物聯(lián)網(wǎng)的井控裝置信息管理系統(tǒng)分析論文
摘要：井控裝置為預(yù)防鉆井作業(yè)過程中井噴事故的發(fā)生提供了保障，但是每年的井控安全檢查中都發(fā)現(xiàn)不合格的井控裝置，其原因主要是井控裝置沒有嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢維修。為解決這些問題，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立井控裝置信息管理系統(tǒng)，給每臺設(shè)備安裝具有唯一身份編碼的電子銘牌；通過建立廠家制造模塊、使用模塊及檢維修模塊三大模塊，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可隨時查詢了解井控裝置的生命周期信息，提高了井控裝置在使用過程中的本質(zhì)安全。
關(guān)鍵詞：井控裝置；物聯(lián)網(wǎng)；電子銘牌；信息管理系統(tǒng)
目前中國石化各地區(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]。中國版工業(yè)4.0規(guī)劃《中國制造2025》行動綱領(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用，是新一輪產(chǎn)業(yè)革命的重要方向和推動力量。它利用識別技術(shù)隨時獲取產(chǎn)品從制造、用戶使用直到報廢的各個階段信息數(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，對中國石化國內(nèi)井控裝置管理建立統(tǒng)一的信息管理平臺。通過建立PC端和手機(jī)APP辦公平臺，可方便查閱井控裝置的當(dāng)前及歷史使用情況。通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，可了解設(shè)備質(zhì)量情況，促使制造廠家不斷改進(jìn)質(zhì)量。通過完善檢維修流程，使井控車間檢維修過程更加規(guī)范統(tǒng)一。鉆井隊可通過系統(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。通過第三方檢測機(jī)構(gòu)開展I類井控裝置3年期檢測并錄入相關(guān)記錄，確保了數(shù)據(jù)的公正性和真實性，如遇到重要險情，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。
1系統(tǒng)設(shè)計
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)場實物與信息管理系統(tǒng)。建立PC系統(tǒng)，在系統(tǒng)中錄入井控裝置電子檔案，通過電子編碼搜索查詢該裝置的使用情況。采用手機(jī)APP掃描電子銘牌或者直接輸入查詢內(nèi)容隨時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。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)點是容錯能力強(qiáng)，在一定破損情況下依然可以讀取；制作成本低，持久耐用；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報告上印上二維碼，方便手機(jī)APP掃描查詢。電子編碼的編碼規(guī)則充分考慮了23大類549種典型型號井控裝置，通過電子編碼可知道設(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.1.2信息管理系統(tǒng)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計是在井控裝置生命周期的基礎(chǔ)上，依據(jù)SY/T6160—2014《防噴器檢查和維修》、SY/T6270—2012《石油鉆采高壓管匯的使用、維護(hù)、維修與檢測》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、上井使用、檢維修及報廢等全生命過程。系統(tǒng)設(shè)計原則：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)貫穿到整個系統(tǒng)中；②流程簡約流暢，使用方便，盡量減少現(xiàn)場的輸入量，達(dá)到輸入標(biāo)準(zhǔn)化，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)追溯；③考慮到實際記錄數(shù)據(jù)種類多，需突出重點，檢測試壓報告和大事件以附件形式上傳到系統(tǒng)中，領(lǐng)導(dǎo)、井控車間、井隊希望看到的內(nèi)容都能看到；④記錄的關(guān)鍵數(shù)據(jù)可統(tǒng)計分析。PC端開發(fā)基于Java語言，該語言具有卓越的通用性、高效性、平臺移植性和安全性[6]。在全球云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，具備顯著的優(yōu)勢。在網(wǎng)絡(luò)搭建方面，考慮到制造廠家、鉆井公司、井控車間、井隊及第三方檢測機(jī)構(gòu)都參與系統(tǒng)數(shù)據(jù)的錄入，涉及的單位部門很多，將系統(tǒng)服務(wù)器搭建在內(nèi)網(wǎng)，可方便內(nèi)網(wǎng)用戶登錄，對于外網(wǎng)用戶可通過VPN賬號登錄。手機(jī)APP的開發(fā)基于安卓系統(tǒng)，通過VPN連接阿里云服務(wù)器和后臺數(shù)據(jù)庫，在外網(wǎng)環(huán)境下可直接登陸訪問手機(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
PC系統(tǒng)輸入分三大功能模塊，分別是廠家制造模塊、使用模塊及檢維修模塊。1）廠家制造模塊：井控裝置制造完成后，在發(fā)往井控車間之前，制造廠家通過外網(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)所屬單位對基本信息進(jìn)行審查，審查合格后進(jìn)入到基本信息庫。對于已有的.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)計錄入每開與井控相關(guān)的參數(shù)，并上傳井控設(shè)計和配套需求計劃，井控車間根據(jù)配套需求計劃，對每一開進(jìn)行井控裝置配套并送井交接，此時設(shè)備狀態(tài)由完好變?yōu)樵谟谩，F(xiàn)場使用過程中，井隊可對單臺井控裝置出現(xiàn)的問題進(jìn)行描述，另外還需上傳現(xiàn)場檢維修單掃描件、井控裝置每開開鉆前和鉆開油氣層前的試壓等報告。每開完鉆后進(jìn)行回收交接，井控車間回收，回收后設(shè)備狀態(tài)變?yōu)榇蕖?）檢維修模塊:井控車間負(fù)責(zé)3月期、1年期及回場的檢修記錄數(shù)據(jù)錄入以及相關(guān)檢測報告上傳，第三方檢測機(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)檢測報告上傳。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；如果報廢，則入報廢庫；如果需要大修，則井控車間對大修設(shè)備進(jìn)行提交并由大修廠家接收，大修結(jié)束后廠家將大修資料進(jìn)行上傳，經(jīng)井控車間驗收合格后入庫，設(shè)備狀態(tài)變?yōu)橥旰谩C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，輸出表格主要有井控裝置匯總統(tǒng)計表、送井回收交接清單、檢維修匯總清單等。1）操作標(biāo)準(zhǔn)化。形成廠家?guī)欤箯S家名稱統(tǒng)一，方便統(tǒng)計。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。井控車間將設(shè)備回收后，在流程交接點彈出警示框.3）提高工作效率。為了減少工作量，錄入檢維修記錄時每一欄的檢查情況默認(rèn)為合格，有問題則對問題進(jìn)行描述。4）對3年期檢測年限設(shè)置預(yù)警。基本信息查詢界面中，可查看最近一次3年期檢測日期與當(dāng)前日期的時間間距，對時間間距進(jìn)行排序，時間間距最長的排在最前面，時間間距超過3年的采用紅色標(biāo)記警示。5）檢測內(nèi)容真實。檢維修模塊上傳試壓、聲發(fā)射、探傷報告，并且將對應(yīng)的照片上傳.確保檢測內(nèi)容的真實性。6）具有針對性。大修時廠家可以查看最近一次的檢測報告，根據(jù)檢維修記錄中的問題進(jìn)行針對性的修復(fù)。7）查詢功能強(qiáng)大。可以鏈接查詢井隊、井號及單臺設(shè)備信息。手機(jī)APP分二維碼查詢、井控裝置查詢、井號查詢及井隊查詢等四大查詢模塊。查詢流程如圖7所示，通過二維碼查詢可對電子銘牌或者證書報告上的二維碼進(jìn)行掃描，進(jìn)而查看單臺設(shè)備時間軸。通過該時間軸可展示井控裝置生命周期中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)信息，例如出廠信息、上井使用信息、檢測信息、大修信息等。井控裝置查詢支持模糊搜索，可輸入關(guān)鍵信息以縮小查詢范圍。通過井號和井隊查詢可了解某口井的信息及相應(yīng)每開的配套清單。
3應(yīng)用效果
該系統(tǒng)開發(fā)完畢后對中國石化各地區(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間和井隊推廣運行，另外作為第三方檢測機(jī)構(gòu)的世紀(jì)派創(chuàng)石油機(jī)械檢測有限公司也已經(jīng)正式使用該系統(tǒng)，已錄入I類井控裝置三年期檢測報告。系統(tǒng)在運行過程中獲得了大家的好評，一致認(rèn)為系統(tǒng)流程合理，符合現(xiàn)場實際，操作簡潔實用，數(shù)據(jù)具有可追溯性，能實現(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可隨時查詢了解井控裝置的生命周期信息，提高了井控裝置在使用過程中的本質(zhì)安全。3）廠家制造模塊、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)計符合現(xiàn)場實際，操作簡潔實用，數(shù)據(jù)具有可追溯性。
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