CN115263261A - 压裂用井口阀门状态无线监控方法、装置及系统 - Google Patents

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郭春峰
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Abstract

本发明公开了压裂用井口阀门状态无线监控方法、装置及系统，属于油、气井压裂辅助设备状态监控技术领域，该压裂用井口阀门状态无线监控方法，包括：步骤1，在所需检测的阀门上安装陀螺仪传感器；步骤2，通过数据无线远程传输模块将陀螺仪传感器所检测到的陀螺仪数据发送到远端计算机；步骤3，远端计算机通过所述陀螺仪数据计算出阀门的当前位置状态。通过在阀门上安装陀螺仪传感器，当陀螺仪传感器状态发生变化时，将陀螺仪传感器的状态变化数据发送给远端计算机，最终通过远端计算机计算出阀门的开闭状态。实时监测阀门开闭程度，最终尽可能避免因阀门倒换失误、未完全打开及未完全关闭的情况下造成压裂施工工程事故的可能性。

Description

压裂用井口阀门状态无线监控方法、装置及系统
技术领域
本发明属于油、气井压裂辅助设备状态监控技术领域，具体涉及压裂用井口阀门状态无线监控方法、装置及系统。
背景技术
随着油田开发规模的日益扩大，大平台、丛式井作业逐渐成为压裂施工的新常态。在丛式井场压裂施工过程中，操作人员需频繁对地面高压管汇、井口采油树闸门进行开关作业来实现不同井、不同压裂流程间的倒换。目前井口闸门的开关状态的监控主要依赖现场操作人员对阀罩内阀杆位置观查和开关圈数的判定，现场人员高强度作业后，极易出现出现阀门倒换错误或未完全打开、关闭的情况出现，造成阀门损坏、施工异常，甚至导致阀门失效作业失败，存在较大的安全风险。
发明内容
本发明提供了压裂用井口阀门状态无线监控方法、装置及系统，目的在于解决上述问题，用于监测阀门倒换错误或未完全打开、关闭的情况，避免阀门损坏、施工异常，甚至导致阀门失效作业失败的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种压裂用井口阀门状态无线监控方法，包括：
步骤1，在所需检测的阀门上安装陀螺仪传感器；
步骤2，通过数据无线远程传输模块将陀螺仪传感器所检测到的陀螺仪数据发送到远端计算机；
步骤3，远端计算机通过所述陀螺仪数据计算出阀门的当前位置状态。
所述步骤2之后，还包括：
步骤2.2，将所需检测的阀门调整至完全开启状态，并通过远端计算机记录阀门在开启状态下的第一陀螺仪姿态，并将第一陀螺仪姿态设定为第一初始状态。
所述步骤2之后，还包括：
步骤2.3，将所需检测的阀门调整至完全关闭状态，并通过远端计算机记录阀门在关闭状态下的第二陀螺仪姿态，并将第二陀螺仪姿态设定为第二初始状态。
所述压裂用井口阀门状态无线监控方法还包括：
步骤4，通过显示器将远端计算机内的所需检测的阀门状态进行显示。
一种压裂用井口阀门状态无线监控装置，包括：陀螺仪传感器、传感器电路板、数据无线传输模块、控制器、电源和LCD显示模块，所述陀螺仪传感器、数据无线传输模块、控制器、电源和LCD显示模块集成在传感器电路板上，陀螺仪传感器、数据无线传输模块、电源和LCD显示模块分别与控制器电连接。
所述压裂用井口阀门状态无线监控装置还包括有机玻璃护罩和传感器保护装置，有机玻璃护罩和传感器保护装置相互配合形成一个容纳腔，陀螺仪传感器、传感器电路板、数据无线传输模块、控制器、电源、LCD显示模块、有机玻璃护罩和传感器保护装置均位于所述容纳腔内，传感器电路板固定在所述容纳腔内。
所述的压裂用井口阀门状态无线监控装置还包括用于和阀门固定的井口连接器，井口连接器设置在传感器保护装置上。
一种压裂用井口阀门状态无线监控系统，包括：
权利要求5-7任意一项所述的压裂用井口阀门状态无线监控装置；
远端计算机；
所述压裂用井口阀门状态无线监控装置设置在阀门上，所述压裂用井口阀门状态无线监控装置与所述远端计算机无线通讯连接。
本发明的有益效果是，通过在阀门上安装陀螺仪传感器，当陀螺仪传感器状态发生变化时，将陀螺仪传感器的状态变化数据发送给远端计算机，最终通过远端计算机计算出阀门的开闭状态。实时监测阀门开闭程度，最终尽可能避免因阀门倒换失误、未完全打开及未完全关闭的情况下造成压裂施工工程事故的可能性。
附图说明
图1为本发明压裂用井口阀门状态无线监控方法的流程图；
图2为本发明压裂用井口阀门状态无线监控装置的整体结构示意图；
图3为本发明压裂用井口阀门状态无线监控装置的外部结构图。
图中标记为：1、陀螺仪传感器；2、传感器电路板；3、数据无线传输模块；4、控制器；5、电源；6、LCD显示模块；7、有机玻璃护罩；8、传感器保护装置；9、井口连接器。
具体实施方式
下面，将通过几个具体的实施例对本发明实施例提供的压裂用井口阀门状态无线监控方法、装置及系统方案进行详细介绍说明。
实施例1
请参考图1，其示出了本发明压裂用井口阀门状态无线监控方法的流程图，该压裂用井口阀门状态无线监控方法，其特征在于，包括：
步骤1，在所需检测的阀门上安装陀螺仪传感器；
步骤2，通过数据无线远程传输模块将陀螺仪传感器所检测到的陀螺仪数据发送到远端计算机；
步骤3，远端计算机通过所述陀螺仪数据计算出阀门的当前位置状态。
上述实施例中，陀螺仪传感器可以选用三轴陀螺仪、六轴陀螺仪或九轴陀螺仪，通过将陀螺仪传感器安装在所需监测的阀门上，通过陀螺仪传感器不断监测阀门的状态。
示例：本发明压裂用井口阀门状态无线监控方法的具体实施时，可以参考以下步骤：
1.角度输出
逆时针：0～180度，-180～0度，算法转换成0～360度，如果度数增加，开阀，一圈是360度，将360度分成100段，每段3.6度，对应0.01圈，阀门总的圈数平台会下发，总的圈数减去计算的关的圈数除以总圈数就是当前的开度。
顺时针：0～-180度，180～0度，算法转换成360～0度。
顺时针：0～-180度，180～0度，算法转换成360～0度，如果度数减少，关阀，一圈是360度，将360度分成100段，每段3.6度，对应0.01圈，阀门总的圈数平台会下发，开的的圈数除以总圈数就是当前的开度。
2.角速度输出
通过对陀螺仪传感器的角速度的监测来实现对阀门转速的监测用来判断阀门是否正常使用。同时对于在不同转速条件下角度的数据选取不同的角度分段来计算角度输出，实现阀门开度精准识别。同时对于其他轴角速度数据进行计算，用来判断阀门使用过程中异常情况。
角速度计算方法：
WX＝((wxH<<8)|wxL)/32768*2000(°/s)
Wy＝((wyH<<8)|wyL)/32768*2000(°/s)
Wz＝((wzH<<8)|wzL)/32768*2000(°/s)
WX：X轴的角速度；
Wy：Y轴的角速度；
Wz：Z轴的角速度；
wxH：X轴角度的高8位值；wxL：X轴角度的低8位值；
wyH：X轴角度的高8位值；wyL：X轴角度的低8位值；
wzH：X轴角度的高8位值；wzL：X轴角度的低8位值；
获取角度、角速度的数据在阀门转速不同的情况下，依据角速度来进行算法内部的卡尔曼滤波的补偿以及零偏值，根据陀螺仪传感器采集的角速度、加速度数据和角度值计算第一圈的分段数,以及根据角速度数据判断阀门的圈数计算精度是否在设置的分段数范围内；若判断为是,根据计算的分段数和陀螺仪传感器采集的角速度数据,计算陀螺仪传感器的补偿系数和零偏值；使用补偿系数和零偏值补偿陀螺仪传感器采集的第二圈角速度数据,获得陀螺仪传感器补偿后的第二圈的角速度数据，再计算下一圈的分段数，如此往复，每一圈都进行计算，确保阀门开度的计算精准性。计算公式：
精度计算：
△Z＝WZ*T(时间)+b(补偿系数)；
μ*360＝△Z*T(时间)+b(补偿系数)；
T＝((μ*360)-b(补偿系数))/△Z；
T<(μ*360)/△T(陀螺仪传感器运行周期)；
判断阀门是否正常运行通过其余两个轴的△值计算。
△X＝WX*T(时间)+b(补偿系数)；
△Y＝WY*T(时间)+b(补偿系数)；
远端计算机在获取到陀螺仪传感器所检测到的陀螺仪数据，会将该△数据转换为阀门的旋转角度。
在一示例中，将所需检测的阀门调整至开启状态，并通过远端计算机记录阀门在完全开启状态下的第一陀螺仪姿态，并将第一陀螺仪姿态设定为第一初始状态。以及将所需检测的阀门调整至完全关闭状态，并通过远端计算机记录阀门在关闭状态下的第二陀螺仪姿态，并将第二陀螺仪姿态设定为第二初始状态。在本示例中，通过记录阀门在完全开启状态下的第一陀螺仪姿态，以及在完全关闭状态下的第二陀螺仪姿态，远端计算机完成对陀螺仪传感器的初始化测量，并确定陀螺仪传感器在初始状态下的阀门的开闭状态。在陀螺仪传感器完成初始化测量后，工作人员在之后转动阀门，远端计算机便可通过陀螺仪传感器的数据计算出阀门的转动角度，之后再将转动角度与阀门初始状态下的开闭状态相互结合。获取阀门的实时开闭状态。远端计算机最终通过显示器将远端计算机内的所需检测的阀门状态进行显示。
综上，通过在阀门上安装陀螺仪传感器，当陀螺仪传感器状态发生变化时，将陀螺仪传感器的状态变化数据发送给远端计算机，最终通过远端计算机计算出阀门的开闭状态。实时监测阀门开闭程度，最终尽可能避免因阀门倒换失误、未完全打开及未完全关闭的情况下造成压裂施工工程事故的可能性。
实施例2
请参考参考图2及图3，本发明还公开了一种压裂用井口阀门状态无线监控装置，该压裂用井口阀门状态无线监控装置，其特征在于，包括：陀螺仪传感器1、传感器电路板2、数据无线传输模块3、控制器4、电源5和LCD显示模块6，所述陀螺仪传感器1、数据无线传输模块3、控制器4、电源5和LCD显示模块6集成在传感器电路板2上，陀螺仪传感器1、数据无线传输模块3、电源5和LCD显示模块6分别与控制器4电连接。
上述实施例中，通过将螺仪传感器1、数据无线传输模块3、控制器4、电源5和LCD显示模块6集成在传感器电路板2上，可以使整个压裂用井口阀门状态无线监控装置集成化。方便携带及使用。通过数据无线传输模块3可以使陀螺仪传感器1的数据通过无线传输的方式传输给远端计算机。减少引线所带来的各种问题。通过在阀门上安装陀螺仪传感器，当陀螺仪传感器状态发生变化时，将陀螺仪传感器的状态变化数据发送给远端计算机，最终通过远端计算机计算出阀门的开闭状态。实时监测阀门开闭程度，最终尽可能避免因阀门倒换失误、未完全打开及未完全关闭的情况下造成压裂施工工程事故的可能性。
进一步的，请参考图3，本发明压裂用井口阀门状态无线监控装置的另一实施例，所述压裂用井口阀门状态无线监控装置还包括有机玻璃护罩7和传感器保护装置8，有机玻璃护罩7和传感器保护装置8相互配合形成一个容纳腔，陀螺仪传感器1、传感器电路板2、数据无线传输模块3、控制器4、电源5、LCD显示模块6、有机玻璃护罩7和传感器保护装置8均位于所述容纳腔内，传感器电路板2固定在所述容纳腔内。
上述实施例中，有机玻璃护罩7和传感器保护装置8可保护传感器电路板2及传感器电路板2上的各元件。使各元件可以稳定工作。
进一步的，请参考图2及图3，本发明压裂用井口阀门状态无线监控装置的另一实施例，所述的压裂用井口阀门状态无线监控装置还包括用于和阀门固定的井口连接器9，井口连接器9设置在传感器保护装置8上。
上述实施例中，井口连接器9用于和井口上的阀门固定连接。
本发明还公开了压裂用井口阀门状态无线监控系统，该压裂用井口阀门状态无线监控系统，包括：
权利要求上述的压裂用井口阀门状态无线监控装置；
远端计算机；
所述压裂用井口阀门状态无线监控装置设置在阀门上，所述压裂用井口阀门状态无线监控装置与所述远端计算机无线通讯连接。
上述实施例中，将压裂用井口阀门状态无线监控装置安装在所需检测的阀门上，通过数据无线远程传输模块3将陀螺仪传感器所检测到的陀螺仪数据发送到远端计算机。远端计算机通过所述陀螺仪数据计算出阀门的当前位置状态。通过在阀门上安装陀螺仪传感器，当陀螺仪传感器状态发生变化时，将陀螺仪传感器的状态变化数据发送给远端计算机，最终通过远端计算机计算出阀门的开闭状态。实时监测阀门开闭程度，最终尽可能避免因阀门倒换失误、未完全打开及未完全关闭的情况下造成压裂施工工程事故的可能性。
需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种压裂用井口阀门状态无线监控方法，其特征在于，包括：
步骤1，在所需检测的阀门上安装陀螺仪传感器；
步骤2，通过数据无线远程传输模块将陀螺仪传感器所检测到的陀螺仪数据发送到远端计算机；
步骤3，远端计算机通过所述陀螺仪数据计算出阀门的当前位置状态。
2.根据权利要求1所述的压裂用井口阀门状态无线监控方法，其特征在于，所述步骤2之后，还包括：
步骤2.2，将所需检测的阀门调整至完全开启状态，并通过远端计算机记录阀门在开启状态下的第一陀螺仪姿态，并将第一陀螺仪姿态设定为第一初始状态。
3.根据权利要求1所述的压裂用井口阀门状态无线监控方法，其特征在于，所述步骤2之后，还包括：
步骤2.3，将所需检测的阀门调整至完全关闭状态，并通过远端计算机记录阀门在关闭状态下的第二陀螺仪姿态，并将第二陀螺仪姿态设定为第二初始状态。
4.根据权利要求1所述的压裂用井口阀门状态无线监控方法，其特征在于，所述压裂用井口阀门状态无线监控方法还包括：
步骤4，通过显示器将远端计算机内的所需检测的阀门状态进行显示。
5.一种压裂用井口阀门状态无线监控装置，其特征在于，包括：陀螺仪传感器(1)、传感器电路板(2)、数据无线传输模块(3)、控制器(4)、电源(5)和LCD显示模块(6)，所述陀螺仪传感器(1)、数据无线传输模块(3)、控制器(4)、电源(5)和LCD显示模块(6)集成在传感器电路板(2)上，陀螺仪传感器(1)、数据无线传输模块(3)、电源(5)和LCD显示模块(6)分别与控制器(4)电连接。
6.根据权利要求5所述的压裂用井口阀门状态无线监控装置，其特征在于，所述压裂用井口阀门状态无线监控装置还包括有机玻璃护罩(7)和传感器保护装置(8)，有机玻璃护罩(7)和传感器保护装置(8)相互配合形成一个容纳腔，陀螺仪传感器(1)、传感器电路板(2)、数据无线传输模块(3)、控制器(4)、电源(5)、LCD显示模块(6)、有机玻璃护罩(7)和传感器保护装置(8)均位于所述容纳腔内，传感器电路板(2)固定在所述容纳腔内。
7.根据权利要求6所述的压裂用井口阀门状态无线监控装置，其特征在于，所述的压裂用井口阀门状态无线监控装置还包括用于和阀门固定的井口连接器(9)，井口连接器(9)设置在传感器保护装置(8)上。
8.一种压裂用井口阀门状态无线监控系统，其特征在于，包括：
权利要求5-7任意一项所述的压裂用井口阀门状态无线监控装置；
远端计算机；
所述压裂用井口阀门状态无线监控装置设置在阀门上，所述压裂用井口阀门状态无线监控装置与所述远端计算机无线通讯连接。
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