基于边缘计算的油井控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于边缘计算的油井控制系统及方法，油井控制系统包括：物联网数据采集系统、传输网络系统、油田物联网数据库、自动化控制系统、边缘计算集群、井场智慧大脑。本发明专利技术还公开了基于边缘计算的油井控制方法；本发明专利技术集数据“采、传、存、管、用”于一体的油井控制系统，该系统将边缘计算技术与油田物联网系统进行融合，在显著提升边缘节点油井数据的处理与传输速度基础上，缓解了网络中心节点的数据处理压力，较大限度地满足了油田企业对油井精细化与个性化管理的需求。化与个性化管理的需求。化与个性化管理的需求。

【技术实现步骤摘要】
基于边缘计算的油井控制系统及方法


[0001]本专利技术属于油井控制
，具体涉及一种基于边缘计算的油井控制系统，还涉及一种基于边缘计算的油井控制方法。

技术介绍

[0002]随着以物联网、大数据、云计算、移动应用和自动化技术为引领的新一轮科技革命和产业机遇的到来，国内各原油生产企业在立足企业长远发展的基础上，均将油田数字化转型与发展建设作为未来提升企业核心竞争力的最重要手段之一。但由于企业内部管理方式与外界客观条件的制约，目前已经实施了数字化建设的各单位在建设过程中普遍选择通过油田物联网将现场采集的数据发送至数据中心进行统一存储与高性能计算分析，然后由专业技术人员操作应用系统进行分析决策、指令下发和执行操作控制。
[0003]这种作业管理方式，不仅对于各油、水井数据的采集质量，传输网络的覆盖程度与组网形式，数据传输过程中安全性和云计算中心的处理能力都有着较高的要求，且边远地区的油、水井极易因为网络延时或中断造成安全隐患与设备故障信息无法及时进行上报，进而造成设备带病作业、应急救援时效较低和维修作业成本增加问题的发生几率增高。
[0004]为了解决上述问题，各油田企业多采用提高网络覆盖率，优化网络结构，进行服务器升级和加强边远地区巡检频次手段，来保证现场数据的及时上报与下发指令的准确执行，但这些手段不仅未能有效降低生产成本和减轻劳动强度，后期由于油、水井数量的不断增加，需要的不断对网络和服务器进行扩容升级才能满足要求，且现有系统在油、水井个性化管理与自动化程度上均无法满足实际需求。如何解决上述问题，已成为目前油井自动化控制领域的研究重点之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的提供了一种基于边缘计算的油井控制系统及方法，解决了现有系统在油、水井个性化管理与自动化程度上有待进一步满足实际需求的问题。
[0006]本专利技术所采用的一个技术方案是，
[0007]基于边缘计算的油井控制系统，包括物联网数据采集系统、传输网络系统、油田物联网数据库、控制系统、边缘计算集群、井场智慧大脑，其中，
[0008]物联网数据采集系统，包括功图、综合电参、压力、平衡度、动液面、视频及可燃与有害气体多个数据采集单元，用于采集油井工况与井场安防数据，并将所采集的数据分别发送给边缘计算集群和控制系统；
[0009]传输网络系统，包括有线传输单元与无线传输单元，用于对接收到油井工况与井场安防数据进行快速、稳定的交换、传输与处理；
[0010]物边缘计算集群，包括边缘主机与边缘计算平台，用于对接收到的每一条油井工况数据和井场安防数据进行通用计算，生成远程停井、实时轨迹跟踪、盘根漏油监测和语音告警指令，并由对应的边缘主机依次将指令推送至控制系统进行执行操作；
[0011]井场智慧大脑，包括油井工况诊断模块、气体监控告警模块、视频识别分析模块和产量优化调节模块，用于在接收到边缘计算集群的上报信息后，从油田物联网数据库提取相关数据进行一体化分析，生成与之对应的辅助决策建议进行分发与执行操作；
[0012]油田物联网数据库，用于对接收到采集油井工况、井场安防及相关数据进行清洗加工、关联整合和分类存储；
[0013]控制系统，包括油井控制子系统与安防设备子系统，用于对接收到边缘计算集群与井场智慧大脑下发的操作指令进行操作响应，并将反馈结果提交给油田物联网数据库进行存储。
[0014]本专利技术的特点还在于，
[0015]边缘计算平台采用植入式的单片机与计算棒，主要用于对接收到的每一条油井工况数据和井场安防数据进行通用计算，生成远程停井、实时轨迹跟踪、盘根漏油监测和语音告警相关指令信息，
[0016]边缘计算主机采用多个MEC(移动边缘计算)服务器，主要用于对接收到的每一条油井工况数据和井场安防数据进行任务标记、存储、上传，并将边缘计算平台的生成的指令信息分别发送对应的控制系统。
[0017]每个MEC服务器包括微处理器管理模块、内存管理模块、进程管理模块、无线通信模块、HDMI(高清多媒体接口)模块、USB(通用串行总线)接口模块、网络接口模块、GPIO(通用型之输入输出)端口扩展模块、供电模块；通过微处理器管理模块对所接收到油井工况与井场安防数据进行分配处理，并由进程管理模块按照接收顺序将数据发送给边缘计算平台进行计算，并将生成的指令信息发送给对应的控制系统进行执行操作。
[0018]当接收到边缘计算集群的反馈结果后，油井工况诊断模块自动从油田物联网数据库提取与之对应的油井的功图、综合电参、油压、套压、回压和平衡度工况数据进行功图诊断与油井工况分析，并自动生成辅助决策建议进行分发与执行操作；
[0019]当接收到边缘计算集群上传的可燃气体与有害气体监测信息后，气体监控告警模块自动进行阈值比对，若未达到设定阈值，则不进行语音告警，若未到设定阈值，则进行生成辅助决策建议进行分发，并同步进行语音告警提示；
[0020]当接收到边缘计算集群上传的井场视频监控信息后，视频识别分析模块自动根据相应规则进行安全着装、盘根与管线漏油、火灾和安全防护状况的识别对比，并根据对比结果自动生成趋势预测信息与语音告警提示进行分发与执行操作；
[0021]当接收到边缘计算集群上传的功图、含水率、动液面、产液计量和平衡度信息后，产量优化调节模块分别与油田物联网数据库中存储的大数据预警模型进行分析比对，并生成趋势预测信息与辅助决策建议进行分发与执行操作。
[0022]油井控制子系统包括集成控制柜和伺服电机，用于在接收到边缘计算集群与井场智慧大脑下发的指令信息后，自动控制抽油机进行远程启停、冲程调节、差速调节和间抽优化相关操作；
[0023]安防设备子系统，用于在接收到边缘计算集群与井场智慧大脑下发的操作指令后，自动进行的实时轨迹跟踪、盘根漏油监测和语音告警操作。
[0024]本专利技术的另一个技术方案是，
[0025]基于边缘计算的油井控制方法，采用基于边缘计算的油井控制系统，包括以下步
骤：
[0026]步骤1：通过物联网数据采集系统的多个数据采集单元实时采集功图、综合电参、压力、平衡度、动液面、视频及可燃、有害气体油井工况与井场安防数据，并将所采集的油井工况与井场安防数据分别发送给边缘计算集群和控制系统；
[0027]步骤2：通过边缘计算集群对接收到的每一条油井工况和井场安防数据进行通用计算，生成远程停井、实时轨迹跟踪、盘根漏油监测和语音告警指令信息，并由对应的边缘主机依次推送至控制系统进行执行操作，然后将反馈结果发送给井场智慧大脑；
[0028]步骤3：当控制系统接收到边缘计算集群的相关指令信息后，在完成远程停井、实时轨迹跟踪、盘根漏油监测和语音告警相关操作过程中，同步将油井工况数据、井场安防数据和边缘计算指令数据发送至油田物联网数据库中进行存储；
[0029]步骤4：当井场智慧大脑接收到边缘计算集群上报的相关信息后，从油田物联网数据库中提取相关数据进行油井工况诊断、气体监控告警、视频识别分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于边缘计算的油井控制系统，其特征在于，包括物联网数据采集系统、传输网络系统、油田物联网数据库、控制系统、边缘计算集群、井场智慧大脑，其中，所述物联网数据采集系统，包括功图、综合电参、压力、平衡度、动液面、视频及可燃与有害气体数据采集单元，用于采集油井工况与井场安防数据，并将所采集的数据分别发送给边缘计算集群和控制系统；所述传输网络系统，包括有线传输单元与无线传输单元，用于对接收到所述油井工况与井场安防数据进行快速、稳定的交换、传输与处理；所述物边缘计算集群，包括边缘主机与边缘计算平台，用于对接收到的每一条油井工况数据和井场安防数据进行通用计算，生成远程停井、实时轨迹跟踪、盘根漏油监测和语音告警指令，并由对应的边缘主机依次将指令推送至控制系统进行执行操作；所述场智慧大脑，包括油井工况诊断模块、气体监控告警模块、视频识别分析模块和产量优化调节模块，用于在接收到所述边缘计算集群的上报信息后，从所述油田物联网数据库提取相关数据进行一体化分析，生成与之对应的辅助决策建议进行分发与执行操作；所述油田物联网数据库，用于对接收到所述采集油井工况、井场安防及相关数据进行清洗加工、关联整合和分类存储；所述控制系统，包括油井控制子系统与安防设备子系统，用于对接收到所述边缘计算集群与井场智慧大脑下发的操作指令进行操作响应，并将反馈结果提交给所述油田物联网数据库进行存储。2.根据权利要求1所述的基于边缘计算的油井控制系统，其特征在于：所述边缘计算平台采用植入式的单片机与计算棒，主要用于对接收到的每一条油井工况数据和井场安防数据进行通用计算，生成远程停井、实时轨迹跟踪、盘根漏油监测和语音告警指令信息，所述边缘计算主机采用多个MEC服务器，主要用于对接收到的每一条油井工况数据和井场安防数据进行任务标记、存储、上传，并将所述边缘计算平台的生成的指令信息分别发送对应的控制系统。3.根据权利要求2所述的基于边缘计算的油井控制系统，其特征在于：每个所述MEC服务器包括微处理器管理模块、内存管理模块、进程管理模块、无线通信模块、HDMI接口模块、USB接口模块、网络接口模块、GPIO端口扩展模块、供电模块；通过所述微处理器管理模块对所接收到油井工况与井场安防数据进行分配处理，并由进程管理模块按照接收顺序将数据发送给边缘计算平台进行计算，并将生成的指令信息发送给对应的控制系统进行执行操作。4.根据权利要求1所述的基于边缘计算的油井控制系统，其特征在于：当接收到边缘计算集群的反馈结果后，所述油井工况诊断模块自动从所述油田物联网数据库提取与之对应的油井的功图、综合电参、油压、套压、回...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙少波，郭元元，王嘉伟，
申请(专利权)人：西安贵隆数字化工程科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：