本发明涉及油田钻井区域管理技术领域，尤其涉及一种钻井自动化区域管理系统。
背景技术：
在油田钻井过程中，需要多种钻井设备参与，其中包括提升设备、旋转设备、管柱平移设备、井口设备、管柱存储设备以及其他辅助设备等，这些钻井设备按照钻井工艺需求分时分区工作，各钻井设备或独立实现功能，或与其他钻井设备配合实现功能。
而随着钻井自动化程度的提升，钻井设备的种类和数量都在不断增加，作业空间的分配越来越重要，各钻井设备不可避免地出现了同时同区域工作、先后同区域工作等需求，如此一来，在钻井过程中对工作区域管理也提出了越来越严格的要求。但目前钻井领域尚无区域管理概念，也没有相关的产品，完全以人工判断的方式来组织各钻井设备的运转，分配各钻井设备对公共空间和公共时间的使用，而目前所采用的这种人工管理方式效率较低且存在各钻井设备间容易发生碰撞的安全风险。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种钻井自动化区域管理系统，可以在钻井过程中有效杜绝各钻井设备间发生碰撞的风险，并有效提高了公共空间的利用效率，在实现了安全避碰功能的同时大幅度提高了作业效率。该钻井自动化区域管理系统包括：
状态感知层、数据传输层、信息管理层以及区域管理层；所述状态感知层通过所述数据传输层与所述信息管理层通信连接，所述信息管理层与所述区域管理层通信连接；
所述状态感知层分布在各钻井设备上，用于感知每一钻井设备的运行参数；所述数据传输层用于对所述状态感知层上传的各钻井设备的运行参数进行转换并将转换后的各钻井设备的运行参数上传到所述信息管理层；
所述信息管理层用于根据各钻井设备的运行参数计算得到各钻井设备的预计运行轨迹和运行状态，并通过分析各钻井设备的预计运行轨迹和运行状态得到各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间，从而预测出各钻井设备间可能存在的碰撞点，并将预测结果发送到所述区域管理层；所述区域管理层用于显示所述预测结果并根据所述预测结果调整各钻井设备的运行状态。
进一步地，所述信息管理层还用于根据各钻井设备的运行参数计算得到各钻井设备的预计运行轨迹和运行状态，并通过分析各钻井设备的预计运行轨迹和运行状态得到各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间；
从而根据各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间，预先规划出各钻井设备对钻井自动化区域的公共空间的使用顺序及频率，并将规划结果输送到所述区域管理层；所述区域管理层还用于显示所述规划结果并根据所述规划结果调整各钻井设备的运行状态。
可选地，所述状态感知层包括：摄像装置、速度传感器、压力传感器、位置传感器以及人工操作装置；
所述摄像装置用于感知各钻井设备运行的视频信息，所述速度传感器用于感知各钻井设备运行的速度数据，所述压力传感器用于感知各钻井设备运行的压力数据、所述位置传感器用于感知各钻井设备运行的位置信息，所述人工操作装置用于感知工人输入的用于控制各钻井设备的控制信息。
可选地，所述数据传输层包括多个可编程控制器；所述可编程控制器用于对所述状态感知层上传的各钻井设备的运行参数进行全电子转换并将转换后的各钻井设备的运行参数通过网络传输到所述信息管理层。
可选地，所述信息管理层包括上位工控机，所述上位工控机上安装有计算软件；所述上位工控机与所述数据传输层和所述区域管理层分别物理连接；
所述上位工控机用于接收所述数据传输层上传的各钻井设备的运行参数，并通过所述计算软件对各钻井设备的运行参数进行整合、虚拟、计算、比对、优化以及分配处理，并将最终的处理结果传输到所述区域管理层。
可选地，所述区域管理层包括运行空间及防碰撞指示模块以及公共空间防撞指示模块；
所述运行空间及防碰撞指示模块用于显示各钻井设备的运行空间及所述信息管理层对可能存在的碰撞点的预测结果，并根据所述预测结果调整各钻井设备的运行状态，规避碰撞风险；
所述公共空间防撞指示模块用于显示所述信息管理层对各钻井设备在公共空间的使用顺序及频率的规划结果，并根据所述规划结果调整各钻井设备的运行状态，指导各钻井设备合理利用公共空间，提高公共空间使用效率。
本发明通过状态感知层感知每一钻井设备的运行参数，然后通过数据传输层将各钻井设备的运行参数上传到信息管理层；通过信息管理层预测出各钻井设备间可能存在的碰撞点，同时通过信息管理层预先规划出各钻井设备对钻井自动化区域的公共空间的使用顺序及频率；最后通过区域管理层显示最终的控制结果并调整各钻井设备的运行状态。从而在钻井过程中有效杜绝各钻井设备间发生碰撞的风险，并有效提高了公共空间的利用效率，在实现了安全避碰功能的同时大幅度提高了作业效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的钻井自动化区域管理系统的结构框图。
附图标记说明：
10：状态感知层，20：数据传输层，30：信息管理层，40：区域管理层，
101：摄像装置，102：速度传感器，103：压力传感器，104：位置传感器，
105：人工操作装置，201：可编程控制器，301：位工控机，
401：运行空间及防碰撞指示模块，402：公共空间防撞指示模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1示出了本实施例中的钻井自动化区域管理系统的结构框图，该钻井自动化区域管理系统具体包括以下结构：
状态感知层10、数据传输层20、信息管理层30以及区域管理层40；其中，状态感知层10与数据传输层20通信连接，数据传输层20与信息管理层30通信连接，信息管理层30与区域管理层40通信连接。
上述状态感知层10分布在各钻井设备上，用于感知每一钻井设备的运行参数；数据传输层20用于对状态感知层10上传的各钻井设备的运行参数进行转换并将转换后的各钻井设备的运行参数上传到信息管理层30。
信息管理层30用于根据各钻井设备的运行参数计算得到各钻井设备的预计运行轨迹和运行状态，并通过分析各钻井设备的预计运行轨迹和运行状态得到各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间，从而预测出各钻井设备间可能存在的碰撞点，并将预测结果发送到区域管理层40；该区域管理层40用于显示预测结果并根据预测结果调整各钻井设备的运行状态。
进一步地，上述信息管理层30还用于根据各钻井设备的运行参数计算得到各钻井设备的预计运行轨迹和运行状态，并通过分析各钻井设备的预计运行轨迹和运行状态得到各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间；从而根据各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间，预先规划出各钻井设备对钻井自动化区域的公共空间的使用顺序及频率，并将规划结果输送到区域管理层40；相应地，该区域管理层40还用于显示规划结果并根据规划结果调整各钻井设备的运行状态。
具体地，在本实施例中上述状态感知层10包括：摄像装置101、速度传感器102、压力传感器103、位置传感器104以及人工操作装置105；该摄像装置101用于感知各钻井设备运行的视频信息，该速度传感器102用于感知各钻井设备运行的速度数据，该压力传感器103用于感知各钻井设备运行的压力数据、该位置传感器104用于感知各钻井设备运行的位置信息，该人工操作装置105用于感知工人输入的用于控制各钻井设备的控制信息。
当将状态感知层10布置在钻井设备上时，状态感知层10即可通过上述的摄像装置101、速度传感器102、压力传感器103、位置传感器104以及人工操作装置105感知相应的钻井设备的运行视频、运行速度、运行压力、运行位置以及人工输入的控制参数等信息，并将感知到的各信息通过数据传输层20上传到信息管理层30，以便通过信息管理层30计算出钻井设备的运行状态。
上述数据传输层20包括多个可编程控制器201；多个可编程控制器201协同工作，用于将状态感知层10上传的各钻井设备的运行参数进行全电子转换并将转换后的各钻井设备的运行参数通过网络传输到信息管理层30。
上述信息管理层30为整个系统的核心，其包括上位工控机301，该上位工控机301上安装有计算软件；该上位工控机301与数据传输层20和区域管理层40分别物理连接；该上位工控机301用于接收数据传输层20上传的各钻井设备的运行参数，并通过计算软件对各钻井设备的运行参数进行整合、虚拟、计算、比对、优化以及分配处理，得到各钻井设备的预计运行轨迹和运行状态，并通过分析各钻井设备的预计运行轨迹和运行状态得到各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间。
然后根据各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间，预测出各钻井设备间可能存在的碰撞点，并将预测结果传输到区域管理层40。同时根据各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间，预先规划出各钻井设备对钻井自动化区域的公共空间的使用顺序及频率，并将规划结果输送到区域管理层40。
上述区域管理层40包括运行空间及防碰撞指示模块401以及公共空间防撞指示模块402；该运行空间及防碰撞指示模块401用于显示各钻井设备的运行空间及信息管理层30对可能存在的碰撞点的预测结果，并根据预测结果调整各钻井设备的运行状态，规避碰撞风险。
上述公共空间防撞指示模块402用于显示信息管理层30对各钻井设备在公共空间的使用顺序及频率的规划结果，并根据规划结果调整各钻井设备的运行状态，指导各钻井设备合理利用公共空间，提高公共空间使用效率。
使用时，当各钻井设备开始运行时，状态感知层10开始感知每一钻井设备的运行参数；并通过数据传输层20对各钻井设备的运行参数进行转换后上传到信息管理层30。然后通过信息管理层30根据各钻井设备的运行参数计算得到各钻井设备的预计运行轨迹和运行状态，并通过分析各钻井设备的预计运行轨迹和运行状态得到各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间。
当得到各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间后，一方面可以通过信息管理层30根据各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间预测出各钻井设备间可能存在的碰撞点，并将预测结果发送到区域管理层40显示，规避碰撞风险。另一方面，还可以通过信息管理层30根据各钻井设备的当前运行空间和预计运行空间预先规划出各钻井设备对钻井自动化区域的公共空间的使用顺序及频率，并将规划结果输送到区域管理层40显示，指导各钻井设备合理利用公共空间，提高公共空间使用效率。
本实施例的钻井自动化区域管理系统通过状态感知层感知每一钻井设备的运行参数，然后通过数据传输层将各钻井设备的运行参数上传到信息管理层；通过信息管理层预测出各钻井设备间可能存在的碰撞点，同时通过信息管理层预先规划出各钻井设备对钻井自动化区域的公共空间的使用顺序及频率；最后通过区域管理层显示最终的控制结果并调整各钻井设备的运行状态。从而在钻井过程中有效杜绝各钻井设备间发生碰撞的风险，并有效提高了公共空间的利用效率，在实现了安全避碰功能的同时大幅度提高了作业效率。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。