基于物聯(lián)網(wǎng)的井控裝置信息管理系統(tǒng)

張前

目前中國(guó)石化各地區(qū)工程公司井控裝置的管理模式多樣化，檢維修標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行幅度不統(tǒng)一，管理方式差異大[1]，在每年的井控安全檢查中，多次出現(xiàn)不合標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，給井控管理造成了極大的隱患，可能導(dǎo)致井控失控[2-4]。

中國(guó)版工業(yè)4.0規(guī)劃《中國(guó)制造2025》行動(dòng)綱領(lǐng)提出要大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一[5]，是新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度集成和綜合運(yùn)用，是新一輪產(chǎn)業(yè)革命的重要方向和推動(dòng)力量。它利用識(shí)別技術(shù)隨時(shí)獲取產(chǎn)品從制造、用戶(hù)使用直到報(bào)廢的各個(gè)階段信息數(shù)據(jù)，形成生命周期管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在各行業(yè)領(lǐng)域廣泛使用，也為石油工程領(lǐng)域發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

按照中國(guó)石化石油工程公司的要求，采取物聯(lián)網(wǎng)+井控裝置管理的模式，依據(jù)有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，對(duì)中國(guó)石化國(guó)內(nèi)井控裝置管理建立統(tǒng)一的信息管理平臺(tái)。通過(guò)建立PC端和手機(jī)APP辦公平臺(tái)，可方便查閱井控裝置的當(dāng)前及歷史使用情況。通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，可了解設(shè)備質(zhì)量情況，促使制造廠(chǎng)家不斷改進(jìn)質(zhì)量。通過(guò)完善檢維修流程，使井控車(chē)間檢維修過(guò)程更加規(guī)范統(tǒng)一。鉆井隊(duì)可通過(guò)系統(tǒng)了解井控裝置狀態(tài)和技術(shù)數(shù)據(jù)，促進(jìn)裝置的合理使用。通過(guò)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)開(kāi)展I類(lèi)井控裝置3年期檢測(cè)并錄入相關(guān)記錄，確保了數(shù)據(jù)的公正性和真實(shí)性，如遇到重要險(xiǎn)情，可快速了解井控裝置的狀況，使領(lǐng)導(dǎo)決策有據(jù)可依。降低了井控系統(tǒng)不安全使用風(fēng)險(xiǎn)。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由電子銘牌技術(shù)、PC系統(tǒng)及手機(jī)APP等組成，三者相互作用構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)+井控裝置管理。每臺(tái)井控裝置上都安裝有具有唯一身份編碼的電子銘牌，以聯(lián)結(jié)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物與信息管理系統(tǒng)。建立PC系統(tǒng)，在系統(tǒng)中錄入井控裝置電子檔案，通過(guò)電子編碼搜索查詢(xún)?cè)撗b置的使用情況。采用手機(jī)APP掃描電子銘牌或者直接輸入查詢(xún)內(nèi)容隨時(shí)隨地了解井控裝置生命周期信息。

1.1　電子銘牌技術(shù)

電子銘牌的使用要求非常高，主要表現(xiàn)在：井場(chǎng)防爆要求高，RFID射頻技術(shù)的使用受到限制；工作環(huán)境惡劣，井控裝置壽命為十幾年，要求電子銘牌的壽命也達(dá)到同等年限；要方便手機(jī)APP查詢(xún)。綜合各方面因素，電子銘牌采用二維碼的形式。二維碼的優(yōu)點(diǎn)是容錯(cuò)能力強(qiáng)，在一定破損情況下依然可以讀?。恢谱鞒杀镜停志媚陀?；除了可在不銹鋼銘牌上刻制二維碼，加工成電子銘牌，還可在井控裝置檢測(cè)報(bào)告上印上二維碼，方便手機(jī)APP掃描查詢(xún)。

電子編碼的編碼規(guī)則充分考慮了23大類(lèi)549種典型型號(hào)井控裝置，通過(guò)電子編碼可知道設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)。在激光打標(biāo)機(jī)的打標(biāo)程序中將電子編碼轉(zhuǎn)換成二維碼，然后將二維碼及對(duì)應(yīng)的明碼打標(biāo)刻印在不銹鋼材質(zhì)的電子銘牌上，再采用卡箍或氬弧焊形式將不銹鋼電子銘牌固定安裝在井控裝置上，如圖1所示。

圖1　卡箍形式安裝電子銘牌

1.2　信息管理系統(tǒng)

圖2　井控裝置生命周期

信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在井控裝置生命周期的基礎(chǔ)上，依據(jù)SY/T 6160—2014《防噴器檢查和維修》、SY/T 6270—2012《石油鉆采高壓管匯的使用、維護(hù)、維修與檢測(cè)》等標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的。井控裝置生命周期如圖2所示，涵蓋了井控裝置從出廠(chǎng)、上井使用、檢維修及報(bào)廢等全生命過(guò)程。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：①分析不同地區(qū)工程公司的管理模式，力求把井控標(biāo)準(zhǔn)貫穿到整個(gè)系統(tǒng)中；②流程簡(jiǎn)約流暢，使用方便，盡量減少現(xiàn)場(chǎng)的輸入量，達(dá)到輸入標(biāo)準(zhǔn)化，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)追溯；③考慮到實(shí)際記錄數(shù)據(jù)種類(lèi)多，需突出重點(diǎn)，檢測(cè)試壓報(bào)告和大事件以附件形式上傳到系統(tǒng)中，領(lǐng)導(dǎo)、井控車(chē)間、井隊(duì)希望看到的內(nèi)容都能看到；④記錄的關(guān)鍵數(shù)據(jù)可統(tǒng)計(jì)分析。

PC端開(kāi)發(fā)基于Java語(yǔ)言，該語(yǔ)言具有卓越的通用性、高效性、平臺(tái)移植性和安全性[6]。在全球云計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，具備顯著的優(yōu)勢(shì)。

在網(wǎng)絡(luò)搭建方面，考慮到制造廠(chǎng)家、鉆井公司、井控車(chē)間、井隊(duì)及第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)都參與系統(tǒng)數(shù)據(jù)的錄入，涉及的單位部門(mén)很多，將系統(tǒng)服務(wù)器搭建在內(nèi)網(wǎng)，可方便內(nèi)網(wǎng)用戶(hù)登錄，對(duì)于外網(wǎng)用戶(hù)可通過(guò)VPN賬號(hào)登錄。

手機(jī)APP的開(kāi)發(fā)基于安卓系統(tǒng)，通過(guò)VPN連接阿里云服務(wù)器和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，在外網(wǎng)環(huán)境下可直接登陸訪(fǎng)問(wèn)手機(jī)APP。APP內(nèi)置二維碼掃描軟件，掃碼快速準(zhǔn)確。

2　系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

PC系統(tǒng)輸入分三大功能模塊，分別是廠(chǎng)家制造模塊、使用模塊及檢維修模塊。

1）廠(chǎng)家制造模塊：井控裝置制造完成后，在發(fā)往井控車(chē)間之前，制造廠(chǎng)家通過(guò)外網(wǎng)登陸，錄入井控裝置基本信息，并提供相關(guān)質(zhì)量文件，提交審查。資產(chǎn)所屬單位對(duì)基本信息進(jìn)行審查，審查合格后進(jìn)入到基本信息庫(kù)。對(duì)于已有的井控裝置，由資產(chǎn)所屬單位相關(guān)人員直接錄入到基本信息庫(kù)里，設(shè)備狀態(tài)調(diào)整為完好。

2）使用模塊:鉆井公司根據(jù)鉆井設(shè)計(jì)錄入每開(kāi)與井控相關(guān)的參數(shù)，并上傳井控設(shè)計(jì)和配套需求計(jì)劃，井控車(chē)間根據(jù)配套需求計(jì)劃，對(duì)每一開(kāi)進(jìn)行井控裝置配套并送井交接，此時(shí)設(shè)備狀態(tài)由完好變?yōu)樵谟谩，F(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，井隊(duì)可對(duì)單臺(tái)井控裝置出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行描述，另外還需上傳現(xiàn)場(chǎng)檢維修單掃描件、井控裝置每開(kāi)開(kāi)鉆前和鉆開(kāi)油氣層前的試壓等報(bào)告。每開(kāi)完鉆后進(jìn)行回收交接，井控車(chē)間回收，回收后設(shè)備狀態(tài)變?yōu)榇蕖?/p>

3）檢維修模塊:井控車(chē)間負(fù)責(zé)3月期、1年期及回場(chǎng)的檢修記錄數(shù)據(jù)錄入以及相關(guān)檢測(cè)報(bào)告上傳，第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)3年期的檢維修記錄數(shù)據(jù)錄入及相關(guān)檢測(cè)報(bào)告上傳。檢維修結(jié)束后進(jìn)行結(jié)果判定：如果為完好，則入完好庫(kù)；如果報(bào)廢，則入報(bào)廢庫(kù)；如果需要大修，則井控車(chē)間對(duì)大修設(shè)備進(jìn)行提交并由大修廠(chǎng)家接收，大修結(jié)束后廠(chǎng)家將大修資料進(jìn)行上傳，經(jīng)井控車(chē)間驗(yàn)收合格后入庫(kù)，設(shè)備狀態(tài)變?yōu)橥旰谩?/p>

PC系統(tǒng)輸出可根據(jù)各地區(qū)工程公司的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，輸出表格主要有井控裝置匯總統(tǒng)計(jì)表、送井回收交接清單、檢維修匯總清單等。

PC系統(tǒng)操作界面如圖3所示，具有如下特點(diǎn)：

圖3　系統(tǒng)操作界面

1）操作標(biāo)準(zhǔn)化。形成廠(chǎng)家?guī)欤箯S(chǎng)家名稱(chēng)統(tǒng)一，方便統(tǒng)計(jì)。型號(hào)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化，采用下拉菜單形式，如圖4所示，方便操作。

圖4　型號(hào)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化

2）具有提醒功能。甲單位將設(shè)備調(diào)給乙單位，系統(tǒng)提醒乙單位接收。井控車(chē)間將設(shè)備回收后，在流程交接點(diǎn)彈出警示框，如圖5所示，防止誤操作。

圖5　提醒功能

3）提高工作效率。為了減少工作量，錄入檢維修記錄時(shí)每一欄的檢查情況默認(rèn)為合格，有問(wèn)題則對(duì)問(wèn)題進(jìn)行描述。

4）對(duì)3年期檢測(cè)年限設(shè)置預(yù)警?；拘畔⒉樵?xún)界面中，可查看最近一次3年期檢測(cè)日期與當(dāng)前日期的時(shí)間間距，對(duì)時(shí)間間距進(jìn)行排序，時(shí)間間距最長(zhǎng)的排在最前面，時(shí)間間距超過(guò)3年的采用紅色標(biāo)記警示。

5）檢測(cè)內(nèi)容真實(shí)。檢維修模塊上傳試壓、聲發(fā)射、探傷報(bào)告，并且將對(duì)應(yīng)的照片上傳，如圖6所示，確保檢測(cè)內(nèi)容的真實(shí)性。

圖6　附件上傳

6）具有針對(duì)性。大修時(shí)廠(chǎng)家可以查看最近一次的檢測(cè)報(bào)告，根據(jù)檢維修記錄中的問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性的修復(fù)。

7）查詢(xún)功能強(qiáng)大。可以鏈接查詢(xún)井隊(duì)、井號(hào)及單臺(tái)設(shè)備信息。

手機(jī)APP分二維碼查詢(xún)、井控裝置查詢(xún)、井號(hào)查詢(xún)及井隊(duì)查詢(xún)等四大查詢(xún)模塊。查詢(xún)流程如圖7所示，通過(guò)二維碼查詢(xún)可對(duì)電子銘牌或者證書(shū)報(bào)告上的二維碼進(jìn)行掃描，進(jìn)而查看單臺(tái)設(shè)備時(shí)間軸。通過(guò)該時(shí)間軸可展示井控裝置生命周期中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)信息，例如出廠(chǎng)信息、上井使用信息、檢測(cè)信息、大修信息等。井控裝置查詢(xún)支持模糊搜索，可輸入關(guān)鍵信息以縮小查詢(xún)范圍。通過(guò)井號(hào)和井隊(duì)查詢(xún)可了解某口井的信息及相應(yīng)每開(kāi)的配套清單。

3　應(yīng)用效果

該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完畢后對(duì)中國(guó)石化各地區(qū)工程公司相關(guān)人員進(jìn)行了多次培訓(xùn)，該系統(tǒng)已在各工程公司井控車(chē)間和井隊(duì)推廣運(yùn)行，另外作為第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的世紀(jì)派創(chuàng)石油機(jī)械檢測(cè)有限公司也已經(jīng)正式使用該系統(tǒng)，已錄入I類(lèi)井控裝置三年期檢測(cè)報(bào)告。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中獲得了大家的好評(píng)，一致認(rèn)為系統(tǒng)流程合理，符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，操作簡(jiǎn)潔實(shí)用，數(shù)據(jù)具有可追溯性，能實(shí)現(xiàn)井控裝置生命周期管理。

4　結(jié)論

1）基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立的井控裝置信息管理系統(tǒng)，使物聯(lián)網(wǎng)與井控裝備行業(yè)融合，創(chuàng)造了新的井控安全環(huán)境。

2）井控裝置信息管理系統(tǒng)主要由電子銘牌技術(shù)、PC系統(tǒng)及手機(jī)APP等組成，給每臺(tái)設(shè)備安裝具有唯一身份編碼的電子銘牌，在PC端錄入井控裝置核心檔案記錄，杜絕了數(shù)據(jù)造假，規(guī)范了檢維修管理流程。利用手機(jī)APP可隨時(shí)查詢(xún)了解井控裝置的生命周期信息，提高了井控裝置在使用過(guò)程中的本質(zhì)安全。

3）廠(chǎng)家制造模塊、使用模塊及檢維修模塊構(gòu)成了系統(tǒng)的核心，這三大模塊的設(shè)計(jì)符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，操作簡(jiǎn)潔實(shí)用，數(shù)據(jù)具有可追溯性。

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