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物联网的井控装置信息管理系统分析

摘要:井控装置为预防钻井作业过程中井喷事故的发生提供了保障,但是每年的井控安全检查中都发现不合格的井控装置,其原因主要是井控装置没有严格按标准进行检维修。为解决这些问题,基于物联网技术建立井控装置信息管理系统,给每台设备安装具有唯一身份编码的电子铭牌;通过建立厂家制造模块、使用模块及检维修模块三大模块,在PC端录入井控装置核心档案记录,杜绝了数据造假,规范了检维修管理流程;利用手机APP可随时查询了解井控装置的生命周期信息,提高了井控装置在使用过程中的本质安全。

关键词:井控装置;物联网;电子铭牌;信息管理系统

目前中国石化各地区工程公司井控装置的管理模式多样化,检维修标准执行幅度不统一,管理方式差异大[1],在每年的井控安全检查中,多次出现不合标准的现象,给井控管理造成了极大的隐患,可能导致井控失控[2-4]。中国版工业4.0规划《中国制造2025》行动纲领提出要大力发展物联网技术,物联网产业是当今世界经济和科技发展的战略制高点之一[5],是新一代信息网络技术的高度集成和综合运用,是新一轮产业革命的重要方向和推动力量。它利用识别技术随时获取产品从制造、用户使用直到报废的各个阶段信息数据,形成生命周期管理。物联网技术已经在各行业领域广泛使用,也为石油工程领域发展发挥了重要作用。按照中国石化石油工程公司的要求,采取物联网+井控装置管理的模式,依据有关行业标准和技术规范,对中国石化国内井控装置管理建立统一的信息管理平台。通过建立PC端和手机APP办公平台,可方便查阅井控装置的当前及历史使用情况。通过系统数据分析,可了解设备质量情况,促使制造厂家不断改进质量。通过完善检维修流程,使井控车间检维修过程更加规范统一。钻井队可通过系统了解井控装置状态和技术数据,促进装置的合理使用。通过第三方检测机构开展I类井控装置3年期检测并录入相关记录,确保了数据的公正性和真实性,如遇到重要险情,可快速了解井控装置的状况,使领导决策有据可依。降低了井控系统不安全使用风险。

1系统设计

系统主要由电子铭牌技术、PC系统及手机APP等组成,三者相互作用构成了物联网+井控装置管理。每台井控装置上都安装有具有唯一身份编码的电子铭牌,以联结现场实物与信息管理系统。建立PC系统,在系统中录入井控装置电子档案,通过电子编码搜索查询该装置的使用情况。采用手机APP扫描电子铭牌或者直接输入查询内容随时随地了解井控装置生命周期信息。1.1电子铭牌技术电子铭牌的使用要求非常高,主要表现在:井场防爆要求高,RFID射频技术的使用受到限制;工作环境恶劣,井控装置寿命为十几年,要求电子铭牌的寿命也达到同等年限;要方便手机APP查询。综合各方面因素,电子铭牌采用二维码的形式。二维码的优点是容错能力强,在一定破损情况下依然可以读取;制作成本低,持久耐用;除了可在不锈钢铭牌上刻制二维码,加工成电子铭牌,还可在井控装置检测报告上印上二维码,方便手机APP扫描查询。电子编码的编码规则充分考虑了23大类549种典型型号井控装置,通过电子编码可知道设备的关键参数。在激光打标机的打标程序中将电子编码转换成二维码,然后将二维码及对应的明码打标刻印在不锈钢材质的电子铭牌上,再采用卡箍或氩弧焊形式将不锈钢电子铭牌固定安装在井控装置上.1.2信息管理系统信息管理系统的设计是在井控装置生命周期的基础上,依据SY/T6160—2014《防喷器检查和维修》、SY/T6270—2012《石油钻采高压管汇的使用、维护、维修与检测》等标准执行的。井控装置生命周期如图2所示,涵盖了井控装置从出厂、上井使用、检维修及报废等全生命过程。系统设计原则:①分析不同地区工程公司的管理模式,力求把井控标准贯穿到整个系统中;②流程简约流畅,使用方便,尽量减少现场的输入量,达到输入标准化,并可进行数据追溯;③考虑到实际记录数据种类多,需突出重点,检测试压报告和大事件以附件形式上传到系统中,领导、井控车间、井队希望看到的内容都能看到;④记录的关键数据可统计分析。PC端开发基于Java语言,该语言具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性[6]。在全球云计算和移动互联网的产业环境下,具备显著的优势。在网络搭建方面,考虑到制造厂家、钻井公司、井控车间、井队及第三方检测机构都参与系统数据的录入,涉及的单位部门很多,将系统服务器搭建在内网,可方便内网用户登录,对于外网用户可通过VPN账号登录。手机APP的开发基于安卓系统,通过VPN连接阿里云服务器和后台数据库,在外网环境下可直接登陆访问手机APP。APP内置二维码扫描软件,扫码快速准确。

2系统功能及特点

PC系统输入分三大功能模块,分别是厂家制造模块、使用模块及检维修模块。1)厂家制造模块:井控装置制造完成后,在发往井控车间之前,制造厂家通过外网登陆,录入井控装置基本信息,并提供相关质量文件,提交审查。资产所属单位对基本信息进行审查,审查合格后进入到基本信息库。对于已有的井控装置,由资产所属单位相关人员直接录入到基本信息库里,设备状态调整为完好。2)使用模块:钻井公司根据钻井设计录入每开与井控相关的参数,并上传井控设计和配套需求计划,井控车间根据配套需求计划,对每一开进行井控装置配套并送井交接,此时设备状态由完好变为在用。现场使用过程中,井队可对单台井控装置出现的问题进行描述,另外还需上传现场检维修单扫描件、井控装置每开开钻前和钻开油气层前的试压等报告。每开完钻后进行回收交接,井控车间回收,回收后设备状态变为待修。3)检维修模块:井控车间负责3月期、1年期及回场的检修记录数据录入以及相关检测报告上传,第三方检测机构负责3年期的检维修记录数据录入及相关检测报告上传。检维修结束后进行结果判定:如果为完好,则入完好库;如果报废,则入报废库;如果需要大修,则井控车间对大修设备进行提交并由大修厂家接收,大修结束后厂家将大修资料进行上传,经井控车间验收合格后入库,设备状态变为完好。PC系统输出可根据各地区工程公司的需要进行设计,输出表格主要有井控装置汇总统计表、送井回收交接清单、检维修汇总清单等。1)操作标准化。形成厂家库,使厂家名称统一,方便统计。2)具有提醒功能。甲单位将设备调给乙单位,系统提醒乙单位接收。井控车间将设备回收后,在流程交接点弹出警示框.3)提高工作效率。为了减少工作量,录入检维修记录时每一栏的检查情况默认为合格,有问题则对问题进行描述。4)对3年期检测年限设置预警。基本信息查询界面中,可查看最近一次3年期检测日期与当前日期的时间间距,对时间间距进行排序,时间间距最长的排在最前面,时间间距超过3年的采用红色标记警示。5)检测内容真实。检维修模块上传试压、声发射、探伤报告,并且将对应的照片上传.确保检测内容的真实性。6)具有针对性。大修时厂家可以查看最近一次的检测报告,根据检维修记录中的问题进行针对性的修复。7)查询功能强大。可以链接查询井队、井号及单台设备信息。手机APP分二维码查询、井控装置查询、井号查询及井队查询等四大查询模块。查询流程如图7所示,通过二维码查询可对电子铭牌或者证书报告上的二维码进行扫描,进而查看单台设备时间轴。通过该时间轴可展示井控装置生命周期中的关键环节信息,例如出厂信息、上井使用信息、检测信息、大修信息等。井控装置查询支持模糊搜索,可输入关键信息以缩小查询范围。通过井号和井队查询可了解某口井的信息及相应每开的配套清单。

3应用效果

该系统开发完毕后对中国石化各地区工程公司相关人员进行了多次培训,该系统已在各工程公司井控车间和井队推广运行,另外作为第三方检测机构的世纪派创石油机械检测有限公司也已经正式使用该系统,已录入I类井控装置三年期检测报告。系统在运行过程中获得了大家的好评,一致认为系统流程合理,符合现场实际,操作简洁实用,数据具有可追溯性,能实现井控装置生命周期管理。

4结论

1)基于物联网技术建立的井控装置信息管理系统,使物联网与井控装备行业融合,创造了新的井控安全环境。2)井控装置信息管理系统主要由电子铭牌技术、PC系统及手机APP等组成,给每台设备安装具有唯一身份编码的电子铭牌,在PC端录入井控装置核心档案记录,杜绝了数据造假,规范了检维修管理流程。利用手机APP可随时查询了解井控装置的生命周期信息,提高了井控装置在使用过程中的本质安全。3)厂家制造模块、使用模块及检维修模块构成了系统的核心,这三大模块的设计符合现场实际,操作简洁实用,数据具有可追溯性。

参考文献:

[1]刘润华,黄勇智,何诚.浅析提高井控安全管理的几点思考[J].中国石油和化工标准与质量,2012,32(5):208.

[2]潘婕,徐大宁.井控安全管理工作探讨[J].中国新技术新产品,2013(13):190-191.

[3]李天聪,谷同杰,宁绪南.井控装置质量可靠性应用[J].石油工业技术监督,2017,33(11):24-26.

[4]牛志东.浅析井控技术与井喷失控[J].商品与质量,2014(5):316.

[5]高常水,许正中,王忠.我国物联网技术与产业发展研究[J].中国科学基金,2012(4):205-209.

[6]欧锋,邹敏,李晓桢.Java技术框架概述[J].计算机系统应用,2012,21(8):236-239.

作者:张前 单位:中国石化石油机械股份有限公司第四机械厂计量检测中心

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