CN115801824A - 基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统，属于油田固井技术领域，针对了同时为减少固井施工安全事故的出现，结合目前本公司固井施工的设备使用特点，需要将新型精确度高的新型固井流体监测仪、压力仪表结合NB‑LOT和Lora技术进行固井现场流量数据和压力数据的现场无线组网数据传输以及4G数据远程传输，对现场施工的安全性以及流量、压力数据的稳定性会有极大的提升的问题，包括终端操作显示设备模块，终端操作显示设备模块的输入端连接有控制处理器模块；本发明的应用对生产安全提升的同时，不仅能提高公司现场施工的管理水平，节约现场生产人力、物力成本，提高固井工作的经济效益，同时对建设数字化油田有积极促进作用。

Description

基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统

技术领域

本发明属于油田固井技术领域，具体涉及基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统。

背景技术

随着技术的不断更新，仪表技术在向小型化、集成化发展，随着物联网技术在工业生产中的技术应用，固井施工也在向信息化、集成化、自动化、无线数据传输方向前进，对固井施工专用仪表进行技术提升和产品升级。系统升级后将会对固井施工效率、现场施工安全、施工数据数字化、施工数据可视化进行大跨步的提升。随着油气勘探开发不断向深井、超深井以及深水领域迈进，固井作业面临着施工压力高、作业危险性大以及劳动强度高等实际问题，而井口注水泥装置的人工操作存在的安全风险与隐患尤为突出。因此，采用自动控制技术、智能控制技术、信息化技术以及移动互联网技术，实现传统固井作业以及工具设备的远程智能操控，进而减少或避免井口高压危险区域内的人工作业的需求也日趋显现。国外主流的石油工程技术服务厂商各自均有达到一定自动化程度的固井井口装置，例如哈里伯顿公司的Com-mander1000Top_DriveCementigHead、贝克休斯公司的LaunchPROWireless以及威德福公司的Remote_ControlTop_DriveCementingHead，这些井口装置通过可视化的远程遥控实现装置的各种功能。近年来，国内也开展了具备类似功能的井口装置的研发。

固井是钻井工程的最后一道工序，是衔接钻井和采油的关键工程。固井质量的好坏直接影响到油气井的后期开采和使用寿命。固井注水泥作业过程中，固井流体施工参数监测的准确性直接影响到固井施工的成功率和固井质量。随着复杂特殊结构井的不断增多，对固井施工质量的要求越来越高，施工参数监测的准确性也显得特别关键，迫切需要研制一种精确度高的新型固井流体监测仪。

同时为减少固井施工安全事故的出现，结合目前固井施工的设备使用特点，需要将新型精确度高的新型固井流体监测仪、压力仪表结合NB-LOT和Lora技术进行固井现场流量数据和压力数据的现场无线组网数据传输以及4G数据远程传输，对现场施工的安全性以及流量、压力数据的稳定性会有极大的提升，同时数据可视化、曲线分析显示、数据存储等功能的加入对施工数据的溯源有非常高价值，为此，我们提出了基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统。

发明内容

本发明的目的在于提供基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统，包括终端操作显示设备模块，所述终端操作显示设备模块的输入端连接有控制处理器模块，且终端操作显示设备模块的输入端与控制处理器模块的输出端连接，所述控制处理器模块的输入端连接有二次无线通讯仪表模块连接，所述二次无线通讯仪表模块的输入端连接有各类传感器模块。

方案中需要说明的是，所述各类传感器模块的输入端连接有一次仪表模块。

进一步值得说明的是，所述各类传感器模块包括流量传感器、压力传感器。

更进一步需要说明的是，所述终端操作显示设备模块包括显示器。

作为一种优选的实施方式，所述控制处理器模块通过CPU处理判断执行相应的功能，通过LORA组网将数据传输到终端操作显示设备模块。

作为一种优选的实施方式，所述各类传感器模块将一次仪表模块的流量信息数据反馈到二次无线通讯仪表模块。

与现有技术相比，本发明提供的基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统，至少包括如下有益效果：

(1)本发明对现场施工的安全性得以提高以及能极大的提升流量和压力数据的稳定性，同时数据可视化、曲线分析显示、数据存储等功能的加入对施工数据的溯源有极具价值。通过对便携式无线固井井口关键参数监测模块的引入和应用的探讨，既有效地保障了我们固井地面施工数据的准确率和固井质量，也能使操作人员对流量监测系统有更深入的了解，从而更快捷、熟练、更安全地掌握并运作，更出色地完成每一次的固井任务。

(2)本发明的应用对生产安全提升的同时，不仅能提高公司现场施工的管理水平，节约现场生产人力、物力成本，提高公司的经济效益，同时对建设数字化油田有积极促进作用。

(3)本发明通过对数据的采集上传等处理，实现了数据可视化、曲线分析显示、数据存储以及远程数据检测，节省了人工成本。安全监督管理系统由单独电池驱动，减少了繁杂线路对人员安全的威胁性，提高了以后硬件更换的便捷性。大大降低维护成分的同时，提高了安全性。

(4)本发明最大可能的改进了以往检测模块的缺点并且延续了其优点，通过传感器将一次表的流量信息数据反馈到二次无线通讯仪表之上，二次仪表采集到的数据通过CPU处理判断执行相应的功能，通过LORA组网将数据传输到终端操作显示设备之上，系统可动态分析传感器的各种参数，并自动进行精确补偿。整机无任何弹性部件和可动部件，耐冲击，安装方便。结合目前本公司固井施工的设备使用特点，对现场施工的安全性以及流量、压力数据的稳定性会有极大的提升，同时数据可视化、曲线分析显示、数据存储等功能的加入对施工数据的溯源有非常高价值。

(5)本发明采用LoRa无线通信技术，此技术在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍，针对无线数据传输与解析算法进行优化，相比竞争对手提高了无线传输的稳定性、可靠性。本发明还预留了4G网络接口，可以直接将测得数据传送到指定平台。本发明对测得数据会进行加密处理，将一个信息经过加密钥匙及加密函数转换，变成无意义的密文，而接收方则将此密文经过解密函数、解密钥匙还原成明文，防止数据泄露。

附图说明

图1为本发明的系统模块示意图；

图2为本发明的系统技术数据安全流程图；

图3为本发明的系统终端操作显示设备示意图；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。

为了使得本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。

请参阅图1，本发明提供基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统，包括终端操作显示设备模块，所述终端操作显示设备模块的输入端连接有控制处理器模块，且终端操作显示设备模块的输入端与控制处理器模块的输出端连接，所述控制处理器模块的输入端连接有二次无线通讯仪表模块连接，所述二次无线通讯仪表模块的输入端连接有各类传感器模块。

固井井口关键参数监测二次无线通讯仪表模块定型方案：

1、本安防爆；

2、流量仪表本地显示瞬时流量、累计流量，压力仪表本地显示压力；

3、本地通讯地址可设置；

4、流量仪表本地系数可设置；

5、流量仪表本地流量可清零；

6、本地电池电量显示；

7、稳定的无线信号传输，有线数据传输接口备用；

8、抗震；

9、可充电。

进一步地如图1所示，方案中需要说明的是，所述各类传感器模块的输入端连接有一次仪表模块。

进一步地如图1所示，进一步值得说明的是，所述各类传感器模块包括流量传感器、压力传感器。

进一步地如图1所示，更进一步需要说明的是，所述终端操作显示设备模块包括显示器，所述控制处理器模块通过CPU处理判断执行相应的功能，通过LORA组网将数据传输到终端操作显示设备模块。

终端操作显示设备模块定型方案：

1、远传显示瞬时流量、累计流量、压力，流量显示单位可设置m3/h，m3/min,加仑/h，加仑/min；

2、本地及远程通讯地址可设置；

3、流量仪表远程系数可设置；

4、流量仪表本地流量可清零；

5、本地及远程电池电量显示；

6、稳定的无线信号传输，有线数据传输接口备用；

7、4G数据接口预留，便于日后升级软件系统，远程查看现场数据；

8、远程时钟同步；

9、压力、流量数据时时曲线显示，具备存储功能，U盘数据导出，配合计算机软件可生成数据报表、工作曲线。

进一步地如图1所示，所述各类传感器模块将一次仪表模块的流量信息数据反馈到二次无线通讯仪表模块。

电脑端软件定型方案：

1、离线软件，可读取U盘数据，可生成生产报表；

2、离线软件可曲线显示；

3、可以将流量、压力数据通过4G/5G的方式传输到指定平台进行数据显示和存储。

②本固井井口无线流量检测模块集成化、自动化程度高，操作理念先进，功能全面：

1、本安防爆；

2、流量仪表本地显示瞬时流量、累计流量，压力仪表本地显示压力；

3、本地通讯地址可设置；

4、流量仪表本地系数可设置；

5、流量仪表本地流量可清零；

6、本地电池电量显示；

7、稳定的无线信号传输，有线数据传输接口备用；

8、抗震；

9、可充电。

11、远传显示瞬时流量、累计流量、压力，流量显示单位可设置m3/h，m3/min,加仑/h，加仑/min；

12、本地及远程通讯地址可设置；

13、流量仪表远程系数可设置；

14、流量仪表本地流量可清零；

15、本地及远程电池电量显示；

16、稳定的无线信号传输，有线数据传输接口备用；

17、4G数据接口预留，便于日后升级软件系统，远程查看现场数据；

18、远程时钟同步；

19、压力、流量数据时时曲线显示，具备存储功能，U盘数据导出，配合计算机软件可生成数据报表、工作曲线。

本发明实现了普通流量参数计量设备的全新升级，设备体积小，携带方便且数据显示增加压力，具有存储功能及下载功能，同时对一次仪表进行改进，还提高计量精度。测得的实时数据在现场和终端上的曲线显示十分清晰。本发明测得数据后，通过加密技术立即对数据进行加密保护，防止数据泄露。4G远距离传输功能将实时测得的数据传输到指定平台，同时这也推动了固井仪器的发展和未来趋势。软硬件之间的相互配合的程度便是平时我们所说的兼容性，如果软硬件之间的冲突减少便会表现成兼容性的提高，如果冲突多那么兼容性就会降低。4G通信技术使用在井口关键参数监测模块便很好的提高了兼容性这一性能，减少了软硬件在工作过程中的冲突，让软硬件之间的配合更加默契，这同时也很大程度上避免了故障的发生。同时在安全监督管理方面有了极大提升，在固井工作中保证了技术人员的便捷和安全性。

LoRa无线传输技术是一种低功耗局域网无线标准，它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。一般说来，传输速率、工作频段和网络拓扑结构是影响传感网络特性的三个主要参数。传输速率的选择将影响系统的传输距离和电池寿命；工作频段的选择要折中考虑频段和系统的设计目标；而在FSK系统中，网络拓扑结构的选择是由传输距离要求和系统需要的节点数目来决定的。LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，拥有前所未有的性能。此前，只有那些高等级的工业无线电通信会融合这些技术，而随着LoRa的引入，嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。超强的链路预算，让信号飞的更远为了有效地对比不同技术之间传输范围的表现，我们使用一个叫做“链路预算”的定量指标。链路预算包括影响接收端信号强度的每一变量，在其简化体系中包括发射功率加上接收端灵敏度。AngelBlocks的发射功率为100mW(20dBm)，接收端灵敏度为-129dBm，总的链路预算为149dB。比较而言，拥有灵敏度110dBm的GFSK无线技术，需要5W的功率(37dBm)才能达到相同的链路预算值。在实践中，大多GFSK无线技术接收端灵敏度可达到-103dBm，在此状况下，发射端发射频率必须为46dBm或者大约36W，才能达到与LoRa类似的链路预算值。因此，使用LoRa技术我们能够以低发射功率获得更广的传输范围和距离，这种低功耗广域技术正是我们所需的。

综上，此技术在取得专利权后发现或证明他人侵权的难易程度极高，可对测得数据会进行加密处理，将一个信息经过加密钥匙及加密函数转换，变成无意义的密文，而接收方则将此密文经过解密函数、解密钥匙还原成明文，防止数据泄露。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义，本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件，“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，还可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统，包括终端操作显示设备模块，其特征在于，所述终端操作显示设备模块的输入端连接有控制处理器模块，且终端操作显示设备模块的输入端与控制处理器模块的输出端连接，所述控制处理器模块的输入端连接有二次无线通讯仪表模块连接，所述二次无线通讯仪表模块的输入端连接有各类传感器模块。

2.根据权利要求1所述的基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统，其特征在于：所述各类传感器模块的输入端连接有一次仪表模块。

3.根据权利要求2所述的基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统，其特征在于：所述各类传感器模块包括流量传感器、压力传感器。

4.根据权利要求1所述的基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统，其特征在于：所述终端操作显示设备模块包括显示器。

5.根据权利要求1所述的基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统，其特征在于：所述控制处理器模块通过CPU处理判断执行相应的功能，通过LORA组网将数据传输到终端操作显示设备模块。

6.根据权利要求1所述的基于Lora的油田固井关键数据监测安全管理系统，其特征在于：所述各类传感器模块将一次仪表模块的流量信息数据反馈到二次无线通讯仪表模块。

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