CN116128309A - 基于物联网的石油工程井场运行维护管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及井场运行维护管理技术领域，尤其涉及基于物联网的石油工程井场运行维护管理系统，包括服务器、分控管理单元、元件预处理单元、环境管控单元、风险评估单元、显示单元以及预警单元；本发明是通过从钻井设备的线路和电气元件两个角度进行深入式分析，通过腐蚀时长和分化差值两个维度来评判设环境数据对风险段的影响情况，有助于及时的降低环境对线路的影响，同时通过递进式分析，对风险段的位置进行锁定，进而方便对风险段的线路环境进行治理，以及通过数据结合的方式对钻井设备进行全面性的分析，有助于精准有效的判断钻井设备的故障风险概率，并及时作出处理以降低钻井设备的故障概率，提高对钻井设备的运管能力。
Description
技术领域
本发明涉及井场运行维护管理技术领域，尤其涉及基于物联网的石油工程井场运行维护管理系统。
背景技术
随着我国油气田开采技术的蓬勃发展，油气田开采工程呈现出技术工艺复杂化、材料新型化和设备多样化等特点，对于一项大型石油开采工程而言，一旦发生安全风险，轻则影响施工顺利进行，重则留下工程隐患，因此为了满足石油工程井场安全生产的要求，需要在对井场进行运行维护管理，以降低设备存在故障风险；
但现有技术中的管理者对于钻井设备的运行状况存在信息滞后或管理盲点的情况，使得油气田施工设备风险的解决效率较低，且无法对风险过高的线路所处环境进行及时的治理，以及无法及时的了解元件的运行情况，从而造成钻井设备的线路和元件故障风险过高，存在的安全隐患无法得到解决；
针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供基于物联网的石油工程井场运行维护管理系统，去解决上述提出的技术缺陷，是通过从钻井设备的线路和电气元件两个角度进行深入式分析，通过腐蚀时长和分化差值两个维度来评判设环境数据对风险段的影响情况，有助于更加精准、合理的对数据进行分析，且有助于及时的降低环境对线路的影响，同时通过递进式分析，对风险段的位置进行锁定，进而方便对风险段的线路环境进行治理，以及通过数据结合的方式对钻井设备进行全面性的分析，有助于精准有效的判断钻井设备的故障风险概率，并通过控制指示灯的灯光颜色进行预警展会，有助于根据灯光的颜色及时作出处理，以降低钻井设备的故障概率，提高对钻井设备的运管能力。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
基于物联网的石油工程井场运行维护管理系统，包括服务器、分控管理单元、元件预处理单元、环境管控单元、风险评估单元、显示单元以及预警单元；
当服务器生成运管指令时，并发送至分控管理单元，分控管理单元在接收到运管指令后，采集钻井设备的风险数据，风险数据包括钻井设备的线路发热值和线路外表面破损值，并对风险数据进行分析，得到风险信号和正常信号，并经服务器发送至显示单元，显示单元在接收到风险信号和正常信号后，分别以文字“线路风险过高”和“线路正常”的方式进行展示；
元件预处理单元用于采集电气元件的工作电流，并对工作电流进行分析，得到告警信号和监测信号，并经服务器发送至显示单元，显示单元在接收到监测信号和告警信号后，分别以文字“元件正常”和“元件异常”进行展示；
环境管控单元用于采集环境数据，环境数据包括环境温度值、环境湿度值和线路表面色深，并对环境数据进行分析，得到管理信号和位移长度XX，并将管理信号和位移长度XX并经服务器发送至显示单元，显示单元在接收到管理信号和位移长度XX后，立即以文字“XX米线路环境管理”的方式进行展示；
风险评估单元用于对钻井设备的线路和电气元件进行整合分析，得到低风险信号、中风险信号以及高风险信号，其中的风险程度高低表示为：低风险信号小于中风险信号小于高风险信号，并将得到的低风险信号、中风险信号以及高风险信号发送至预警单元。
优选的，所述分控管理单元对风险数据分析过程如下：
采集到钻井设备运行中的一段时间的时长，并将其标记为时间阈值，将钻井设备的线路划分为i为子长度段，获取到时间阈值内各个子长度段的线路发热值XRi和线路外表面破损值XBi，同时获取到钻井设备的线路开始投入使用时刻到当前时刻之间的时长，并将其标记为使用时长S，并经过公式得到各个子长度段的异常风险系数，其中，a1、a2以及a3分别为线路发热值、线路外表面破损值以及使用时长的预设比例系数，a1、a2以及a3均为大于零的正数，Fi为各个子长度段的异常风险系数，以此构建异常风险系数Fi的集合A，获取到集合A中的最大子集和最小子集，并将最大子集和最小子集之间的差值标记为风险跨度值FK，并将风险跨度值FK与其内部录入存储的预设风险跨度值阈值进行比对分析：
若风险跨度值FK大于等于预设风险跨度值阈值，则生成风险信号；
若风险跨度值FK大于等于预设风险跨度值阈值，则生成正常信号。
优选的，所述元件预处理单元对工作电流分析过程如下：
步骤一：获取到时间阈值内钻井设备的各个电气元件的工作电流，若各个电气元件的工作电流位于预设工作电流区间之外，则生成异常信号，若各个电气元件的工作电流位于预设工作电流区间之内，则生成运行信号；
步骤二：获取到时间阈值内各个电气元件的实时温度变化特征图像，将时间阈值划分为k个子时间节点，k为大于零的自然数，从实时温度变化特征图像获取到各个子时间节点的温度值，以此获取到时间阈值内各个电气元件的平均温度值，此外获取到时间阈值内各个电气元件的预设平均温度值区间，并将平均温度值与预设平均温度值区间进行比对分析，若平均温度值位于预设平均温度值区间之内，则生成一般信号，若平均温度值位于预设平均温度值区间之外，则生成差异信号；
步骤三：交互式分析如下：
若生成异常信号和一般信号或运行信号和差异信号或运行信号和一般信号时，得到监测信号；
若生成异常信号和差异信号时，得到告警信号。
优选的，所述环境管控单元环境数据分析过程如下：
获取到集合A中的最大值所对应的子长度段，并将其标记为风险段，将风险段的中点标记为圆心，将风险段的长度标记为直径，进而获取到模型圆，并将其标记为分析圆，获取到时间阈值内分析圆的环境数据，环境数据包括环境温度值、环境湿度值和线路表面色深，获取到各个子时间节点的环境温度值和环境湿度值，进而获取到时间阈值内环境平均温度和环境平均湿度，以此获取到时间阈值内环境平均温度和环境平均湿度大于预设温度值阈值和湿度值阈值所对应的总时长，并将标记为腐蚀时长FC，同时获取的时间阈值内风险段的线路表面色深，并获取到线路的预设标准表面色深，将线路表面色深与预设标准表面色深之间的差值标记为分化差值HC；
并经过公式得到风险环境系数H并将风险环境系数H与其内部录入存储的预设风险环境系数阈值进行比对分析：
若风险环境系数H大于等于预设风险环境系数阈值，则生成管理信号，当生成管理信号后，立即获取到风险段的对应配电柜，并将配电柜标记为“0”点位置，以此获取到风险段到“0”点位置之间的距离，并将其标记为位移长度XX；
若风险环境系数H小于预设风险环境系数阈值，则不生成任何信号。
优选的，所述风险评估单元整合分析过程如下：
立即从元件预处理单元采集异常信号所对应的电气元件的编号和差异信号所对应的电气元件的编号，分别构建异常信号所对应的电气元件编号的集合B和差异信号所对应的电气元件编号的集合C，将集合B和集合C之间的交集的个数标记为电气元件差异值DY；
从分控管理单元调取集合A中的最大子集，并标记为最大异常风险系数，标号为Fmax，从环境管控单元调取风险环境系数H；
并经公式得到风险概率系数G，并将风险概率系数G与其内部录入存储的预设风险概率区间进行比对分析：
若风险概率系数G大于预设风险概率区间中的最大值，则生成高风险信号；
若风险概率系数G位于预设风险概率区间之内，则生成中风险信号；
若风险概率系数G小于预设风险概率区间中的最小值，则生成低风险信号。
优选的，所述预警单元在接收到低风险信号、中风险信号以及高风险信号后，立即控制钻井设备上的指示灯进行对应信号的灯光调控，即低风险信号对应控制指示灯为绿灯，中风险信号对应控制指示灯为黄灯，高风险信号对应控制指示灯为红灯。
本发明的有益效果如下：
本发明是通过从钻井设备的线路和电气元件两个角度进行深入式分析，并通过符号的标定以及公式化的方式进行全面分析，以及通过腐蚀时长和分化差值两个维度来评判设环境数据对风险段的影响情况，分析更加的全面，且以此扩大分析维度，有助于更加精准、合理的对数据进行分析，且有助于及时的降低环境对线路的影响，提高线路的安全性，同时通过递进式分析，对风险段的位置进行锁定，进而方便对风险段的线路环境进行治理，节约治理时间，并通过交互式分析，实现对电气元件的管理和监管，提高对设备的管理力度；
本发明还通过数据结合的方式对钻井设备进行全面性的分析，有助于精准有效的判断钻井设备的故障风险概率，并通过控制指示灯的灯光颜色进行预警展会，有助于根据灯光的颜色及时作出处理，以降低钻井设备的故障概率，提高对钻井设备的运管能力。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明；
图1是本发明系统流程框图；
图2是本发明分析流程图。
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、完整的描述，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。
实施例1
请参阅图1-2所示，本发明为基于物联网的石油工程井场运行维护管理系统，包括服务器、分控管理单元、元件预处理单元、环境管控单元、风险评估单元、显示单元以及预警单元，服务器与分控管理单元呈双向通讯连接，服务器与显示单元呈单向通讯连接，分控管理单元与元件预处理单元呈双向通讯连接，分控管理单元与环境管控单元呈双向通讯连接，分控管理单元与风险评估单元呈双向通讯连接，风险评估单元与预警单元呈单向通讯连接，环境管控单元与风险评估单元呈单向通讯连接，元件预处理单元与风险评估单元呈单向通讯连接；
当服务器生成运管指令时，并发送至分控管理单元，分控管理单元在接收到运管指令后，采集钻井设备的风险数据，风险数据包括钻井设备的线路发热值和线路外表面破损值，并对风险数据进行分析，具体分析步骤如下：
采集到钻井设备运行中的一段时间的时长，并将其标记为时间阈值，将钻井设备的线路划分为i为子长度段，获取到时间阈值内各个子长度段的线路发热值和线路外表面破损值，并分别标号为XRi和XBi，同时获取到钻井设备的线路开始投入使用时刻到当前时刻之间的时长，并将其标记为使用时长S，并经过公式得到各个子长度段的异常风险系数，其中，a1、a2以及a3分别为线路发热值、线路外表面破损值以及使用时长的预设比例系数，a1、a2以及a3均为大于零的正数，Fi为各个子长度段的异常风险系数，以此构建异常风险系数Fi的集合A，获取到集合A中的最大子集和最小子集，并将最大子集和最小子集之间的差值标记为风险跨度值FK，并将风险跨度值FK与其内部录入存储的预设风险跨度值阈值进行比对分析：
若风险跨度值FK大于等于预设风险跨度值阈值，则生成风险信号，并经服务器发送至显示单元，显示单元在接收到风险信号后，立即以文字“线路风险过高”的方式进行展示，进而提醒运管人员及时的对线路做出解决方案，以降低钻井设备故障的风险，同时降低存在的安全隐患；
若风险跨度值FK大于等于预设风险跨度值阈值，则生成正常信号，并经服务器发送至显示单元，显示单元在接收到正常信号后，立即以文字“线路正常”的方式进行展示，进而提醒运管人员钻井设备线路的实时状态，以提高对线路的管理性能；
元件预处理单元用于采集电气元件的工作电流，并对工作电流进行分析，判断电气元件的运行风险情况，并进行交互式分析，具体分析过程如下：
同时获取到时间阈值内钻井设备的各个电气元件的工作电流，若各个电气元件的工作电流位于预设工作电流区间之外，则生成异常信号，若各个电气元件的工作电流位于预设工作电流区间之内，则生成运行信号，此外，获取到时间阈值内各个电气元件的实时温度变化特征图像，将时间阈值划分为k个子时间节点，k为大于零的自然数，从实时温度变化特征图像获取到各个子时间节点的温度值，以此获取到时间阈值内各个电气元件的平均温度值，此外获取到时间阈值内各个电气元件的预设平均温度值区间，并将平均温度值与预设平均温度值区间进行比对分析，若平均温度值位于预设平均温度值区间之内，则生成一般信号，若平均温度值位于预设平均温度值区间之外，则生成差异信号，并对得到的信号进行交互式分析，若生成异常信号和一般信号或运行信号和差异信号或运行信号和一般信号时，得到监测信号，若生成异常信号和差异信号时，得到告警信号，并发送至监测信号和告警信号经服务器发送至显示单元，显示单元在接收到监测信号和告警信号后，分别以文字“元件正常”和“元件异常”进行展示，进而实现对电气元件的管理和监管，提高对设备的管理力度。
实施例2
环境管控单元获取到集合A中的最大值所对应的子长度段，并将其标记为风险段，并对风险段进一步分析，具体分析过程如下：
将风险段的中点标记为圆心，将风险段的长度标记为直径，进而获取到模型圆，并将其标记为分析圆，获取到时间阈值内分析圆的环境数据，环境数据包括环境温度值、环境湿度值和线路表面色深，获取到各个子时间节点的环境温度值和环境湿度值，进而获取到时间阈值内环境平均温度和环境平均湿度，以此获取到时间阈值内环境平均温度和环境平均湿度大于预设温度值阈值和湿度值阈值所对应的总时长，并将标记为腐蚀时长，标号为FC，同时获取的时间阈值内风险段的线路表面色深，并获取到线路的预设标准表面色深，将线路表面色深与预设标准表面色深之间的差值标记为分化差值，标号为HC，并经过公式得到风险环境系数，其中，b1和b2分别为腐蚀时长和分化差值的预设权重系数，b3为预设偏差修正系数，b2＞b3＞b1＞0，b2+b3=1.235，H为风险环境系数，并将风险环境系数H与其内部录入存储的预设风险环境系数阈值进行比对分析：
若风险环境系数H大于等于预设风险环境系数阈值，则生成管理信号，当生成管理信号后，立即获取到风险段的对应配电柜，并将配电柜标记为“0”点位置，以此获取到风险段到“0”点位置之间的距离，并将其标记为位移长度XX，并将管理信号和位移长度XX并经服务器发送至显示单元，显示单元在接收到管理信号和位移长度XX后，立即以文字“XX米线路环境管理”的方式进行展示，进而方便对风险段的线路环境进行治理，降低环境对线路的影响，提高线路的使用寿命和安全性；
若风险环境系数H小于预设风险环境系数阈值，则不生成任何信号；
其中，风险评估单元用于对钻井设备的线路和电气元件进行整合分析，立即从元件预处理单元采集异常信号所对应的电气元件的编号和差异信号所对应的电气元件的编号，分别构建异常信号所对应的电气元件编号的集合B和差异信号所对应的电气元件编号的集合C，将集合B和集合C之间的交集的个数标记为电气元件差异值，标号为DY，需要说明的是，电气元件差异值DY的数值越大，则对钻井设备的正常运行造成风险越大；
从分控管理单元调取集合A中的最大子集，并标记为最大异常风险系数，标号为Fmax，从环境管控单元调取风险环境系数H；
并经过公式得到风险概率系数，其中，c1、c2以及c3分别为电气元件差异值、最大异常风险系数以及风险环境系数的预设权重因子，c1、c2以及c3均为大于零的正数，c1+c2=1.4682，G为风险概率系数，并将风险概率系数G与其内部录入存储的预设风险概率区间进行比对分析：
若风险概率系数G大于预设风险概率区间中的最大值，则生成高风险信号；
若风险概率系数G位于预设风险概率区间之内，则生成中风险信号；
若风险概率系数G小于预设风险概率区间中的最小值，则生成低风险信号，并将得到的低风险信号、中风险信号以及高风险信号发送至预警单元，预警单元在接收到低风险信号、中风险信号以及高风险信号后，立即控制钻井设备上的指示灯进行对应信号的灯光调控，即低风险信号对应控制指示灯为绿灯，中风险信号对应控制指示灯为黄灯，高风险信号对应控制指示灯为红灯，工作人员可根据展示灯的灯光颜色进行处理，以保证钻井设备的正常运行；
综上所述，本发明是通过从钻井设备的线路和电气元件两个角度进行深入式分析，并通过符号的标定以及公式化的方式进行全面分析，以及通过腐蚀时长和分化差值两个维度来评判设环境数据对风险段的影响情况，分析更加的全面，且以此扩大分析维度，有助于更加精准、合理的对数据进行分析，且有助于及时的降低环境对线路的影响，提高线路的安全性，同时通过递进式分析，对风险段的位置进行锁定，进而方便对风险段的线路环境进行治理，节约治理时间，并通过交互式分析，实现对电气元件的管理和监管，提高对设备的管理力度；且通过数据结合的方式对钻井设备进行全面性的分析，有助于精准有效的判断钻井设备的故障风险概率，并通过控制指示灯的灯光颜色进行预警展会，有助于根据灯光的颜色及时作出处理，以降低钻井设备的故障概率，提高对钻井设备的运管能力。
上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置，以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.基于物联网的石油工程井场运行维护管理系统，其特征在于，包括服务器、分控管理单元、元件预处理单元、环境管控单元、风险评估单元、显示单元以及预警单元；
当服务器生成运管指令时，并发送至分控管理单元，分控管理单元在接收到运管指令后，采集钻井设备的风险数据，风险数据包括钻井设备的线路发热值和线路外表面破损值，并对风险数据进行分析，得到风险信号和正常信号，并经服务器发送至显示单元，显示单元在接收到风险信号和正常信号后，分别以文字“线路风险过高”和“线路正常”的方式进行展示；
元件预处理单元用于采集电气元件的工作电流，并对工作电流进行分析，得到告警信号和监测信号，并经服务器发送至显示单元，显示单元在接收到监测信号和告警信号后，分别以文字“元件正常”和“元件异常”进行展示；
环境管控单元用于采集环境数据，环境数据包括环境温度值、环境湿度值和线路表面色深，并对环境数据进行分析，得到管理信号和位移长度XX，并将管理信号和位移长度XX并经服务器发送至显示单元，显示单元在接收到管理信号和位移长度XX后，立即以文字“XX米线路环境管理”的方式进行展示；
风险评估单元用于对钻井设备的线路和电气元件进行整合分析，得到低风险信号、中风险信号以及高风险信号，其中的风险程度高低表示为：低风险信号小于中风险信号小于高风险信号，并将得到的低风险信号、中风险信号以及高风险信号发送至预警单元。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的石油工程井场运行维护管理系统，其特征在于，所述分控管理单元对风险数据分析过程如下：
采集到钻井设备运行中的一段时间的时长，并将其标记为时间阈值，将钻井设备的线路划分为i为子长度段，获取到时间阈值内各个子长度段的线路发热值XRi和线路外表面破损值XBi，同时获取到钻井设备的线路开始投入使用时刻到当前时刻之间的时长，并将其标记为使用时长S，并经过公式得到各个子长度段的异常风险系数，其中，a1、a2以及a3分别为线路发热值、线路外表面破损值以及使用时长的预设比例系数，a1、a2以及a3均为大于零的正数，Fi为各个子长度段的异常风险系数，以此构建异常风险系数Fi的集合A，获取到集合A中的最大子集和最小子集，并将最大子集和最小子集之间的差值标记为风险跨度值FK，并将风险跨度值FK与其内部录入存储的预设风险跨度值阈值进行比对分析：
若风险跨度值FK大于等于预设风险跨度值阈值，则生成风险信号；
若风险跨度值FK大于等于预设风险跨度值阈值，则生成正常信号。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的石油工程井场运行维护管理系统，其特征在于，所述元件预处理单元对工作电流分析过程如下：
步骤一：获取到时间阈值内钻井设备的各个电气元件的工作电流，若各个电气元件的工作电流位于预设工作电流区间之外，则生成异常信号，若各个电气元件的工作电流位于预设工作电流区间之内，则生成运行信号；
步骤二：获取到时间阈值内各个电气元件的实时温度变化特征图像，将时间阈值划分为k个子时间节点，k为大于零的自然数，从实时温度变化特征图像获取到各个子时间节点的温度值，以此获取到时间阈值内各个电气元件的平均温度值，此外获取到时间阈值内各个电气元件的预设平均温度值区间，并将平均温度值与预设平均温度值区间进行比对分析，若平均温度值位于预设平均温度值区间之内，则生成一般信号，若平均温度值位于预设平均温度值区间之外，则生成差异信号；
步骤三：交互式分析如下：
若生成异常信号和一般信号或运行信号和差异信号或运行信号和一般信号时，得到监测信号；
若生成异常信号和差异信号时，得到告警信号。
4.根据权利要求2所述的基于物联网的石油工程井场运行维护管理系统，其特征在于，所述环境管控单元环境数据分析过程如下：
获取到集合A中的最大值所对应的子长度段，并将其标记为风险段，将风险段的中点标记为圆心，将风险段的长度标记为直径，进而获取到模型圆，并将其标记为分析圆，获取到时间阈值内分析圆的环境数据，环境数据包括环境温度值、环境湿度值和线路表面色深，获取到各个子时间节点的环境温度值和环境湿度值，进而获取到时间阈值内环境平均温度和环境平均湿度，以此获取到时间阈值内环境平均温度和环境平均湿度大于预设温度值阈值和湿度值阈值所对应的总时长，并将标记为腐蚀时长FC，同时获取的时间阈值内风险段的线路表面色深，并获取到线路的预设标准表面色深，将线路表面色深与预设标准表面色深之间的差值标记为分化差值HC；
并经过公式得到风险环境系数H并将风险环境系数H与其内部录入存储的预设风险环境系数阈值进行比对分析：
若风险环境系数H大于等于预设风险环境系数阈值，则生成管理信号，当生成管理信号后，立即获取到风险段的对应配电柜，并将配电柜标记为“0”点位置，以此获取到风险段到“0”点位置之间的距离，并将其标记为位移长度XX；
若风险环境系数H小于预设风险环境系数阈值，则不生成任何信号。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的石油工程井场运行维护管理系统，其特征在于，所述风险评估单元整合分析过程如下：
立即从元件预处理单元采集异常信号所对应的电气元件的编号和差异信号所对应的电气元件的编号，分别构建异常信号所对应的电气元件编号的集合B和差异信号所对应的电气元件编号的集合C，将集合B和集合C之间的交集的个数标记为电气元件差异值DY；
从分控管理单元调取集合A中的最大子集，并标记为最大异常风险系数，标号为Fmax，从环境管控单元调取风险环境系数H；
并经公式得到风险概率系数G，并将风险概率系数G与其内部录入存储的预设风险概率区间进行比对分析：
若风险概率系数G大于预设风险概率区间中的最大值，则生成高风险信号；
若风险概率系数G位于预设风险概率区间之内，则生成中风险信号；
若风险概率系数G小于预设风险概率区间中的最小值，则生成低风险信号。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的石油工程井场运行维护管理系统，其特征在于，所述预警单元在接收到低风险信号、中风险信号以及高风险信号后，立即控制钻井设备上的指示灯进行对应信号的灯光调控，即低风险信号对应控制指示灯为绿灯，中风险信号对应控制指示灯为黄灯，高风险信号对应控制指示灯为红灯。
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