一种油田井下压裂施工的远程指挥控制系统的制作方法

本发明涉及油田生产施工领域，特别是涉及一种油田井下压裂施工的远程指挥控制系统。

背景技术：

随着我国科技水平的不断进步，无线传输及全方位监控定位得到迅速发展。但是，目前应用于高寒地区油田作业的远程监控与指挥系统处于尚未完善阶段。目前应用于高寒地区，尤其是移动信号不能覆盖的区域，油田压裂施工的远程监控与指挥系统尚没有成熟产品。由于高寒地区分散，移动信号不能全覆盖，且气候恶劣，人口稀少，需要一套极为完善的远程指挥控制系统来实时监测现场状况，并将基础数据回传到指挥控制平台，提请专家系统进行评估和决策。对于油田相关工作人员来说，该系统的建立使专家能跨越远距离和恶劣天气的障碍，通过远程操控来实现现场指挥的效果，是提高油田开采的开采效率和降低成本的关键，因此进行高寒地区油田压裂施工远程指挥控制系统设计具有十分重要的现实意义。

在油田压裂施工生产中，仪表车、混砂车、井口等监测区域特点都不太相同，油田开发单位迫切需要开发一种针对井下压裂施工的专用的远程指挥控制系统，完成远程监测、远程指挥，杜绝安全隐患。目前，在高寒地区油田远程指挥控制系统设计方面，主要有基于卫星通信的远程指挥控制系统，虽然能够解决高寒地区、移动信号不能覆盖区域的油田施工监控，但由于实施成本较高，无法大面积推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种油田井下压裂施工的远程指挥控制系统，该远程指挥控制系统实施成本低，利于大面积推广应用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种油田井下压裂施工的远程指挥控制系统，所述远程指挥控制系统包括：多个监测装置、智能监控终端和远程控制中心，其中，

各所述监测装置分别设置在所述油田压裂施工中不同的监测点处，用于采集各所述监测点的现场信号；

所述智能监控终端与各所述监测装置连接，用于接收并显示所述现场信号，并将所述现场信号发送给所述远程控制中心；

所述远程控制中心与所述智能监控终端连接，用于实时显示所述现场信号，并发送控制信号给所述智能监控终端；所述智能监控终端还用于接收和显示所述远程控制中心的控制信号，并根据所述控制信号控制各所述监测装置执行相应的动作。

可选的，所述远程指挥控制系统还包括：移动信号增强站，设置在所述智能监控终端与所述远程控制中心之间，用于增强所述现场信号，并通过移动公共网络发送至所述远程控制中心；以及增强所述控制信号，并通过移动公共网络发送至所述智能监控终端。

可选的，所述移动信号增强站具体包括：移动信号增强主机、室外接收天线及室内分布天线，其中，

所述室外接收天线，用于接收所述智能监控终端发送的现场信号，或接收所述远程控制中心通过移动公共网络发送的控制信号，并将所述现场信号或所述控制信号发送给所述移动信号增强主机；

所述移动信号增强主机，用于放大所述现场信号或所述控制信号的功率，形成对应的增强现场信号或增强控制信号，并将所述增强现场信号或增强控制信号发送给室内分布天线；

所述室内分布天线，用于将所述增强现场信号通过移动公共网络发送给所述远程控制中心，或者将所述增强控制信号发送给所述智能监控终端。

可选的，所述智能监控终端包括扩频传输自组网模块，用于划分各所述监测装置的优先级，按照优先级由高到低的顺序接收对应所述监测装置的现场信号。

可选的，所述现场信号包括图像信息、数据信息和声音信息中至少一者。

可选的，所述油田压裂施工中各监测点包括井口、泵车、混砂车和混配车中至少一者。

可选的，所述监测装置包括：防爆直线图像探头、防爆广角视觉探头、鱼眼全景探测器和无线配液测距传感器中至少一者。

可选的，所述远程指挥控制系统还包括：故障定位模块，用于根据所述监测装置的所述现场信号定位故障位置，并将对应的报警信息依次发送给所述智能监控终端、所述远程控制中心。

可选的，所述远程指挥控制系统还包括：

移动终端，与所述远程控制中心连接，用于使所述移动终端与所述远程控制中心进行信息交互。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明利用多个监测装置采集油田压裂施工中各监测点的现场信号，智能监控终端与远程控制中心通过移动公共网络即可实现交互式通信，形成专家系统。上述远程指挥控制系统实施成本低，利于大面积推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1远程指挥控制系统的结构框图；

图2为本发明实施例2远程指挥控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例2井口状态监测装置的结构框图；

图4为本发明实施例2泵车和混砂车监测装置的结构框图；

图5为本发明实施例2混配车状态监测装置的结构框图；

图6为本发明实施例2现场全景状态监测装置的结构框图；

图7为本发明实施例2远程控制中心客户登陆界面的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

发明的目的是提供一种油田井下压裂施工的远程指挥控制系统，该远程指挥控制系统实施成本低，利于大面积推广应用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：如图1所示，远程指挥控制系统包括：多个监测装置11、智能监控终端12、故障定位模块13、移动信号增强站14、远程控制中心15和移动终端16。

各监测装置11分别设置在油田井下压裂施工中不同的监测点处，用于采集各监测点的声音、图像、压裂施工过程中压力数据等现场信号。智能监控终端12与各监测装置11连接，用于接收并显示现场信号。可选地，油田压裂施工中各监测点包括井口、泵车、混砂车和混配车中至少一者。故障定位模块13分别与各监测装置11及智能监控终端12连接，用于根据监测装置11的现场信号定位故障位置，并将对应的报警信息发送给智能监控终端12。

移动信号增强站14设置在智能监控终端12与远程控制中心15之间，用于在移动等公共网络信号微弱的条件下，增强智能监控终端12接收到的现场信号及报警信息，并通过移动公共网络发送至远程控制中心15。

远程控制中心15实时显示现场信号，在移动等公共网络信号微弱的条件下，通过移动信号增强站14发送控制信号给智能监控终端12。智能监控终端12接收和显示远程控制中心15的控制信号，并根据控制信号控制监测装置11执行相应的动作。移动终端16与远程控制中心15连接，用于使移动终端16与远程控制中心15进行信息交互。

具体地，移动信号增强站14具体包括：室外接收天线141、移动信号增强主机142及室内分布天线143。室外接收天线141用于接收智能监控终端12发送的现场信号，或接收远程控制中心15通过移动公共网络发送的控制信号，并将现场信号或控制信号发送给移动信号增强主机142。移动信号增强主机142放大现场信号或控制信号的功率，对应形成增强现场信号或增强控制信号，并将增强现场信号或增强控制信号发送给室内分布天线143。室内分布天线143将增强现场信号通过移动公共网络发送给远程控制中心15，或者将增强控制信号发送给智能监控终端12。

可选地，智能监控终端12还包括扩频传输自组网模块，用于划分各监测装置11的优先级，按照优先级由高到低的顺序接收对应监测装置11的现场信号。可选的，现场信号包括图像信息、数据信息和声音信息中至少一者。

可选的，监测装置11包括：防爆直线图像探头、防爆广角视觉探头、鱼眼全景探测器和无线配液测距传感器至少一者。本实施例中，监测装置包括：防爆直线图像探头、防爆广角视觉探头、鱼眼全景探测器和无线配液测距传感器。其中，防爆直线图像探头，用于监测所述井口的状态；防爆广角视觉探头，用于监测泵车、混砂车及混配车的状态；鱼眼全景探测器，用于检测油田压裂施工现场的全景状态；所述无线配液测距传感器，用于检测所述混配车的水位信息。

本发明提供的油田井下压裂施工的远程指挥控制系统，在移动信号未能全部覆盖的区域，通过移动信号增强站增强需要发送的信号，将各监测点的图像信息和数据信息传送到远程控制中心，并进一步借助于远程控制中心完成远程指导、远程监督、远程会诊等功能。远程指挥控制中心可完成油田现场图像信息、声音信息和数据信息的远程获取，并能在移动终端，如PC终端、手机终端完成实时显示。远程的专家和工作人员可以通过远程控制中心或者移动终端实时查看施工现场，根据现场情况下达控制命令，远程控制中心将指令、语音通过无线通信网络反馈到现场的智能监控终端，用于实时指导现场施工，实现施工现场和远程控制中心实时技术交流、共同保障施工质量与安全的目的。

实施例2：

本发明针对高寒且移动信号较弱的油田井下压裂施工地区，提出了一套基于互联网的油田井下压裂施工远程指挥控制系统。

如图2所示，油田井下压裂施工的远程指挥控制系统包括：多个监测装置21、智能监控终端22、移动信号增强站23、移动公共网络基站24和远程控制中心25。

智能监控终端22收集油田现场各监测装置21的图像和数据信息，通过移动信号增强站23将信号的功率增大并发送给移动公共网络基站24，然后通过移动公共网络基站24发送到远程控制中心25。远程控制中心25可对油田远程信息进行探测并对所述信息进行大数据分析，并借助于远程控制中心25完成远程指导、远程监督、远程会诊等功能。

监测装置21包括：防爆广角视觉探头、防爆直线图像探头、鱼眼全景探测器、无线配液测距传感器，完成对油田压裂施工现场状况的实时监测。

具体地，如图3所示，井口附近安装防爆直线图像探头检测井口状态。将防爆直线图像探头固定在抗震动防风钢架上，并与多端防爆电源模块和扩频传输自组网模块通过螺纹连接方式连接。

如图4所示，由于广角探头探测的视场比较宽阔，泵车和混砂车附近状态采用防爆广角视觉探头来探测。将防爆广角视觉探头用卡扣或电磁开关固定在泵车和混砂车附件的金属杆上。防爆广角视觉探头分别与多端防爆电源模块和扩频传输自组网模块通过卡扣连接。

如图5所示，采用防爆广角视觉探头来监测混配车的状态。将防爆广角视觉探头用卡扣或电磁开关固定在金属杆上，同时在混配车上安装无线配液测距传感器。其中无线配液测距传感器采用超声单探头测距，实时提供混配车水位信息。防爆广角视觉探头分别与多端防爆电源模块和扩频传输自组网模块通过螺纹连接方式连接，无线配液测距传感器分别与多端防爆电源模块和扩频传输自组网模块通过螺纹连接方式连接。

如图6所示，在仪表车顶部安装鱼眼全景探测器，现场全景状态监测采用鱼眼全景探测器来探测。将鱼眼全景探测器用三脚架固定在仪表车上，并与多端防爆电源模块和扩频传输自组网模块通过螺纹连接方式连接，实现全景信息探测、无线传输、可控旋转等功能。

智能监控终端22获取现场各监测点的图像、混配车水位信息和现场声音后，采用数据压缩方案将其无线传输至远程控制中心25，实现现场和指挥中心的交互通信。可选的，智能监控终端22还包括多端防爆电源转换模块和扩频传输自组网模块，多端防爆电源转换模块为多电源值输出功能，用于为智能监控终端供电，其可移植在不同的探测模块中。智能监控终端22能够进行各监测点处安装各监测装置的云台进行旋转和角度调整等控制。智能监控终端通过扩频传输自组网模块接收无线扩频收发系统回传的现场监测信息，进行现场的工作状态显示，利用黑匣子技术实现大容量数据存储，并能通过无线网络实现转台控制和无线远程数据转发。

移动信号增强站23主要是将需要发送的信号增强到移动4G网络范围内，提高移动信号4G覆盖能力，移动信号增强站23至少可并行处理两路传输信号。具有两路利用移动公共网络基站平台将压裂信号的显示屏幕和现场监控屏幕传输到远程控制中心。移动信号增强站包括：移动信号增强主机、室外接收天线及室内分布天线。外接收天线将来自运营商的信号经过中继转化，移动信号增强主机增大信号的功率，通过室内分布天线使油田现场控制中心室，即智能监控终端的信号增强，从而搭建无线网络远程数据传输平台。

远程控制中心25对油田远程信息的探测与分析，是通过移动信号增强站获取现场监控终端获取到的现场图像、声音和数据等信息，并在监控屏幕上进行显示、分析，以便远程控制中心25及时监督检查现场压裂施工状态，并形成专家系统对现场进行指导施工。

由于远程控制中心25的油田现场数据是油田设备内部测试数据的格式特殊，仅需要通过无线局域网内的远程传输桌面软件即可与移动终端进行信息交互。利用远程传送桌面软件将油田操控中心电脑桌面，主要是油田测试曲线图上传至服务器，后台通过PC端或手机APP即可随时随地连接上服务器观看油田测试曲线。

远程控制中心25安装有远程指挥控制软件，实现远程屏幕同步显示、远程监控图像同步显示，并能实现屏幕的手动切换。同时，远程控制中心25还可与移动终端连接，如内置APP的手机，相关专家或者工作人员可在远程控制中心25以外的地点对现场施工进行实时跟踪，及时发现安全隐患，关注生产状态。

远程控制中心25获取现场图像、声音和数据信息后，经过专家分析，确定相应的调整指令和要求，并通过无线通信网络将远程控制中心25的各路语音和图像传输到工作现场的智能监控终端22，以便现场能根据远程控制中心25的建议及时关注和调整施工方案，杜绝安全隐患，保质保量完成施工任务。

本实施例中的远程控制中心主要是由虚拟仪器LabWindows/CVI软件设计的上位机界面，其主要实现实时视频浏览、录像存储回放、电子地图、电视墙管理及授权管理功能。远程与现场的通信是双向的，专家或工作人员可以在远程查看现场传送回的视频和数据，并对油田状况做出判断，通过无线通信网络将下达的指挥命令传送到现场。

本实施例中的扩频传输自组网模块是将爆广角视觉探头、防爆直线图像探头、鱼眼全景探测器、无线配液测距传感器获取的图像和数据信息，通过扩频传输自组网模块传输到现场的智能监控终端，以便于后续的处理和分析。在传输时，需要将各节点的信息划分为不同的优先级，多个节点同时发送信息时，优先级低的节点会自动退出，从而便于管理好所有节点。采用无线自组网适用于网络规模大且节点较多的情况。同时为了增强网络性能和便于对各节点进行管理，将网络分为簇，采用一种基于簇首的分簇算法。由于混配车一般需要测试多个混配车厢的水位，因此本实施例中主要针对安装在混配车处的监测装置使用分簇算法。假设这里有15个井点处的水位需要传输数据(其中假设每个节点的数据占用两个字节存储)，可以用簇将其中每5个有关联的监测装置节点分为一组，通过分簇算法选举出簇首，簇首完成簇间数据的转发、协调和管理，可以减少多节点间信息交换的开销，提高系统容量。

针对实际施工需要，每个施工现场各配置一套扩频传输自组网模块，采用工业级数字无线设备，频率5.8G，理论带宽300MHz，内置18dbi双极化天线，防水防尘，也可以采用工业级千兆网数字无线设备。从各监测装置得到的图像可以使用字典式编码方法，LZ77或LZ78算法在压缩效果上大大超过哈夫曼编码，而且其压缩和解压缩的速度超快。字典式编码方法主要是根据数据本身包含有重复代码的特性构造一个字典，将信息中反复出现的字符串登记为较短的字符串，解码时对这种字符串通过查字典转换为原字符串。对于数据的传输可以采用PN码的反馈移位寄存器序列进行编码传输，这种编码方法可以通过扰码改善位定时恢复质量，而且可以使信号的频谱分布均匀且使系统稳定。假设我们使用十位二进制表示要传输的数据，就用10级移位寄存器产生m序列进行传输。

如图7所示，远程控制中心具有实时视频浏览、录像存储回放、电子地图、电视墙管理及授权管理功能。远程控制中心的上位机软件采用NI Lab Windows/CVI开发环境和NI Vision视觉系统开发模块来对返回的现场视频信息进行处理。

在远程控制中心的系统软件中添加了现场周围环境的地图，是为了当油田现场出现紧急情况发出报警信息时，现场人员能在最快的时间到达出故障的具体位置，以方便现场人员及时排障。

对于电视墙管理功能，就是将视频图像输出到电视墙，并将电视墙进行画面分割，可以通过电视墙同时监视现场多个地方的情况，即实现多画面监视功能。

对于权限管理功能。不同权限的用户可分配不同的管理权力，允许用户自行定义用户级别，分配权限。可以将权限分配到每个探头或是摄像机，对于不同用户可查看不同的内容。

本发明根据高寒地区油田的实际情况，实现了在保障各种机器工具和人员安全的前提下，基于无线通信的远程监控油田现场情况，并能使专家远程及时指挥现场工作人员进行操作。本发明提供的油田井下压裂施工的远程指挥控制系统具有如下有益效果：

(1)作为一种适应于高寒地区移动信号未能全覆盖的远程监控系统，能够提高开采油田的工作效率，同时降低了人员浪费；

(2)采用点对多点无线传输，可中继实现远程指挥控制。技术性能稳定、图像清晰、伴音悦耳、无失真、图像质量优于四级。采用BPSK调制方式，抗干扰性好，不受广播电视、移动通信影响，易于加密。

(3)采用锁相技术，系统工作稳定。其抗震动性能强，发射机体积小，重量轻，适应任何地区。便于携带，耗电小，即装即通免调试。兼容性强，可以驳接任何品牌的标准摄像机和其他视音频设备；

(4)利用虚拟仪器软件LabWindows/CVI，可提高远程监控油田系统的升级能力，操作十分简单，不需要花费太多时间在学习如何操作软件上。

(5)通过虚拟仪器的人机交互界面，可以实现现场与远程平台的全智能运行管理，提高远程指挥控制系统的智能化水平。

(6)可以进一步通过对大量油田相关的历史数据和现场数据进行对比分析，实现对油田压裂施工过程的全面监控。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。