收到数据存储命令，判断当前分区是否已满，若未满，则向当前分区写入数据，当前分区数据指针后移；

历史数据读取：检测是否接收到历史数据读取命令，若接收到历史数据读取命令，获取要读取的数据需要，根据数据需要判断序号是否大于或等于分区数，若序号大于或等于分区数，则返回错误；若序号小于分区数，查找最新数据分区，根据序号将分区指针后退，判断分区指针后退会指针对应的分区数据是否有效，若分区数据有效返回分区数据，若分区数据无效返回错误。

8.根据权利要求5所述的用于油气井下设备的运动检测方法，其特征在于，所述运动检测模块的运动检测过程包括以下步骤：

步骤301，检测运动传感器，判断运动传感器是否出现故障，若运动传感器出现故障，则报错；若运动传感器未出现故障则执行步骤302；

步骤302，初始化运动传感器，配置工作时长，在工作时间内采集井下设备的运动数据，若运动数据有变化则发送该运动数据进行数据记录。

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