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1、物联网技术在海洋钻井平台数字化中的应用 The application of the internet of things in offshore drilling platform digitization 张跃1彭吉友2刘新华2 Zhang yue1 Peng Jiyou2 Liu Xinhua2（1.中石化胜利石油工程有限公司,东营 257000；2.胜利油田胜利软件有限责任公司，东营，257000）（1.Sinopec Sheng li Petroleum Engineering Co.Ltd.Dongying,257000,China；2.Shengli Oilfield Victo
2、ry Soft Co.Ltd.Dongying,257000,China）摘要：结合公司钻井平台数字化规划，引入物联网技术，我们在人员、设备、物资管理方面做了系统的研究。本文可以作为物联网与海洋钻井相结合的参考。关键词：海洋钻井；物联网；人员定位；电子巡检；钻具标签.Abstract:Combining the layout of offshore drilling platform digitization and calling in the internet of things,we do a systematic research in aspects of equipment,mat
3、erial and person.The original provides consultation for combining the internet of things with offshore drilling.Keyword:Offshore drilling;The internet of things；Locating people；Electronic Patrol；drillstring tally.作者简介：张跃（1965-）山东东营人，毕业于中国地质大学信息工程专业，高级工程师，在胜利油田海洋钻井总公司从事海洋钻井信息化等工作，先后负责并组织实施了钻井平台应力监测等一
4、系列平台信息化改造研究项目，研究方向：海洋钻井信息化、数字化。联系电话：0546-8739178。1、概述 在海洋钻井平台数字化中心建设过程中，公司充分利用物联网技术和网络通讯手段，建立了公司和平台两级应用的数字化监控中心，实现钻井平台数字化。物联网，顾名思义就是“物物相连的互联网”，它是通过射频识别(REID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。结合公司海洋钻井业务实际需求，物联网技术主要应用与资源管理部分，通过对海洋钻井平台资源信息的收集完善，采用设备、人员、
5、物资体系，实现人员物资统一调配，设备统一管理，最终实现平台实时资源数据的远程传输和监控。资源管理部分主要包括人员定位系统、设备巡检系统及钻具电子巡检系统。2、人员定位系统 人员定位系统基于射频技术 RFID，由有源射频卡、固定读卡器、中继器、控制器、人员定位管理系统构成，能够及时、准确的将平台各个区域人员情况动态反映到计算机系统，使管理人员能够随时掌握人员的总数及分布状况。在平台的钻台区域、泥浆泵房、泥浆区、主甲板、上甲板、滤波补偿房、柴油发电机区域、油水处理区、机加工区、杂物区、生活区一层、二层、三层、四层等处设置了 RFID 读卡器，可识别人员流动及具体位置。设备名称 设备功能 备注 RF
6、ID 标识卡管理计算机 含数据采集系统,数据中间件,显示系统控制,远程网络传输等；必选1 台 RFID 标签 识别特定目标并读写相关数据；必选 105 个 RFID 读卡器 超高频读卡器,距离为 3 至 10 米；必选固定式36套 RFID 发卡设备 用于写入信息到标签的设备；必选 1 套 RFID 天线 增强读卡功率,多角度识别,提高读取速度；可选 16 套 公司给每个钻井现场员工都配备了 RFID 标示卡，对于临时登船人员也备有总数为 30 的读写式标示卡。员工标示卡上配有人员彩色相片，以免出现佩戴错误以及替工现象。直升机甲板区域人员定位示意图 上甲板区域人员定位示意图 生活区人员定位示意
7、图 2.1 系统功能 二维及三维模式实时显示人员位置和流动轨迹，能够对指定人员进行追踪显示其运动轨迹，能够突出显示、高亮显示；超时报警、超员报警、进入限制区域报警、进入重点或特殊工作区域人员超员或超时报警，人员总数减少时（如员工意外落水）立即报警。能够设置范围报警，并以三维化的形式在画面上直接进行报警，迅速定位；按岗位、区域、时间、人员等分类查询，输入搜索条件后，能迅速进行三维人员定位；能根据特定需要，对特定人员插上标签（标签内容可定制），可闪烁任意颜色显示；展示人员上平台累计时间，能够显示是否有超期，并能够查询出入重点区域、特殊工作区及限制区域的人员总数、时刻、累计时间等；对用户信息进行管理
8、。同时根据记录出入信息作为考勤管理。2.2 系统特点 通行方式无限制：对被测人员经过检测点的通行方式没有限制，允许多人同时通过检测点，不影响平台人员的正常通行和正常作业；结构简单，配置灵活：可根据具体需要及投资情况灵活设置平台无线数据监测站。监测站设置得越多，则划分的人员定位区域越多，人员定位的空间范围越准确；一站多点：每个无线接收站(读卡器)可连接 2-8 个无线接收头，可满足复杂区域的安装要求，减少投入，增加系统可靠性；系统自维护：系统可实时监测在用无线编码发射器的供电情况，无线接收器的通信情况及数据监测站的供电状态；安装简便：RFID 设计实用、轻便，易于携带，和工服结合在一起，不额外增
9、加携带人员的负担，能有效防止一人携带多卡的情况发生；系统具有标准、开放、透明的数据库，提供系统数据库的源代码和接口数据的格式，能按照海洋钻井数字化系统规定的通信协议上传数据，便于后续的集成整合。2.3 技术指标 最大可读位移速度 9.4m/s；系统可以识别多个同时进入识别区域的识别卡，并发识别数量 17；漏读率小于万分之一，误码率不大于 10-8；识别卡与分站之间的有效无线传输距离大于 20m。3、钻具管理系统 钻具管理系统涵盖钻具的采购、出入库、物流、钻井现场、检测分级、报废等各环节，结合综合录井资料(如钻压、转速、扭矩、钻速、泵冲、钻井液参数等)和钻具检测分级评价资料，通过流体力学及管柱力
10、学分析，补充完善钻具磨扭数据，最终开发完整的钻具跟踪评价手段，如钻具新度指标、寿命预测、经济性评价、疲劳预警分析等，为钻井平台生产和物资采购部门决策提供有效依据。3.1 数据监测内容 钻具主要信息包括：编号、外径（英寸）、长度（米）、钢级、生产厂家、生产日期、累计下井（小时）、当前状态（下井、维修、报废、待检测、未下井）、检测分级（一、二、三级）、下井时间（年月日时分，2012.01.26 13:24）、新度（小数，01，新钻杆为 1）、维护记录（word 文档格式），加厚样式、扣型、购置日期、涂层（有、无）、供应商、价格、壁厚等。结合井眼轨迹、钻压、转速、扭矩、地层岩性、钻井液成分、泵冲、泵
11、压、泥浆参数，固控数据及钻具组合等数据，实时计算纵向震动、横向震动，轴向摩擦力、碰撞点、钻柱扭矩、钻柱内外压力、钻柱内压耗、环空压耗、钻柱轴向力钻柱侧向力，井眼内液柱压力、环空钻井液返速。3.2 井下钻具展示模块 为钻具实时分布。包括钻铤、钻杆，为三维图形拼装。当鼠标在某一具体钻杆处停留时，即显示此钻杆的信息：新度、累积下井，检测分级等。3.3 系统要求 芯片应采用圆片式被动只读型芯片，防止任何外界干扰改写数据。同时芯片防护材料需要能够抗磨、抗震、防岩屑冲蚀、防水防油、防腐蚀；为防止钻井时钻柱自转、公转(涡动)、纵向振动、扭转振动、横向振动1、拉压和弯曲等复杂工况可能造成的芯片脱落事故，采用垂
12、直打孔安装技术，芯片植入高度低于API 标准要求的钻具最大磨损外径2；植入的芯片被封闭于安装盒内与外界隔离，并用自锁式挡圈可靠锁紧芯片，确保芯片可靠植入钻具内；跟踪钻具检修信息，记录钻具探伤情况，并自动提示探伤钻具，减少因误下入损伤钻具而引起的断钻具、刺漏等钻井事故的发生；钻具下井时，自动记录钻具下井时间、下井顺序；起钻时，记录其起钻时间；并统计钻具的总下井时间、实际工作时间。4、电子巡检系统 当前海洋钻井平台设备巡检主要有现场人员的定期巡查和上级督查部门的不定期抽查两种方式。巡检人员以往是用纸制的记录本对设备的参数进行记录。在实际工作中发现这种方式即很难核实巡检时间，又很容易让某些现场人员放
13、松警觉，很可能因为一个小的操作失误就有可能导致灾难性的后果。电子巡检系统以设备监测为中心，按照预先制定的技术标准，定人、定点、定期、定方法、定标准地对设备进行检查改变了传统以人员到位管理为中心的模式，保留了对巡视人员巡检到位情况进行监督的功能，可以很方便的检查漏检情况，提高设备巡视工作水平、设备运行状况的监测水平。电子巡检系统包括：巡检点、数据采集器、红外通讯座、远程通讯座（可选）、管理软件（网络版、互联巡检版）等主要部分。巡检人员在巡查开始时首先选择数据采集器中巡检人员姓名，即先确定巡检人员身份，然后开始一条线路的设备点检，读取巡检点后数据采集器屏幕显示该地点的巡检项目内容。巡检人员按提示输
14、入该地点的现场状况信息。所有项目输入完毕后，采集器保存记录（设备名称、读卡时间、卡号及巡检项目等）。4.1 采集信息 巡检的设备：钻井设备、钻井辅助设备（井控设备、固控设备、固井设备）、动力设备、辅助泵、液压升降装置、油水处理装置、甲板机械设备等。设备基础信息：设备型号、生产厂家，出厂时间、使用年限、设备参数、保质期限等。设备档案：档案录入、设备台帐。设备变动：设备调拨、设备调拨审核、设备报废、设备报废审核。设备运行：设备检修记录、检修记录确认、设备事故记录、事故记录审核、设备隐患记录、设备隐患处理、设备故障记录、设备故障处理，设备运行状态。设备类别设置、设备状态设置、设备项目设置、备品备件档
15、案设置，设备的添加、修改、删除等。4.2 功能设计 重点设备辅以三维模型展示，使用户获得更直观的体验；巡检过程中可本机查询全部被检设备、任务列表、已巡检项目记录、下一个巡检地点；出现点检项目不符合规定要求时，可实时自动生成故障单，并发出报警，使维修人员能及时到现场查看设备情况，避免故障信息流转不及时、丢失等问题；维修设备时，此设备的历史维修记录可及时获取并显示，辅助故障判断及维修；巡检员巡视设备时，如果设备当前的监测数据超过规定的上下限，系统自动立刻报警。另外，系统也可以根据巡视的结果自动判断设备是否出现异常或缺陷；用户可以在地图时进行选取、拖拉、提取等操作，可以进行巡视路线的设置，如需更改巡
16、视路线，只需对原路线进行拖拽操作即可实现；通过设备巡检系统，可以实现有计划、有审核、有内容、有结果、有核查的巡检流程化管理，避免原来纸记、手抄的繁琐过程，避免点检人员不到现场、不确定具体点检时间、点检疏漏等问题。5、总结 在物联网使用过程中，从 RFID 标签读写到数据传输格式、编码标准都建立了统一的标准体系，有利于平台数字化更深层次的应用。但物联网应用尚在探索阶段，问题与挑战仍然不少，标准体系上不够健全，仍需在后续建设中逐步完善。1 李子丰 油气管柱力学及应用，石油工业出版社 2008 12 2 王运美 李琛 马建民 基于RFID技术开发的油田钻具数字化管理系统 石油矿场机械 2007(07)