CN114575821A - 一种基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，包括防爆电源：用于为数据采集单元、指令控制单元和系统应用终端供电；数据采集单元：用于采集外部传感器信号并进行储存与传输；指令控制单元：用于控制所述数据采集单元按照时序进行数据采集，同时控制将采集的实时数据进行存储，并控制储存的数据远程传输给系统应用终端；系统应用终端：用于接收所述指令控制单元发送的数据，经过数据解析后存储到数据库中，供工作人员进行分析与处理；本发明在工作出现故障的时候可以及时进行故障的排查，初步确定故障产生的原因和排除方法，更好地实现低成本、高效益、无事故运行，提高工作效率及管理水平。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井工程技术领域，特别是涉及一种基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置。
背景技术
在石油钻井中，钻井参数反映着井下情况。钻井参数是由地面上各类传感器采集并由仪表进行显示。油田钻井队的资产具有价值高、使用周期常、使用地点分散、施工环境恶劣、设备维护保养管理难度大的特点。当前的石油设备管理存在钻井设备种类繁多、填报数据滞后、无法可视化展示，钻井作业区域分散，易造成损坏、遗失等特点。后方管理部门无法及时获得设备运行状态信息及钻井施工过程。
现有的石油钻井平台作业设备结构复杂，自动化程度也越来越高，许多设备综合了机械、电子、自动控制、计算机等许多先进技术，设备中各种元器件相互联系、相互依赖，这就使得设备故障诊断难度增大。但是由于钻井平台现场存在着很多不确定性因素，使得在设备的运行过程中，不可避免会出现各种各样的故障，一旦出现故障，能否对故障进行快速的诊断并排除故障，对于平台作业来说是非常重要的。
石油钻井操作需要一系列复杂技术，使数据能够有效地整理和管理。因此亟需一种基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置成为本领域研究人员关注的热点问题。
发明内容
本发明提供了一种基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置以解决现有技术中存在的问题，实现低成本、高效益、无事故运行，提高工作效率及管理水平。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，包括：
防爆电源：用于为数据采集单元、指令控制单元和系统应用终端供电；
数据采集单元：用于采集外部传感器信号并进行储存与传输；
指令控制单元：用于控制所述数据采集单元按照时序进行数据采集，同时对采集的实时数据进行存储，并控制储存的数据远程传输给系统应用终端；
系统应用终端：用于接收所述指令控制单元发送的数据，经过数据解析后存储到数据库中，供工作人员进行分析与处理；
所述防爆电源、数据采集单元、指令控制单元、系统应用终端依次连接。
优选的，所述防爆电源用于将220V交流电转化为电路板所需的直流电，所述防爆电源具有初级开关模式，所述防爆电源的熔断器件具有保护涂层。
优选的，所述数据采集单元包括钻井平台数据采集模块、数据打包压缩模块，其中所述钻井平台数据采集模块设置在石油钻井平台上，用于采集远程运维所需数据；所述数据打包压缩模块用于将所述钻井平台数据采集模块采集的数据进行打包压缩。
优选的，所述远程运维所需数据包括：石油钻井设备运行参数、设备使用时间、钻头重量、运行速度、井下压力、井下温度、井下电磁和核数据、地层损害特征描述数据。
优选的，所述钻井平台数据采集模块将采集到的数据通过通讯协议MODBUS发送至所述数据打包压缩模块，所述数据打包压缩模块将数据以邮件的形式进行打包压缩发送至所述指令控制单元。
优选的，所述指令控制单元包括通讯模块、控制模块和数据传输模块，所述通讯模块用于与所述数据打包压缩模块进行通讯，实现数据的交换；所述控制模块用于控制所述通讯模块和所述数据传输模块；所述数据传输模块用于将所述经过打包压缩的数据传输至所述系统应用终端。
优选的，所述系统应用终端包括数据库及数据处理与分析模块，其中，所述数据库中设置有若干种工况类型数据包，所述工况类型数据包内设置有对应工况类型的标准钻井参数；所述数据处理与分析模块用于将接收到的实时数据对比所述标准钻井数据，判断所述实时数据是否异常。
优选的，调用所述工况类型数据包中的验证规则对所述实时数据进行异常判断；若判定为异常，则通知工程师进行设备调试，调试完毕后再一次选择工况类型；根据所述实时数据和判定结果、调试数据以及原验证规则形成新的验证规则，并将所述新的验证规则存储到所述数据库中，更新验证规则。
优选的，所述工况类型包括生产工况和非生产工况，所述生产工况包括钻进、起下钻、循环、换钻头、测井、固井、辅助；所述非生产工况包括修理、停工、复杂、事故。
优选的，所述系统应用终端还包括数据存储模块，所述数据存储模块用于将接收到的实时数据、判定结果和调试数据存储到对应工况类型的标注钻井参数中。
本发明的有益效果为：
本发明在工作出现故障的时候可以及时进行故障的排查，初步确定故障产生的原因和排除方法，更好地实现低成本、高效益、无事故运行，提高工作效率及管理水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明装置结构示意图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，一种基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，包括：
防爆电源：用于为数据采集单元、指令控制单元和系统应用终端供电；
数据采集单元：用于采集外部传感器信号并进行储存与传输；
指令控制单元：用于控制所述数据采集单元按照时序进行数据采集，同时控制将采集的实时数据进行存储，并控制储存的数据远程传输给系统应用终端；
系统应用终端：用于接收所述指令控制单元发送的数据，经过数据解析后存储到数据库中，供工作人员进行分析与处理；
所述防爆电源、数据采集单元、指令控制单元、系统应用终端依次连接。
基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置包括箱体，箱体内部设置有防爆电源、数据采集单元、指令控制单元和系统应用终端。
进一步优化方案，所述防爆电源用于将220V交流电转化为电路板所需的直流电，所述防爆电源具有初级开关模式，所述防爆电源的熔断器件具有保护涂层。将防爆电源输出的电源转化为电路板所需的电源；还包括温度测试模块用于测量防爆电源内部温度和箱体内部温度。本发明提供的数据采集装置，采用安防爆设计，箱体根采用防爆、防水设计，满足石油钻井平台长时间工作防爆、防水的要求。
防爆电源可以采用初级开关模式，初级开关模式中防爆电源包括开关元件，具体可以为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，以将交流源转换为经调节的DC输出电压，也可包括将直流(DC)电压转变为另一种DC电压的转换器，如包括DC-DC准谐振转换器；并采用选择性熔断技术，电线或壳体箱体等带有保护涂层，即使在100％湿度条件下也能提供最佳的保护。
进一步优化方案，所述数据采集单元包括钻井平台数据采集模块、数据打包压缩模块，其中所述钻井平台数据采集模块设置在石油钻井平台上，用于采集远程运维所需数据；所述数据打包压缩模块用于将所述钻井平台数据采集模块采集的数据进行打包压缩。
远程运维所需数据包括：石油钻井设备运行参数、设备使用时间、钻头重量、运行速度、井下压力、井下温度、井下电磁和核数据、地层损害特征描述数据。所述钻井平台数据采集模块将采集到的数据通过通讯协议MODBUS发送至所述数据打包压缩模块，所述数据打包压缩模块将数据以邮件的形式进行打包压缩发送至所述指令控制单元。
进一步优化方案，所述指令控制单元包括通讯模块、控制模块和数据传输模块，所述通讯模块用于与所述数据打包压缩模块进行通讯，实现数据的交换；所述控制模块用于控制所述通讯模块和所述数据传输模块；所述数据传输模块用于将所述经过打包压缩的数据传输至所述系统应用终端。在本实施例中，传感器采集到的数据通过通讯协议MODBUS发送，Modbus是一种常规的串行通信协议；数据打包压缩模块，将所述钻井平台端数据采集模块采集的数据以邮件形式打包压缩。
进一步优化方案，所述系统应用终端包括数据库及数据处理与分析模块，其中，所述数据库中设置有若干种工况类型数据包，所述工况类型数据包内设置有对应工况类型的标准钻井参数；所述数据处理与分析模块用于将接收到的实时数据对比所述标准钻井数据，判断所述实时数据是否异常。
调用所述工况类型数据包中的验证规则对所述实时数据进行异常判断；若判定为异常，则通知工程师进行设备调试，调试完毕后再一次选择工况类型；根据所述实时数据和判定结果、调试数据以及原验证规则形成新的验证规则，并将所述新的验证规则存储到所述数据库中，更新验证规则。若实时数据正常，将采集的实时数据存入对应工况类型数据包，使得在在同一区域钻井时可以调节标准参数的取值范围，判定结果更加精确。
进一步优化方案，所述工况类型包括生产工况和非生产工况，所述生产工况包括钻进、起下钻、循环、换钻头、测井、固井、辅助；所述非生产工况包括修理、停工、复杂、事故。
所述系统应用终端还包括数据存储模块，所述数据存储模块用于将接收到的实时数据、判定结果和调试数据存储到对应工况类型的标注钻井参数中。
存储实时数据包括：每隔Y分钟将记录下的实时数据和判定结果形成队列数据包并存储到数据库中，数据库在工况类型结束后，将所有的队列数据包按时间顺序打包存储在数据库内。在本实施例中每隔15min进行一次数据记录打包。每一种工况都默认一组钻井参数，该钻井参数是工程设计里给定，在实钻过程中调整后，以正常作业工况的钻井参数为评价标准，分析实时的钻井参数，并判断是否正常。
钻井规则建立后，实际钻井参数就会在此规则下分析判断，只要不满足评判标准就会发出警报提示给现场人员，现场人员就会根据工况下的钻井参数针对性的解决问题，无论钻井参数在正常或异常的情况下，都会满足每隔15分钟记录一次。真正实现减少人力资料浪费。
系统应用终端还包括系统中间件，系统中间件包括数据安全交互中间件、消息服务中间件、网络服务中间件，基于系统中间件的支撑，将模块进行联动控制与交互，将业务数据进行新增、编辑、删除、运算等操作完成功能实现，在系统运行过程中对应用系统、数据库、安全加密协议进行封装，屏蔽差异，借助APP录入设备每个保养点的保养记录、设备维修记录、设备报废信息，同时接收设备维保提醒、设备运行状况预警、设备报警等信息为设备管理提供便捷化的技术手段，实现应用的平台无关性，提高运行效率和系统兼容性。
本发明中的参数记录系统设置有数据库，数据库内设置有多种工况类型数据包，通过数据采集模块采集实时数据，比对工况类型数据包中的标准钻井参数，若实时数据在标准钻井参数的范围内则判定为正常，不在标准钻井参数的范围内则为异常，正常时将采集的实时数据保存到数据存储模块；若不正常，钻井设备锁死并通知工程师调试，调试完成后重启再次选择工况，并采集数据，在调试完成后数据存储模块将采集到的实时数据、判定结果和工程师的调试数据存储到对应工况的数据库中，更新钻井参数，由于井控细则根据不同油气田片区而不同，采用本技术方案能够依据标准参数进行不同油气田片区的井控细则编写，对于解决复杂情况具有指导意义。
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，其特征在于，包括：
防爆电源：用于为数据采集单元、指令控制单元和系统应用终端供电；
数据采集单元：用于采集外部传感器信号并进行储存与传输；
指令控制单元：用于控制所述数据采集单元按照时序进行数据采集，同时对采集的实时数据进行存储，并控制储存的数据远程传输给系统应用终端；
系统应用终端：用于接收所述指令控制单元发送的数据，经过数据解析后存储到数据库中，供工作人员进行分析与处理；
所述防爆电源、数据采集单元、指令控制单元、系统应用终端依次连接。
2.根据权利要求1所述的基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，其特征在于，所述防爆电源用于将220V交流电转化为电路板所需的直流电，所述防爆电源具有初级开关模式，所述防爆电源的熔断器件具有保护涂层。
3.根据权利要求1所述的基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，其特征在于，所述数据采集单元包括钻井平台数据采集模块、数据打包压缩模块，其中所述钻井平台数据采集模块设置在石油钻井平台上，用于采集远程运维所需数据；所述数据打包压缩模块用于将所述钻井平台数据采集模块采集的数据进行打包压缩。
4.根据权利要求3所述的基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，其特征在于，所述远程运维所需数据包括：石油钻井设备运行参数、设备使用时间、钻头重量、运行速度、井下压力、井下温度、井下电磁和核数据、地层损害特征描述数据。
5.根据权利要求3所述的基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，其特征在于，所述钻井平台数据采集模块将采集到的数据通过通讯协议MODBUS发送至所述数据打包压缩模块，所述数据打包压缩模块将数据以邮件的形式进行打包压缩发送至所述指令控制单元。
6.根据权利要求5所述的基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，其特征在于，所述指令控制单元包括通讯模块、控制模块和数据传输模块，所述通讯模块用于与所述数据打包压缩模块进行通讯，实现数据的交换；所述控制模块用于控制所述通讯模块和所述数据传输模块；所述数据传输模块用于将所述经过打包压缩的数据传输至所述系统应用终端。
7.根据权利要求6所述的基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，其特征在于，所述系统应用终端包括数据库及数据处理与分析模块，其中，所述数据库中设置有若干种工况类型数据包，所述工况类型数据包内设置有对应工况类型的标准钻井参数；所述数据处理与分析模块用于将接收到的实时数据对比所述标准钻井数据，判断所述实时数据是否异常。
8.根据权利要求7所述的基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，其特征在于，调用所述工况类型数据包中的验证规则对所述实时数据进行异常判断；若判定为异常，则通知工程师进行设备调试，调试完毕后再一次选择工况类型；根据所述实时数据和判定结果、调试数据以及原验证规则形成新的验证规则，并将所述新的验证规则存储到所述数据库中，更新验证规则。
9.根据权利要求8所述的基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，其特征在于，所述工况类型包括生产工况和非生产工况，所述生产工况包括钻进、起下钻、循环、换钻头、测井、固井、辅助；所述非生产工况包括修理、停工、复杂、事故。
10.根据权利要求7所述的基于大数据的石油钻井钻台数据采集装置，其特征在于，所述系统应用终端还包括数据存储模块，所述数据存储模块用于将接收到的实时数据、判定结果和调试数据存储到对应工况类型的标注钻井参数中。
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