适用于页岩气与致密气井场的数据采集及监控系统的制作方法
【专利摘要】适用于页岩气与致密气井场的数据采集及监控系统涉及页岩气与致密气井场的设备领域，包括，井场终端子系统，采集井场的工艺数据及视频图像数据；无线主干网络子系统，由无线公网和无线节点网络组成，无线节点布置于井场中无线公网未覆盖的区域；监控终端子系统发送相应的控制指令来对井场终端子系统进行调节；无线网络管理子系统，管理和实时监控无线主干网络子系统的运行状况。本实用新型的无线主干网络子系统，由无线公网和无线节点网络组成，其中无线节点布置于井场中无线公网未覆盖的区域，从而实现了页岩气与致密气井场的无线高覆盖，克服了铺设线缆的困难，降低了建设、维护、运营成本。
【专利说明】适用于页岩气与致密气井场的数据采集及监控系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及页岩气与致密气井场的设备，特别是涉及一种适用于页岩气与致密气井场的数据采集及监控系统。
【背景技术】
[0002]目前页岩气与致密气工业所采用的数据采集及监控系统都是借用石油、天然气行业的成果，难以满足页岩气与致密气工业对数据采集及监控系统的客观需求，突出的问题主要体现在数据采集及监控系统的数据传输网络环节，具体体现在以下几个方面:
[0003]1.基于有线介质的监控网络系统，要求架设有线网络，将会导致野外线路架设困难(尤其是在偏远山区)、有线介质线路材料和敷设的建设成本非常高，而且在某些地方无法敷设有线介质而造成无法通讯。
[0004]2.基于有线介质的监控网络系统，建设周期长，有线介质线路容易遭到破坏，因此生产运营期线路维护成本较高，而且在开采地点转移时有线介质无法再次使用造成巨大浪费。
[0005]3.岩气与致密气的井场大部分处于偏远山区，往往没有无线公网信号覆盖，无法完全依靠通讯运营商的无线公网。并且，无线公网数据传输的时延、传输路径、可靠性、网络拥堵状况以及网络管理、维修等过分依赖通讯运营商，都不是主动可控的，因此无法用于远程控制指令的传输。再者，无线公网的运行费用较高，这个问题在视频信号传输时尤为突出。
[0006]4.GPRS传输模式的带宽较窄(40?100Kbps)，只能用于少量的工艺数据传输，而无法满足视频监控的海量数据流的实时传输。
[0007]总之，由于线路架设困难、受信号覆盖限制、带宽窄、成本高、网络非主动可控等弊端，应用于石油、天然气行业的数据采集及监控系统，难以直接应用于页岩气及致密气工业。
实用新型内容
[0008]本实用新型目的是要提供一种能直接适用于页岩气与致密气井场的数据采集及监控系统来克服现有技术线路架设困难、成本高的问题。
[0009]特别地，本实用新型提供了一种适用于页岩气与致密气井场的数据采集及监控系统，包括:
[0010]井场终端子系统，布置于所述井场；
[0011]无线主干网络子系统，与所述井场终端子系统有线连接并通讯；所述无线主干网络子系统由无线公网和无线节点网络组成，其中所述无线节点布置于井场中所述无线公网未覆盖的区域；
[0012]监控终端子系统，与所述无线主干网络子系统有线连接并通讯；
[0013]无线网络管理子系统，连接所述无线主干网络子系统。
[0014]进一步地，所述井场终端子系统包括:视频图像采集模块、视频图像压缩模块、工艺数据采集模块、编码模块、信息发送模块和信息接收模块。
[0015]进一步地，所述视频图像采集模块为摄像机，所述视频图像压缩模块及编码模块为数字视频DSP压缩编码卡。
[0016]进一步地，所述无线主干网络子系统由多个无线节点组成，所述多个无线节点分为叶节点、枝节点和根节点；
[0017]其中，所述叶节点与所述井场终端子系统相连；
[0018]其中，所述根节点与所述监控终端子系统相连；
[0019]其中，所述枝节点布置于相距较远的叶节点与根节点之间。
[0020]进一步地，所述多个无线节点间通过无线连接；
[0021]所述根节点与所述监控终端子系统通过有线连接；
[0022]所述叶节点与所述井场终端子系统通过有线连接。
[0023]进一步地，所述监控终端子系统由接口模块、显示模块、存储模块、控制模块组成；
[0024]其中，所述无线主干网络子系统通过所述接口模块与所述监控终端子系统连接。
[0025]进一步地，所述接口模块为以太网接口，所述显示模块为显示器，所述存储模块为硬盘存储器，所述控制模块为CPU ；
[0026]所述监控终端子系统与所述无线主干网络子系统通过冗余的方式进行有线连接。
[0027]进一步地，所述无线网络管理子系统由无线网络设备监控模块和安全管理模块组成。
[0028]本实用新型具有如下优点:
[0029]本实用新型的无线主干网络子系统，由无线公网和无线节点网络组成，其中所述无线节点布置于井场中所述无线公网未覆盖的区域，从而实现了页岩气与致密气井场的无线高覆盖，克服了铺设线缆的困难，降低了建设、维护、运营成本。
[0030]本实用新型实现了井场的集中监控，大大削减了人工巡井的工作量，有效提高了井场的可靠性和安全性。
[0031]由于井场地处偏远，无线信号的相互干扰较少，通过无线公网和无线节点网络的相互融合和互为补充，提高数据传输的可靠性，从而使本实用新型实现了由单一工艺数据的监视到集工艺数据和视频图像数据的监视与控制。
[0032]根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0034]图1是根据本实用新型一个实施例的数据采集及监控系统的系统组成图；
[0035]图2是根据本实用新型一个实施例的井场终端子系统的组成部分与井场及无线主干网络子系统的连接关系示意图；
[0036]图3是根据本实用新型一个实施例的无线主干网络子系统的组成部分与井场终端子系统及监控终端子系统的连接关系示意图；
[0037]图4是根据本实用新型一个实施例的监控终端子系统的组成部分与无线主干网络子系统的连接关系示意图。
[0038]图5是根据本实用新型一个实施例的无线网络管理子系统的组成部分与无线主干网络子系统的连接关系示意图。
[0039]附图标记如下:
[0040]10-井场终端子系统，101-视频图像采集模块，102-视频图像压缩模块，103-工艺数据采集模块，104-编码模块，105信息发送模块，106-信息接收模块；
[0041]20-无线主干网络子系统；
[0042]30-监控终端子系统，301-接口模块，302-显示模块，303-存储模块，304-控制模块；
[0043]40-无线网络管理子系统，401-无线网络设备监控模块，402-安全管理模块；
[0044]50-供电子系统。
【具体实施方式】
[0045]本实用新型提供一种适用于页岩气与致密气井场的数据采集及监控系统，包括:井场终端子系统10，布置于所述井场。无线主干网络子系统20，与井场终端子系统10有线连接并通讯，并且无线主干网络子系统20由无线公网和无线节点网络组成，其中无线节点布置于井场中无线公网未覆盖的区域。监控终端子系统30，与无线主干网络子系统40有线连接并通讯。无线网络管理子系统40，连接无线主干网络子系统20。由于无线节点布置于井场中所述无线公网未覆盖的区域，从而实现了页岩气与致密气井场的无线高覆盖，克服了铺设线缆的困难，降低了建设、维护、运营成本。由于井场地处偏远，无线信号的相互干扰较少，通过无线公网和无线节点网络的相互融合和互为补充，提高数据传输的可靠性。因此，本实用新型仅仅通过结构上的布局设置，就可以解决现有技术线路架设困难、成本高的问题。
[0046]图1是根据本实用新型一个实施例的数据采集及监控系统的系统组成图。如图1所示，数据采集及监控系统一般性地可包括井场终端子系统10、无线主干网络子系统20、监控终端子系统30、无线网络管理子系统40和供电子系统50。其中，井场终端子系统10，布置于井场，所述井场终端子系统10用于采集井场的工艺数据及视频图像数据，并将所述工艺数据及视频图像数据上传至无线主干网络子系统20。其中，无线主干网络子系统20与井场终端子系统10有线连接并通讯；所述无线主干网络子系统20由无线公网和无线节点网络组成，其中所述无线节点布置于井场中所述无线公网未覆盖的区域，所述无线主干网络子系统20接收并将所述工艺数据和视频图像数据传输至监控终端。监控终端子系统30接收由所述无线主干网络子系统20传送的所述工艺数据及视频图像数据，并根据所述工艺数据及视频图像数据发送相应的控制指令来对井场终端子系统10进行调节。在图1所示实施例中，控制指令经无线主干网络子系统20传递给井场终端子系统10。其中，无线网络管理子系统40管理和实时监控所述无线主干网络子系统20的运行状况。井场终端子系统10、无线主干网络子系统20、监控终端子系统30、无线网络管理子系统40均由供电子系统50进行供电，由于供电子系统50为现有石油、天然气行业的数据采集及监控系统的常规设计，所以在本实用新型的一个实施例中可以省略掉所述供电子系统50。
[0047]由于页岩气和致密气井场分布相对松散，井场至监控终端子系统30所在的监视中心距离较远。因此井场的工艺数据及视频图像数据上传不能采用单一的有线传输方式。井场地处偏远，无线信号的相互干扰较少，通过在井场和必要的通讯节点架设无线节点，做到无线节点和基于移动通讯的无线公网(GPRS/3G/4G)相互融合、互为补充，提高了工艺数据及视频图像数据传输网络的可靠性，实现监视中心由单一工艺数据的监视到集工艺数据和视频图像数据的监视与控制。GPRS通讯方式可以满足有无线公网覆盖井场的工艺数据的远程监视，但无法实现视频图像数据的远程监控，随着移动通讯技术的发展，借助移动通讯3G/4G网络，可以实现视频图像数据的远程监视与控制。在井场中，没有无线公网覆盖的地方需采用无线节点形成的网络进行补充。
[0048]如图2所示，井场终端子系统10包括:视频图像采集模块101、视频图像压缩模块102、工艺数据采集模块103、编码模块104、信息发送模块105和信息接收模块106。其中，所述视频图像采集模块101采集井场的视频图像，所述视频图像压缩模块102压缩所述视频图像以减小数据量。所述工艺数据采集模块103采集包括温度、压力、流量在内的工艺数据。同一个或不同的编码模块104对所述视频图像及所述工艺数据进行编码，形成处理后的工艺数据及视频图像数据。同一个或不同的信息发送模块105将所述处理后的工艺数据及视频图像数据上传到所述无线主干网络子系统20。可选地，所述视频图像采集模块为摄像机，所述视频图像压缩模块及编码模块为数字视频DSP压缩编码卡，工艺数据采集模块、信息发送模块和信息接收模块均可选用现有技术中成熟产品，此处不再赘述。
[0049]一个执行机构接收由信息接收模块106传递的来自监控终端子系统30发送的控制指令，并根据所述指令对井场终端子系统进行调节。具体的执行机构的结构由调节的内容来决定，从而可以根据需要灵活设置，故执行机构的具体结构此处不再赘述。作为一个举例，执行机构可以调节上述温度、压力、流量从而改变上述工艺数据。
[0050]如图3所示，所述无线主干网络子系统20由多个无线节点组成，所述多个无线节点分为叶节点、枝节点和根节点。其中，所述叶节点与所述井场终端子系统10相连，从而将所述井场终端子系统10采集的所述工艺数据及视频图像数据通过有线的方式传递到所述无线主干网络子系统20。其中，所述根节点与所述监控终端子系统30相连，从而将无线主干网络子系统20上的所述工艺数据及视频图像数据通过有线的方式传递到监控终端子系统30，根节点是所有叶节点和枝节点的目标节点，也是最上层节点，主要负责无线主干网络子系统20与监控终端子系统30的冗余连接。其中，所述枝节点布置于相距较远的叶节点与根节点之间，用于将来自所述叶节点的所述工艺数据及视频图像数据中转给根节点，即枝节点具有中继功能。上述叶节点、枝节点和根节点均由供电子系统50进行供电。上述无线节点间通过无线连接来进行通讯，但根节点与监控终端子系统30通过有线连接，叶节点与所述井场终端子系统10通过有线连接。
[0051]无线主干网络子系统20直接影响到本实用新型的数据采集及监控系统的可靠性和实时性，因此为了减小时延，在无线通讯距离等要求允许的条件下尽量采用叶节点与根节点一跳的连接方式。当叶节点与根节点相距较远或中间有通讯掩体时，将该叶节点连接到较优枝节点上，从而继续上传工艺数据及视频图像数据，从而实现实时动态自愈合，提高了整个无线主干网络子系统20的覆盖范围和冗余可靠性，使其具有传输距离远、传输数据量大、实时性高、覆盖范围大、安全可靠的特点。并且，克服了敷设线缆的困难，降低了“建设/维护/运营”成本；无线主干网络子系统20采用“根一枝一叶”节点形式的树型冗余拓扑结构为主导，具有易扩展的特性，能适应持续开发及监视需求不断增长的要求；无线主干网络子系统20有效提高了无线主干网络子系统20的实时性、可靠性，为工艺数据、视频图像数据和控制指令的共同传输提供了高速、高载、冗余的信息链路，实现了工艺数据和视频图像数据的监视与控制；大大削减了人工巡井的工作量，有效提高了井场的可靠性和安全性。
[0052]如图4所示，所述监控终端子系统30由接口模块301、显示模块302、存储模块303、控制模块304组成。其中，所述无线主干网络子系统20通过所述接口模块301与所述监控终端子系统30连接，所述接口模块301用于所述工艺数据及视频图像数据的接收以及控制指令信息的发送。其中，所述显示模块302用于将所述工艺数据及视频图像数据进行显示。其中，所述存储模块303用于将所述工艺数据及视频图像数据存储，以备形成趋势报告或生产日志。其中，所述控制模块304用于操作员根据所述工艺数据及视频图像数据来发送相应的所述控制指令。接口模块301、显示模块302、存储模块303、控制模块304均可使用现有技术的硬件来完成，例如所述接口模块为以太网接口，所述显示模块为显示器，所述存储模块为硬盘存储器，所述控制模块为CPU。在一个实施例中，所述监控终端子系统30与所述无线主干网络子系统20通过冗余的方式进行有线连接。
[0053]如图5所示，所述无线网络管理子系统40由无线网络设备监控模块401和安全管理模块402组成。其中，所述无线网络设备监控模块401用于进行无线主干网络子系统20的规划，并实时监测所述无线主干网络子系统20的无线网络设备的运行。其中，所述安全管理模块402用于为所述无线网络设备生成、发布及管理安全密匙，实现授权接入。
[0054]至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
【权利要求】
1.一种适用于页岩气与致密气井场的数据采集及监控系统，其特征在于包括: 井场终端子系统，布置于所述井场； 无线主干网络子系统，与所述井场终端子系统有线连接并通讯；所述无线主干网络子系统由无线公网和无线节点网络组成，其中所述无线节点布置于井场中所述无线公网未覆盖的区域； 监控终端子系统，与所述无线主干网络子系统有线连接并通讯； 无线网络管理子系统，连接所述无线主干网络子系统。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述井场终端子系统包括:视频图像采集模块、视频图像压缩模块、工艺数据采集模块、编码模块、信息发送模块和信息接收模块。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于， 所述视频图像采集模块为摄像机，所述视频图像压缩模块及编码模块为数字视频DSP压缩编码卡。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述无线主干网络子系统由多个无线节点组成，所述多个无线节点分为叶节点、枝节点和根节点； 其中，所述叶节点与所述井场终端子系统相连； 其中，所述根节点与所述监控终端子系统相连； 其中，所述枝节点布置于相距较远的叶节点与根节点之间。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于， 所述多个无线节点间通过无线连接； 所述根节点与所述监控终端子系统通过有线连接； 所述叶节点与所述井场终端子系统通过有线连接。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述监控终端子系统由接口模块、显示模块、存储模块、控制模块组成； 其中，所述无线主干网络子系统通过所述接口模块与所述监控终端子系统连接。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于， 所述接口模块为以太网接口，所述显示模块为显示器，所述存储模块为硬盘存储器，所述控制模块为CPU ； 所述监控终端子系统与所述无线主干网络子系统通过冗余的方式进行有线连接。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述无线网络管理子系统由无线网络设备监控模块和安全管理模块组成。
【文档编号】H04L29/08GK204013909SQ201420467539
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】李爽, 吕泽锋, 王荧光, 刘文伟, 周谊, 张琦, 秦芳晨, 吴刚, 易良英, 徐东旭, 姜波 申请人:中油辽河工程有限公司