基于物聯(lián)網(wǎng)的油井智能監(jiān)測系統(tǒng)研究

王金環(huán) 薛澤輝 李春祥

摘要：本文通過分析油井的現(xiàn)狀，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的最新技術(shù)，針對油井檢測中存在的問題，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的油井智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計思路和實(shí)現(xiàn)方案。該系統(tǒng)主要研究數(shù)據(jù)分析與處理、鉆機(jī)安全監(jiān)測、測試系統(tǒng)的層次與結(jié)構(gòu)、主監(jiān)控計算機(jī)的功能、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集等內(nèi)容。該系統(tǒng)能夠有效預(yù)防潛在的安全隱患，對井場進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，有效的數(shù)據(jù)采集和分析，從而保證油井井場和人員的安全，為油井井場的發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);油井;智能監(jiān)測

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）30-0226-02

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)給人們的工作和生活帶來極大便利。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，石油行業(yè)是技術(shù)密集型、信息依賴型的行業(yè)，石油行業(yè)的信息化建設(shè)日益提升。但是，目前現(xiàn)有的油井監(jiān)管僅實(shí)現(xiàn)了本地的自動化控制，必須將分散在世界各地的油田數(shù)據(jù)匯集起來，提供給公司的專家層、領(lǐng)導(dǎo)層、技術(shù)層，才能挖掘信息的潛在價值，針對目前工程上存在的監(jiān)測與智能化控制問題，提出設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)的油井智能檢測系統(tǒng)的研究，分析油井現(xiàn)采用的技術(shù)方案，對系統(tǒng)算法和硬件組成進(jìn)行了詳細(xì)闡述，然后按要求標(biāo)準(zhǔn)對系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)測試。

2 油井檢測系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給人們的生活和工作帶來極大的便利，使一些變得更智能化，尤其是對危險設(shè)備的眾多參數(shù)進(jìn)行人工無法控制的控制。物聯(lián)網(wǎng)[1]的出現(xiàn)給人們的生活和工作帶來了極大的便利。物聯(lián)網(wǎng)[2]利用傳感技術(shù)和智能設(shè)備來感知和識別現(xiàn)實(shí)世界，并實(shí)現(xiàn)人與對象之間信息交換和無縫連接，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、計算、處理和知識挖掘，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制的目標(biāo)的物理世界，精確管理和科學(xué)決策。

2.2油井鉆機(jī)

在全球數(shù)字電控技術(shù)的基礎(chǔ)上，智能石油鉆機(jī)電控系統(tǒng)已進(jìn)入研究和技術(shù)開發(fā)階段。近年來，石油行業(yè)的競爭日趨激烈，降低開采成本，維護(hù)井場安全已成為當(dāng)務(wù)之急。因此，研究新的石油鉆機(jī)顯得尤為重要，因?yàn)槲覈壳笆褂玫你@機(jī)相對老化，控制方式滯后，導(dǎo)致鉆井周期長，鉆機(jī)損壞率高，安全隱患大。本系統(tǒng)實(shí)施可以提高油井現(xiàn)場作業(yè)的安全性，保證工作人員的安全，及時檢測機(jī)器是否有問題，具有很大的研究價值和意義。

2.3傳感器

傳感器是一種能夠感知被測信息，并將接收到的信息轉(zhuǎn)換輸出到電信號或其他需要形式的信息的測試設(shè)備，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示和記錄的需要。軟件監(jiān)控的變化數(shù)據(jù)將以曲線形式顯示。該軟件具有剖面分析、位移矢量分析、加速度分析、歷史數(shù)據(jù)查詢和分層報警系統(tǒng)?？娠@示監(jiān)控結(jié)構(gòu)圖和傳感器布置圖。軟件的存儲模塊為Oracle數(shù)據(jù)庫，可以存儲海量數(shù)據(jù)。在石油的開采和生產(chǎn)領(lǐng)域，防爆監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的房間的設(shè)計各分站油田預(yù)防和控制監(jiān)控系統(tǒng)通過纖維技術(shù)，接收視頻信號通過數(shù)字編碼的程序員減少到兩個通道的信號，一個通道用于實(shí)時監(jiān)控和收集，另一通道作為備份數(shù)據(jù)。對石油生產(chǎn)現(xiàn)場的防爆數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。

3 系統(tǒng)設(shè)計方法

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于安全工業(yè)生產(chǎn)以來，安全問題一直是工業(yè)生產(chǎn)中的一個關(guān)鍵和重要問題，因此，在自動化工業(yè)生產(chǎn)中需要增加對安全的關(guān)注。我技術(shù)很容易的位置，和全球精確定位是可行的，與此同時，傳感功能可以有效地提高生產(chǎn)的安全性，在當(dāng)前自動工業(yè)生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)和實(shí)際生產(chǎn)效率可以有效地提高企業(yè)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的合理應(yīng)用。在相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安裝使其能夠準(zhǔn)確定位，并在此基礎(chǔ)上，保證生產(chǎn)在企業(yè)各個環(huán)節(jié)的順利實(shí)施，促進(jìn)工業(yè)自動化更好的發(fā)展。該系統(tǒng)以美國公司的實(shí)驗(yàn)室窗口為開發(fā)工具，具有測量、監(jiān)控流量、溫度等功能[3，4]，在采油過程中具有集中調(diào)度和管理等功能。該系統(tǒng)的最底層是傳感器和單片機(jī)組成，項(xiàng)目工程的各個油井的控制機(jī)構(gòu)就構(gòu)成了中間層，生產(chǎn)的第三層也是由計算機(jī)和檢測軟件構(gòu)成的主監(jiān)控室，各個主監(jiān)控的作用是控制整個所有的現(xiàn)場。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的油井智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

在對傳統(tǒng)的油井鉆機(jī)智能監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將智能安全監(jiān)測系統(tǒng)引入石油鉆探機(jī)器工作系統(tǒng)中，提高工作人員發(fā)現(xiàn)機(jī)器問題，從而安全和機(jī)器的穩(wěn)定性高工作人員的，本課題研究的主要內(nèi)容包括：油井鉆機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)由底層的數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫、實(shí)例庫和經(jīng)驗(yàn)庫組成。從而安全和機(jī)器的穩(wěn)定性高工作人員的，本課題研究的主要內(nèi)容包括：油井鉆機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)由底層的數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫、實(shí)例庫和經(jīng)驗(yàn)庫組成。

4.1需求分析、數(shù)據(jù)處理

通過調(diào)研制定合理的需求分析方案，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，整個流程分為四步：數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)導(dǎo)入/預(yù)處理;數(shù)據(jù)統(tǒng)計/分析和數(shù)據(jù)挖掘。云計算油田的結(jié)果數(shù)據(jù)表，包含了：項(xiàng)目，序號，類別等信息，方便用戶對計算的統(tǒng)計。右上角展示了：用戶管理員，退出的圖標(biāo)按鈕，修改密碼的圖標(biāo)按鈕。云計算油田數(shù)據(jù)的信息折線圖，包含了：油田數(shù)據(jù)、日期，以及歷史對比數(shù)據(jù)的信息。包含了歷史油田的數(shù)據(jù)分析，方便用戶了解更多歷史數(shù)據(jù)的信息。

4.2油井鉆機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)研究方法

針對油田工程機(jī)械的工作參數(shù)檢測集成監(jiān)測與智能控制問題，不夠智能化，不夠統(tǒng)一集成管理，采用物聯(lián)網(wǎng)最新技術(shù)多傳感融合，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的油井智能監(jiān)測系統(tǒng)研究，從而有效減少生產(chǎn)中存在的安全問題，保障工業(yè)生產(chǎn)能夠順利實(shí)施，促使工業(yè)自動化得以更好地發(fā)展。該系統(tǒng)采用多層分布式系統(tǒng)，以Labwindows為開發(fā)工具，對采油過程中的流量和溫度進(jìn)行測量、監(jiān)視、通信和集中調(diào)度管理，采用三層結(jié)構(gòu)設(shè)計，實(shí)時數(shù)據(jù)采集和智能化管理功能，從而提高安全和高效工作。

4.3油井鉆機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計

油井鉆機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)是一種分布式系統(tǒng)，分為物理層、控制層和應(yīng)用層。物理層包括單片機(jī)和傳感器，現(xiàn)場的控制機(jī)器為控制層，生產(chǎn)部的控制中心有多個監(jiān)控設(shè)備，其中應(yīng)用層包括主控監(jiān)測計算機(jī)。底層的物理層主要完成溫度、濕度，以及流量等相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)的采集。多臺單片機(jī)會通過油井現(xiàn)場的總線構(gòu)成單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場工地的設(shè)備進(jìn)行通信;控制層的主要作用是完成信息數(shù)據(jù)的傳送，主要通過單片機(jī)進(jìn)數(shù)據(jù)通信，采取生產(chǎn)現(xiàn)場整個生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，并且將采集獲得的信息數(shù)據(jù)及時地輸送到油井生產(chǎn)控制中心的主計算機(jī)上，應(yīng)用層為生產(chǎn)控制中心的主監(jiān)控的計算機(jī)，這臺主監(jiān)控機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)與油井現(xiàn)場的各個單片機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，獲取生產(chǎn)現(xiàn)場的溫度和流量參數(shù)信息，并完成實(shí)時參數(shù)曲線圖的顯示、聲音報警、歷史數(shù)據(jù)的查詢等智能化功能，為現(xiàn)場管理者提供準(zhǔn)確的生產(chǎn)參數(shù)，為采取措施的管理著提供幫助。