钻井现场数字化集成装置的研制

冉桂东，陈星玮，刘 洋

（中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，四川 广汉 618300）

0 引言

随着油田行业数字化的快速推进，该行业诞生了一个新的概念，并快速蔓延到全世界的整个石油行业，这就是“数字油田”（Digital Oil Field，DOF）。数据采集作为“数字油田”的基石，对其发展发挥着不可替代的作用，但由于各种石油仪器数据接口不统一，油田信息服务一体化平台的建设也对数据传输格式的规范化和传输方式的统一提出了要求。因此，基于以上需求研制一种新型的钻井现场数字化集成装置，能够兼容多种仪器数据，将不同数据转换成统一的标准数据进行存储和传输，并且实现数据存储、钻井现场组网、视频监控、视频会议、VoIP 语音对讲、远程运维管理等多种功能，将大大减轻现场作业者的负担，同时也是油田增强企业核心竞争力的有效手段，因此具有极其重要的意义。

1 钻井现场数据采集概况

钻井现场数据采集方式一般分为人工录入和仪器自动采集两种。人工录入主要是指各作业岗位根据软件填报系统要求，在各自的钻井现场客户机上按照规则填报各种报表、记录钻井现场数据。仪器自动采集主要是指综合录井仪、钻井参数仪和随钻测量（Measure While Drilling，MWD）/随钻测井（Logging While Drilling，LWD）所采集的实时数据，它可通过建立一个实时数据采集模块截取钻井参数仪和MWD/LWD 的实时数据，并通过网络或卫星将实时数据打包上线传输到基地数据管理层。

2 装置结构

装置集配电、数据采集、通信于一体，钻井现场数字化集成装置结构如图1所示。

图1 钻井现场数字化集成装置构成

3 装置模块

钻井现场数字化集成装置采用模块化设计，整合当前钻井现场已建立的板块子系统，实现数据采集、数据存储、钻井现场组网、视频监控、视频会议、VoIP语音对讲、远程运维管理等功能将各个不同的专业系统融合集成在一起统一管理，从而提高工作效率。钻井现场数字化集成装置作为集钻井现场综合信息采集、传输、应用于一体的主要设备，可以进行模块设计，集合了采集模块、组网模块等多个模块。

3.1 采集模块

钻井现场数据采集一般分为人工录入和仪器自动采集两种。人工录入主要指需要进行人工填报的数据。本系统根据钻井、录井、测井、试油井下各专业用户数据录入，规范安装相应的现场填报软件至数字化集成装置，各专业通过井场局域网可远程登录填报软件填写对应的数据。仪器自动采集主要是指综合录井、钻井参数仪等采集设备所采集的实时数据，随着钻井现场数字化、智能化程度提高，自动采集的数据项越来越多，各个厂家会布置采集终端进行数据采集、处理，导致设备配置臃肿。为实现钻井现场数据的及时传输，避免大量部署设备，钻井现场数字化集成装置，搭载当前先进的实时数据采集系统架构，开发实时数据采集软件，采用WitsML 国际标准格式对作业现场的实时数据进行采集、存储和传输。该软件包含5 个功能：数据采集功能、配置/监视功能、数据传输功能、手工录入功能、钻井现场数据存储功能。其中，数据采集和数据传输客户端是后台进程，不带用户界面，其配置通过配置/监视功能实现。配置/监视程序是一个带界面的应用程序，这个应用能实现对采集仪器的配置和对传输客户端的配置，并且负责启动和停止采集程序和传输客户端。人工录入是一个独立的应用，人工录入工具录入的数据写入数据库，传输客户端从数据库中读取数据并传输，从而实现录井、钻井、测井、固井、精细控压、定向井、压裂酸化、试油等8 类仪器共94 个型号246 项的数据采集。同时，人工录入工具开发了钻井、钻井液、录井等不同客户端，不同客户端填报进入现场数据库，然后传输到井筒工程数据一体化平台，实现跨专业数据共享，消除“信息孤岛”，避免了数据重复填报、系统重复建设、数据无法共享的问题。钻井现场数字化集成装置数据采集项如图2所示。

图2 钻井现场数字化集成装置数据采集项

3.2 组网模块

钻井现场本地网络采用无线方式，2.4 G/5.8 G 双频覆盖，无线中心站采用全向天线，无线宏站使用定向天线。对于固定网络接入终端，采用5.8 G 接入，具备无线频段自动匹配功能，避免现场无线频段的干扰造成无线网络不稳定（常用无线频段多为2.4 G），现场常用终端使用2.4 G 无线接入。钻井现场数字化集成装置还为流动作业设备终端提供接入热点功能。钻井现场数据汇聚到集成装置后，通过卫星小站/营运商宽带将数据传输到后端数据平台。集成装置集成了4 G 网络模块，在有线网络出现故障时，可以作为备用数据传输通道。钻井现场组网示意图如图3所示。

图3 钻井现场组网示意

3.3 视频会议模块

集成视频会议模块，视频会议采用会话初始协议（Session Initiation Protocol，SIP）多媒体框架协议，以及H.264、H.264 HP视频编解码协议，G.711 A、G.711 U、 G.722.1 C、Opus 音频编解码协议，实现钻井现场与基地的远程视频会议功能。扩展功能实现了与工程作业智能支持系统数据互通，可实现工程作业智能支持系统一键组合。

3.4 视频监控模块

视频监控模块采用H.264 及H.265 视频数据编码协议，支持成本加保险费加运费（Cost，Insurance，and Freight，CIF）、DI、720 P、1080 P 多种视频码流，支持主流网络摄像机接入，在本地配置4 TB 的视频数据存储单元，视频数据存满后循环覆盖，视频数据可压缩上传、远程回放。

3.5 运行监控模块

配置运行监控模块，实时监测数字化集成装置设备内外温度、不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）电池电量、本地数据库连接状态、网桥主从站信号等工作状态和运行参数，并进行运行统计和分析。支持将监测参数上传至后端管理平台，实现对数字化集成装置运行状态全程把控。

4 装置特点

4.1 灵活组网：多种网络接入、现场网络快速部署

钻井现场局域网采用无线传感器模式，便于安装维护，成本低廉。与互联网的连接可以采用营运商宽带、卫星小站、4G 网卡，只需做简单配置就能实现数据安全传输。

4.2 多用户支持：支持多用户远程填报数据

用户填报数据存储在本地MYSQL 数据库，不同用户可以通过局域网远程访问客户端填报软件同时进行数据填报，本地数据库进行增量，向基地数据库上传，实现本地数据安全传输。

4.3 运行稳定：在高低温、沙尘等钻井现场复杂环境下满足运行要求

为满足现场复杂的环境，进行了模拟环境温度-20℃、60℃高低温测试，运行正常；高负荷运行压力测试温度41.5℃（环境温度22.6℃），硬盘读写速度性能良好；内置UPS 电源保护，在断电的情况下能支持系统工作30 min，支持固态硬盘镜像至机械硬盘热备，确保数据安全。

5 应用情况

工程作业智能支持系统自2020 年开始在整个中油油服推广使用以来，作为钻井现场数据采集的集成装置，目前已部署安装631 台，装置运行良好，数据采集完整。