钻井井口井控设备无线远程监控云智能系统设计

在钻井作业中，钻井设备的运行状态对钻井的稳定性和安全性有重要的影响，因此在实践中需要对钻井设备的状态进行监控，在第一时间了解设备的故障状况，及时的进行干预，可以有效的防止设备故障，从而确保其功能完好，达到控制井控险情的目的。以往设备运行状态无法实现远程准确检测和控制，因此在钻井过程中，多数情况下设备的运行需要依靠丰富的经验来做调整[1]。为了更加准确的了解防喷器压力、温度信息，远程控制台的各手柄的开关位置，液压油量，各压力情况，基于可编程控制系统以及网络通信技术进行井控设备无线远程集中监控，并基于监测系统实现设备运行的数据获取，从而实现远程监控，通过对这些数据的分析，主要实现日常故障监控和为抢险过程中的决策提供依据。

1井控装置电子身份信息与读取设备的研究

井控装置要通过电子身份信息进行远程的识别，就需要电子芯片来完成，还需要能识别电子芯片的设备，通过这一系列的身份信息的书写、存储、读取识别，就能都实现井控设备的电子身份快速识别功能了。1）电子芯片的选型与研究。目标要使井控设备具备身份唯一性和数字化管理特性，电子芯片要具备耐用性，在复杂的环境中，要控制其故障率。首先电子芯片要能经受现场的高温及低温环境，长时间工作不损坏，井控设备在现场的工作条件比较恶劣，低温，高温都有，环境温度跨度较大，冬天零下几十度，夏天时40多度甚至更高；其次电子芯片要能经受现场的震动大的考验，钻井现场经常性的会有钻杆柱，钻铤柱以及钻机的震动，动辄几十吨重的设备震动，电子芯片要能经受住震动的考验不损坏，且稳定的传输信号；最后电子芯片要能经受现场的腐蚀，钻井现场油水泥浆甚至是其他化学药剂的腐蚀和锈蚀很常见，起下钻或者工况的泥浆经常性的喷洒在井控设备上，其他液体也不可避免的要接触到井控设备，电子芯片要能承受这些腐蚀而不损坏，或者要有很好的保护，不被这些环境中的腐蚀物损坏。2）信息读写设备的选型与研究，开发手机APP或电子标签扫描枪来实现对装备入库、出库、维修等信息的写入和读取，能够方便的进行存储和读写，方便实现各种查阅的用途。3）定位模块的设计。研究BDS或GPS定位模块，实现对在井井控设备进行精确定位，在手机APP，电脑等终端可以方便的对设备进行定位，采取一套设备一定位的办法，所谓的一套是指在某个钻井队使用的防喷器、远程控制台、节流管汇、压井管汇所有设备组成的一个组合，是可以随着设备的回厂检修、调换等变化的组合，在后台进行维护，在终端进行显示。

2防喷器与远程控制台运行数据采集系统的研究

要传输信息，就必须先对防喷器及远程控制台的数据采集，对采集后的信息实现传输和查看使用，那就需要数据采集模块，分别是防喷器的数据采集模块和远程控制台的数据采集模块。1）防喷器数据采集模块的研制。要采集防喷器的温度及压力信息，就需要研究防喷器的数据采集模块。通过在防喷器内置传感器，实时对防喷器承压、温度等信息进行记录与传输，传感器的设置要符合钻井现场的防喷器设计，一般从最底部的闸板防喷器进行数据采集，采集通过防喷器的侧法兰安装传感器，这样可以测量到所有的数据，即便关井后，也可以检测，其次现场的环境会发生可燃气体或者流体的泄露，必须是防爆的传感器，通过有线的方式传输到距离最近的节流管汇处进行收集，再传输出去。2）远程控制台数据采集系统的研究。通过给远程控制台的三位四通手柄安装压力传感器，通过压力数值，就可以判断是开启管路或者是关闭管路存在高压油，高压油通过管线到达防喷器的开启和关闭腔，推动活塞达到开井和关井，因此压力是判断开关的主要信号，这种情况适用于一般正常情况，也就是默认的防喷器的油缸没有问题，可以实现关闭和开启，没有卡阻，没有冻堵，液控管线通常无渗漏，否则液压油取向没有进行规定，会出现已经发出关闭和开启指令，防喷器因为种种原因没有执行指令，这种特殊情况需要进行维护，达到一般正常情况后进行记录和传输。同样的道理，可以通过传感器了解环形压力、管汇压力、储能器压力、电压、气压、油量情况，通过传感器的合理配置，实时对远控台压力、油量以及各控制手柄工位等信息进行记录。

3数据远程无线传输与储存系统研究

通过无线传输可以实现在后台进行现场的数据查看，最终了解钻井现场的设备状况，需要在钻井现场与服务器云平台进行网络连接，方便时时查看。1）研究数据远程传输模块。通过研究数据远程传输模块可实现钻井现场的防喷器压力、温度信息，远程控制台压力、油量等关键信息的采集后进行传输，传输给Internet，为了数据安全，必要的防火墙设置非常必要。2）选用SIM卡或WIFI热点接入。在钻井现场需要有手机信号，或者网络WIFI热点，才能确保信息传递，为稳定与安全将这些信息传输到服务器云平台，现场的信号必须稳定。3）偏僻地区的信号选择问题。有许多钻井施工现场处于荒无人烟的戈壁、沙漠、无人区等，没有稳定的Internet，更没有稳定的WIFI热点，这样就不方便进行信号的远程传输，可以选择以下两个方案，其一是直接使用卫星信号，因为是短时间内使用价格方面会比较贵，需要反复的进行沟通，因为费用的问题，会影响使用，不是很方便，其二钻井队的通讯使用的是卫星信号，由钻井甲方或者钻井公司为提供，信号比较稳定，可以在业务提供方面谈判好，预留好接口，直接使用钻井队的卫星信号，既经济又实用。

4数终端智能监控与指挥运行系统的研究

研究终端控制与显示系统，对现场井控装备的定位、基础信息、状态情况、运行信息、历史数据进行实时显示，辅助监控人员和指挥人员进行指导和决策。1）设备端，也就是云智能监控主机，可以安装液晶显示屏幕，在会议室或者监控室进行监控。2）PC端，可以通过互联网进行访问，查看设备的工况，压力信息等。3）手机APP，根据需要设置访问权限，通过手机APP时时查看现场设备工况，压力信息等。4）大屏展示，既可以展示设备的信息，设备的状态及各种压力，也可以在需要的时候通过摄像头与监控后台连接，对现场的作业进行指导和查看。

结束语：

综上所述，基于BDS/GPRS 技术、移动互联网、物联网和云平台等技术的研究，实现对成套井控装置的地理定位、实时运行数据监控、历史数据查询、远程指导维修和操控等信息一体化功能，达到提高装备可靠性和管理效率的目的，如果发生了较大的井喷事故，可以为处理井喷事故提供身临其境的画面及技术参数，方便进行指挥抢险作业，及时的控制住井控险情，在保护环境方面和防止此生灾害方面起到积极的作用。