CN219840638U - 一种钻探现场数据远程传输与处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种钻探现场数据远程传输与处理装置，包括：地下传输模块、地面传输模块和处理分析模块；地下传输模块包括近钻头传感器和数据传输单元，其中，数据传输单元包括发射天线、接收天线和孔内数据采集单元；近钻头传感器设于螺杆钻具下方的近钻头测量短节内，用于获取孔内数据；近钻头传感器与发射天线相连，发射天线与接收天线无线连接，接收天线与孔内数据采集单元相连，其中，发射天线将孔内数据通过低频无线电磁波发送至接收天线，接收天线将孔内数据发送至孔内数据采集单元；本实用新型通过方便快捷的无线通讯方式传送钻探现场数据信息，实现远程钻探工程中产生的数据传输与处理。
Description
技术领域
本实用新型涉及钻探现场数据传输技术领域，更具体的说是涉及一种钻探现场数据远程传输与处理装置。
背景技术
深地探测是地球科学的最前沿，是探索地球深部奥秘、解决人类能源、资源和生存空间问题的必由之路。一般钻探工程的施工现场多位于野外，工作地点偏远。在钻探过程领域中，钻探信息内容涵盖范围广、数据量庞大，将所采集到的数据通过有线通讯技术容易因钻探施工地点受到地域限制，存在布线困难的情况，对有线网络有着极强的制约力。如果要实现远程的数据传输必须依赖于电缆线，开挖电缆沟等布置现场会耗费大量成本。
因此，如何提供一种基于无线通讯技术的钻探现场数据远程传输与处理装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种钻探现场数据远程传输与处理装置，其目的在于通过方便快捷的无线通讯方式传送钻探现场数据信息，实现远程钻探工程中产生的海量数据传输与处理，允许工程人员通过监控设备远程动态了解钻探现场整个进程，对钻探信息实时采集处理分析，提供远程技术支持，并根据钻探过程中的异常发出警报，提醒操作人员及时排查故障，解决问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种钻探现场数据远程传输与处理装置，包括：地下传输模块、地面传输模块和处理分析模块；
所述地下传输模块包括近钻头传感器和数据传输单元，其中，所述数据传输单元包括发射天线、接收天线和孔内数据采集单元；
所述近钻头传感器设于螺杆钻具下方的近钻头测量短节内，用于获取孔内数据；
所述近钻头传感器与所述发射天线相连，所述发射天线与所述接收天线无线连接，所述接收天线与所述孔内数据采集单元相连，其中，所述发射天线将所述孔内数据通过低频无线电磁波发送至所述接收天线，所述接收天线将所述孔内数据发送至所述孔内数据采集单元；
所述地面传输模块包括上位机Ⅰ和无线传输组件，所述孔内数据采集单元和所述上位机Ⅰ无线连接，所述上位机Ⅰ和所述无线传输组件相连，所述孔内数据采集单元通过低频无线电磁波将数据上传至所述上位机Ⅰ；所述上位机Ⅰ通过所述无线传输组件将将所述孔内数据打包整合后发送至所述处理分析模块完成数据处理。
优选的，所述数据传输单元还包括信号调制器和信号解调器；
所述信号调制器分别与所述近钻头传感器和所述发射天线相连，用于将所述近钻头传感器所采集到的所述孔内数据由数字信号转换为电磁信号，再通过所述发射天线发射转换后的信号至所述接收天线；
所述信号解调器分别与所述接收天线和所述孔内数据采集单元相连，用于对所述接收天线接收到的电磁信号进行解调，再通过所述孔内数据采集单元发送至所述处理分析模块。
优选的，所述接收天线和所述信号解调器之间还设置有滤波器。
优选的，所述地下传输模块还包括：钻井液性能参数采集单元；
所述钻井液性能参数采集单元中包括管道和U型振动管，各个管道之间通过U型振动管进行连接，管道上依次安装有过筛网、消气器、固相含量测定仪、旋转粘度计、PH计和流量计，所述流量计连接有变送器；
所述过筛网用于过滤进入管道的钻井液，所述消气器用于避免夹气，所述固相含量测定仪用来分离和测定钻井液中水和固相体积，所述旋转粘度计和所述PH计分别用来测定钻井液粘度与PH值，所述流量计用于收集钻井液的密度、流量和温度信号；所述变送器将所述流量计收集到的数据上传至所述上位机Ⅰ。
优选的，所述无线传输组件包括微控制芯片MCU、Zigbee单元、协调器、路由节点和本地服务器；
所述微控制芯片MCU与所述上位机Ⅰ通过串口连接，用于获取所述上位机Ⅰ所采集到的数据发送至所述Zigbee单元，并控制所述Zigbee单元收发数据；
所述Zigbee单元与所述协调器相连，所述路由节点与本地服务器所述相连，所述Zigbee单元接收数据，并根据所述微控制芯片MCU的指令请求加入对应的所述路由节点，所述协调器允许所述Zigbee单元加入所述路由节点后，将采集到的数据转发至所述本地服务器；
所述本地服务器与所述分析处理模块通过网络连接，用于保存所采集到的数据。
优选的，所述处理分析模块设置于上位机Ⅱ中，用于通过所述无线传输组件获取所述地下传输模块所获取到的所述孔内数据进行分析处理，根据所述孔内数据与预设阈值对比获取工程运行状态，若出现异常，则根据异常状况进行事故预警。
优选的，还包括无线监控终端设备，所述无线监控终端设备通过所述无线传输组件与所述处理分析模块相连。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种钻探现场数据远程传输与处理装置：
(1)考虑到钻探现场工作环境，从地下到地面整个过程减少人工干预，采用数据无线传输模式，减少电缆的布线问题。考虑到地下信号传输的损耗，采用发射天线和接收天线实现穿透能力强的低频电磁波无线传输。
(2)装置同时具备预警功能，对所采集到的数据打包整合进行数据解析，并将复杂钻探施工过程中出现的事故问题及时反馈给操作人员。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的一种钻探现场数据远程传输与处理装置结构示意图；
图2为本实用新型提供的一种钻探现场数据远程传输与处理装置地下传输单元示意图；
图3为本实用新型提供的一种钻探现场数据远程传输与处理装置钻井液性能参数采集单元示意图；
图4为本实用新型提供的一种钻探现场数据远程传输与处理装置地面传输单元示意图；
其中，1-螺杆钻具；2-近钻头传感器；3-信号调制器；4-发射天线；5-接收天线；6-滤波器；7-信号解调器；8-路由节点；9-电源；10-协调器；11-微控制芯片MCU；12-Zigbee单元；13-本地服务器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例公开了一种钻探现场数据远程传输与处理装置，如图1所示，包括：地下传输模块、地面传输模块和处理分析模块；
地下传输模块包括近钻头传感器2和数据传输单元，其中，数据传输单元包括发射天线4、接收天线5和孔内数据采集单元；
近钻头传感器2设于螺杆钻具1下方的近钻头测量短节内，用于获取孔内数据；
近钻头传感器2与发射天线4相连，发射天线4与接收天线5无线连接，接收天线5与孔内数据采集单元相连，其中，发射天线4将孔内数据通过低频无线电磁波发送至接收天线5，接收天线5将孔内数据发送至孔内数据采集单元；
地面传输模块包括上位机Ⅰ和无线传输组件，孔内数据采集单元和上位机Ⅰ无线连接，上位机Ⅰ和无线传输组件相连，孔内数据采集单元通过低频无线电磁波将数据上传至上位机Ⅰ；上位机Ⅰ通过无线传输组件将将孔内数据打包整合后发送至处理分析模块完成数据处理。
为了进一步实施上述技术方案，数据传输单元还包括信号调制器3和信号解调器7；
信号调制器3分别与近钻头传感器2和发射天线4相连，用于将近钻头传感器2所采集到的孔内数据由数字信号转换为电磁信号，再通过发射天线4发射转换后的信号至接收天线5；
信号解调器7分别与接收天线5和孔内数据采集单元相连，用于对接收天线5接收到的电磁信号进行解调，再通过孔内数据采集单元发送至处理分析模块。
为了进一步实施上述技术方案，接收天线5和信号解调器7之间还设置有滤波器6。
本实施例中地下传输单元的结构示意图如图2所示。
为了进一步实施上述技术方案，地下传输模块还包括：钻井液性能参数采集单元，如图3所示；
钻井液性能参数采集单元中包括管道和U型振动管，各个管道之间通过U型振动管进行连接，管道上依次安装有过筛网、消气器、固相含量测定仪、旋转粘度计、PH计和流量计，流量计连接有变送器；
过筛网用于过滤进入管道的钻井液，消气器用于避免夹气，固相含量测定仪用来分离和测定钻井液中水和固相体积，旋转粘度计和PH计分别用来测定钻井液粘度与PH值，流量计用于收集钻井液的密度、流量和温度信号；变送器将流量计收集到的数据上传至所述上位机Ⅰ。
为了进一步实施上述技术方案，无线传输组件包括微控制芯片MCU11、Zigbee单元12、协调器10、路由节点8和本地服务器13；
微控制芯片MCU11与上位机Ⅰ通过串口连接，用于获取上位机Ⅰ所采集到的数据发送至Zigbee单元12，并控制Zigbee单元12收发数据；
Zigbee单元12与协调器10相连，路由节点8与本地服务器13相连，Zigbee单元12接收数据，并根据微控制芯片MCU11的指令请求加入对应的路由节点8，协调器10允许Zigbee单元12加入路由节点8后，将采集到的数据转发至本地服务器13；
本地服务器13与分析处理模块通过网络连接，用于保存所采集到的数据。
需要说明的是：
地面传输单元如图4所示，选取基于IEEE802.15.4标准的低功耗的Zigbee无线通信，选取低功耗的Zigbee，采用Zigbee自组网，接通电源9模块对Zigbee单元12持续供电。微控制芯片MCU11通过片内通信和Zigbee单元12进行内部通信，Zigbee把数据上传到微控制芯片MCU11后，微控制芯片MCU11和上位机实现串口通讯进行数据上传。
根据钻探现场的需求，地面传输采用低功耗的Zigbee，它组网灵活，无线传输系统可扩展性好，网络管理人员可以迅速将新的监控点加入到现有网络中，不需要为新建传输铺设网络、增加设备。
为了进一步实施上述技术方案，处理分析模块设置于上位机Ⅱ中，用于通过无线传输组件获取地下传输模块所获取到的孔内数据进行分析处理，根据孔内数据与预设阈值对比获取工程运行状态，若出现异常，则根据异常状况进行事故预警。
为了进一步实施上述技术方案，还包括无线监控终端设备，无线监控终端设备通过无线传输组件与处理分析模块相连。
在本实施例中，处理分析单元对经过Zigbee无线网络传输的所有数据进行整合分析处理，划分风险区间，进行综合评判，当数据超出预定范围，启动现场报警器，采用智能算法预测事故发生的类型。利用神经网络算法不断的去训练的正常历史数据集，建立合适的模型。编写事故监测预警算法，输入的是钻探过程中采集到的数据，输出的是工程的运行状态，包括正常运行状态和故障类型。当出现卡钻、井塌、井溢等事故，现场报警，进入事故模型预警阶段，提醒现场工作人员及时查看，避免造成材料的浪费。同一时间会将异常数据通过无线通信的方式远程发送至监控终端。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种钻探现场数据远程传输与处理装置，其特征在于，包括：地下传输模块、地面传输模块和处理分析模块；
所述地下传输模块包括近钻头传感器和数据传输单元，其中，所述数据传输单元包括发射天线、接收天线和孔内数据采集单元；
所述近钻头传感器设于螺杆钻具下方的近钻头测量短节内，用于获取孔内数据；
所述近钻头传感器与所述发射天线相连，所述发射天线与所述接收天线无线连接，所述接收天线与所述孔内数据采集单元相连，其中，所述发射天线将所述孔内数据通过低频无线电磁波发送至所述接收天线，所述接收天线将所述孔内数据发送至所述孔内数据采集单元；
所述地面传输模块包括上位机Ⅰ和无线传输组件，所述孔内数据采集单元和所述上位机Ⅰ无线连接，所述上位机Ⅰ和所述无线传输组件相连，所述孔内数据采集单元通过低频无线电磁波将数据上传至所述上位机Ⅰ；所述上位机Ⅰ通过所述无线传输组件将所述孔内数据打包整合后发送至所述处理分析模块完成数据处理。
2.根据权利要求1所述的一种钻探现场数据远程传输与处理装置，其特征在于，所述数据传输单元还包括信号调制器和信号解调器；
所述信号调制器分别与所述近钻头传感器和所述发射天线相连，用于将所述近钻头传感器所采集到的所述孔内数据由数字信号转换为电磁信号，再通过所述发射天线发射转换后的信号至所述接收天线；
所述信号解调器分别与所述接收天线和所述孔内数据采集单元相连，用于对所述接收天线接收到的电磁信号进行解调，再通过所述孔内数据采集单元发送至所述处理分析模块。
3.根据权利要求2所述的一种钻探现场数据远程传输与处理装置，其特征在于，所述接收天线和所述信号解调器之间还设置有滤波器。
4.根据权利要求1所述的一种钻探现场数据远程传输与处理装置，其特征在于，所述地下传输模块还包括：钻井液性能参数采集单元；
所述钻井液性能参数采集单元中包括管道和U型振动管，各个管道之间通过U型振动管进行连接，管道上依次安装有过筛网、消气器、固相含量测定仪、旋转粘度计、PH计和流量计，所述流量计连接有变送器；
所述过筛网用于过滤进入管道的钻井液，所述消气器用于避免夹气，所述固相含量测定仪用来分离和测定钻井液中水和固相体积，所述旋转粘度计和所述PH计分别用来测定钻井液粘度与PH值，所述流量计用于收集钻井液的密度、流量和温度信号；所述变送器将所述流量计收集到的数据上传至所述上位机Ⅰ。
5.根据权利要求1所述的一种钻探现场数据远程传输与处理装置，其特征在于，所述无线传输组件包括微控制芯片MCU、Zigbee单元、协调器、路由节点和本地服务器；
所述微控制芯片MCU与所述上位机Ⅰ通过串口连接，用于获取所述上位机Ⅰ所采集到的数据发送至所述Zigbee单元，并控制所述Zigbee单元收发数据；
所述Zigbee单元与所述协调器相连，所述路由节点与本地服务器所述相连，所述Zigbee单元接收数据，并根据所述微控制芯片MCU的指令请求加入对应的所述路由节点，所述协调器允许所述Zigbee单元加入所述路由节点后，将采集到的数据转发至所述本地服务器；
所述本地服务器与所述处理分析模块通过网络连接，用于保存所采集到的数据。
6.根据权利要求1所述的一种钻探现场数据远程传输与处理装置，其特征在于，所述处理分析模块设置于上位机Ⅱ中，用于通过所述无线传输组件获取所述地下传输模块所获取到的所述孔内数据进行分析处理，根据所述孔内数据与预设阈值对比获取工程运行状态，若出现异常，则根据异常状况进行事故预警。
7.根据权利要求1所述的一种钻探现场数据远程传输与处理装置，其特征在于，还包括无线监控终端设备，所述无线监控终端设备通过所述无线传输组件与所述处理分析模块相连。
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