一、项目背景

石油开采的现代化管理和安全生产是石油行业举足轻重的大事。在安全方面，钻井工作是相对危险的工作。虽然国家针对石油的安全开采进行了较大力度的整治，但形势仍然比较严峻，尤其近几年发生了很多重大安全事故，给国家、社会带来了巨大的损失，增加了社会的不稳定因素。在油田钻井过程中事故的发生也屡见不鲜。油田钻井需要很高的技术和精度，在钻井的过程中可能遇到很多意想不到的问题，如果处理不及时都会造成严重的后果或不必要的损失。

在同一个行业，尽管目前的计算机技术和电子技术的发展水平都比较快，但各个企业之间的现代化水平的差异还十分大。近几年，在一些大型的钻井公司，运用计算机的水平不仅体现在办公室的管理上，而且深入到生产的各个环节，但是由于石油企业的特点，厂区覆盖范围都很大，并且钻井设备大量分布在野外或海上，维护管理费时费力。作为安全第一的石油生产企业，各种可能导致安全生产隐患的各个环节在可能的条件下都应该采用先进的计算机监控系统。

为了能很好的掌握钻井的工作状态，降低生产成本，保障人身安全，高效的完成钻井工作，迄今为止，国内外各大石油集团对油田钻井工作状态的实时监测问题进行着不断的探索和改进，但仍存在着或多或少的问题。对于钻井队来说，钻完一口油井后可能接着转入下一口井的钻井任务，势必会拆卸安装钻井装置以及监控仪器，另外监测室（工程指挥部）离钻井塔台总是间隔一定的距离，现场布线很不方便，仪器拆装移动比较频繁，系统有线传输的弊端就暴露无遗。

多年来，钻井工作者一直致力于钻井仪表研究、改善与提高，目的是提高钻井过程中各项参数的指示与记录的准确程度。随着钻井技术的不断发展，各种指示与记录仪表相继问世。如以前使用过的六道参数仪、八道参数仪、其他形式的钻井参数仪，还有液面报警器等单项的参数记录仪。这些仪器仪表，有的因为防震、防水、防冻等耐用性能差，经常损坏，不能适应钻井队较恶劣的使用环境；记录仪表本身性能不能很好地反映钻井现场的需要，需人工观察，手工记录，有的只能报警，不能记录，并且记录的数据只能靠人工来分析，而过去和现在使用的参数仪从传感器到计算机的传输都是有线传输，在现场使用过程中，都不能很好地满足钻井现场使用环境和记录的要求。

二、项目简介

针对目前油田钻井参数监测的现状及其存在的主要问题和目前油田钻井参数记录仪器仪表的相对落后的现状，为了避免现有的钻井参数仪所采用的有线数据传输的方式导致的系统可移动性差、系统扩充性能差和系统布置线缆繁琐、施工周期长等缺点，开发出了适应钻井队现场工作环境和目前钻机类型的基于无线通信的钻井网络参数监测系统。本系统采用了无线数据传输模块构成无线网络传输系统，在钻井过程中，可以做到，实时采集、记录与钻井过程有关的各项参数，无线传输，计算机分析处理等。使得现场仪器的拆卸、安装和移动比较方便，提高了钻井现场参数采集、记录与分析的准确性、可靠性，使钻井参数仪器仪表更具实用性。参数的检测采用了数字滤波算法，在系统抗干扰分析方面，对现场可能出现的干扰问题进行了较为全面的分析并给出了有效可行的抗干扰措施。本系统的设计完成可以极大地提高油田钻井工作的管理效率，降低管理人员的工作量，减少油田安全事故的发生，是现代化石油集团完善管理的有效选择，具有一定的实用性和社会推广价值。

基于无线通信的钻井网络参数监测系统的研制开发，是针对现有的钻井参数仪的有线传输的方式，在现场使用中存在的诸多不便，以及油田目前钻井参数记录仪器仪表的相对落后的现状所进行的。通过研究，开发出了适应钻井队现场工作环境和目前钻机类型的无线智能参数监测系统。在钻井过程中，可以做到智能采集、实时记录，无线传输，计算机分析与打印。从而提高了钻井现场参数采集、记录与分析的准确性、可靠性，使钻井参数仪器仪表更具实用性。

本系统设计采用智能分站＋监控中心的无线传输的两级微处理器监控系统模式，可以对钻井现场泥浆池液位、泥浆泵出口压力、泥浆出口处的H₂S浓度、井台钻杆悬重、钻压、泥浆浓度、钻井深度等钻井参数进行监测，并可进行现场的数据显示、报警，同时，采用无线通讯，监控中心也可以通过可视化的人机交互界面实时监测各个测点的数据，智能分站可以脱离上位机单独进行数据的检测和控制，由于各个部分均采用了低功耗设计，智能分站采用免维护的铅酸蓄电池供电，现场并不需要交流电源线，使得现场仪器的拆卸、安装和移动比较方便。

三、系统主要技术指标

1.系统计算机：IPC-610H/PCA-6006LV/P4 2.0G/256M

DDR/80G/52X/1.44M/键盘/鼠标/USB接口。

2.打印机：HP1012激光打印机。

3.通信接口：

供电电压：主计算机内5V电源，

容量：可带256个节点。

4.智能监测分站：

供电电压：AC220V±15％，

          DC24V/38Ah，

输入信号：4～20mA。

5.现场观测站：

供电电压：AC220V±15％。

6.无线模块：

供电电压：DC5V，

发射电流：≤100mA，

静候电流：≤65mA，

工作频率：227.000～233.000MHz，

灵敏度：0.18μv，

功率：500mW。

7. 计算机与无线模块通信波特率：1200bps，

智能分站与无线模块通信波特率：1200bps，

钻台观测分站与无线模块通信波特率：1200bps，

无线模块的空中通信波特率：1200bps。

8. 系统巡测周期：5秒（根据现场要求，可通过钻井指挥观测室内的工控计算机作修改）。

9. 各智能分站的测量范围和精度指标如下：

液位：0.3～3.5m，绝对误差小于1cm，

泵压：0～30Mpa，精度:≤±0.5％FS，

悬重：0～2800KN，精度:≤±0.5％FS，

H₂S浓度：0～100ppm，绝对误差小于0.5ppm。

10.无线通信距离＞1000m。

四、技术经济效益及推广应用前景

通过该系统的研制，可以解决油田钻井现场长期以来钻井参数的收集、记录和分析的难题。

●可以解放劳动力，替代人工进行坐岗观察和记录；

●可以准确记录并进行精确分析，指导生产过程和对复杂情况的处理；

●可以把记录分析部分安放在远离震动环境的住井房，避免震动和环境恶劣所带来的影响；

●可以随时对历史资料进行分析和打印；

●没有长距离的信号传输线，有利于井场标准化；

●随着技术的发展，可以满足信息无线网上交流；

●可以根据需要随时添加其它需要监测的参数。

●相比其它形式的参数仪，占用空间小，安装使用方便。

此智能监测系统在钻井现场的应用，可以极大地方便对钻井参数的采集、分析、处理和记录，为科学指导生产和保存原始资料提供了有利条件。其技术经济效益是十分明显的。

五、项目特点

本参数监测系统是集数据采集、无线传输、计算机分析为一体的新型无线智能钻井网络参数监测系统。能够满足石油钻井工程现场参数的实时采集，分析处理，利于生产工况的集中监视，便于现场人员的操作。已在油田钻井现场成功试用，反应良好。其数据采集过程，把智能分站所采集的数据利用无线传输到计算机的特点，在相关的钻井参数仪中均没有使用的记录，在国内具有一定的新颖性。

本系统拆装移动方便，操作简单、性能可靠，不受部分井场条件差、仪器无法摆放的限制，且省去长距离的传输线更利于现场标准化。可满足现场施工的要求。如果在钻井现场推广应用，可为现场的参数采集和适应各种井场条件提供极大的方便。

本系统功能强大，扩展方便。各分站为智能检测系统，根据需要可选择安装液位、压力、流量、气体浓度等传感器。主机可以选择采集需要的数据，可以设定报警值，可以切换传感器功能，还可以根据需要扩展多个智能分站。

如果提供石油钻井总公司的监控信息中心数据平台的软件通信协议，只要在监控PC上外挂一个GPRS模块，将系统监控软件稍作修改，就可直接将本系统的数据上传至钻井总公司的信息中心，实现各个井区的联网监测，信息无线网上交流，同时也可以接收信息中心的信息指导。

随着现代科学技术在石油工业各应用领域的不断发展，以及油田勘探开发管理等领域现代化、一体化管理进程的不断推进，采油队的信息化建设也日趋成熟和完善。通过本设计完成的无线智能参数监测系统可以使企业利用高精度的数据采集器，获取钻井过程中压力、液位、流量、气体浓度等数据，并通过无线数据传输方式将其传输到测控中心，可实现对钻井过程的远程实时监控。

六、合作方式

  技术转让，技术合作。

七、联系方式

北京大学科技处

联系人：杨松尧    电话：010-62757181

邮箱：zkkf@cpku.edu.cn

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