CN106121623A - 安全监测控制系统与钻井系统 - Google Patents

Abstract

本公开提出一种应用于钻井设备的安全监测控制系统与钻井系统。所述安全监测控制系统包括第一信号接口模块、逻辑控制模块与第二信号接口模块。第一信号接口模块与第二信号接口模块耦接多个钻井设备，第一信号接口模块接收钻井设备的状态信号并将其转换为传输给逻辑控制模块的信号；逻辑控制模块在一钻井设备动作被启动时，根据第一信号接口模块提供的钻井设备状态信号与一互锁逻辑判断是否允许该钻井设备动作执行并输出一使能或禁止外部动作的本地控制命令；第二信号接口模块将此本地控制命令传输给上述钻井设备。本公开可以防止钻井作业误操作，保障钻井设备和人员安全，提高钻井设备作业安全性。

Description

安全监测控制系统与钻井系统

技术领域

本公开涉及自动控制技术领域，具体而言，涉及一种应用在钻井设备的安全监测控制系统以及钻井系统。

背景技术

随着人类活动的发展，石油与天然气等矿物燃料开采成为一项重要的工业活动。在石油与天然气等矿物燃料开采过程中，常需要将多个钻井设备集中在一起应用以利于开采和勘探工作。

由于设备自动化的提高，钻井设备操作人员大幅减少，在操作自动化钻井设备时司钻和辅司钻两人要操作很多的钻井设备，而且很多设备是相互配合协同作业，当工作人员操作多个设备时，有可能使设备动作互相冲突从而造成危险和事故。目前为了防止设备协同作业出现失误，主要通过提高作业流程规范的完整性、提高操作人员模拟培训、增加观测手法提高观测范围。

但是在实际作业中，由于工作环境和工作人员的差别，容易出现意外情况，导致设备动作冲突。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中的部分问题或者全部问题，本公开提供一种应用于钻井设备的安全监测控制系统。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种安全监测控制系统，安全监测控制系统包括：第一信号接口模块，包括多种类型的信号接口，每一类型的所述信号接口至少适配一种钻井设备，用于在一所述钻井设备接入一所述信号接口时，接收钻井设备状态信号并转换所述钻井设备状态信号为一本地状态信号；逻辑控制模块，用于根据所述本地状态信号以及一互锁逻辑判定所述安全监测控制系统的一钻井设备动作冲突状态并输出一本地控制命令；第二信号接口模块，包括多种类型的所述信号接口，每一类型的所述信号接口至少适配一种所述钻井设备，用于将所述本地控制命令转换为所述钻井设备的动作控制命令并输出所述动作控制命令至所述钻井设备。

在本公开的一种示例性实施例中，所述安全监测控制系统还包括：状态采集模块，耦接所述第一信号接口模块，用于采集所述钻井设备的状态并将其传输至所述第一信号转换模块。

在本公开的一种示例性实施例中，所述安全监测控制系统还包括：人机交互模块，用于设置所述互锁逻辑、存储所述钻井设备动作冲突状态并显示所述安全监测控制系统的运行状态。

在本公开的一种示例性实施例中，所述安全监测控制系统还包括：图像监视模块，用于在所述逻辑控制模块判断所述互锁逻辑被触发时收集错误出现处的所述钻井设备的现场视频信号并将其显示于所述人机交互模块。

在本公开的一种示例性实施例中，所述安全监测控制系统还包括：声光报警模块，用于在所述逻辑控制模块判断所述互锁逻辑被触发时发出声音以及光线报警。

在本公开的一种示例性实施例中，所述安全监测控制系统还包括：远程通讯模块，用于将所述安全监测控制系统的运行状态发送至外部接收器。

在本公开的一种示例性实施例中，所述逻辑控制模块由可编程逻辑控制器实现。

在本公开的一种示例性实施例中，所述信号接口包括硬点接口和软点接口。

在本公开的一种示例性实施例中，所述互锁逻辑为一互锁矩阵，所述互锁矩阵首行均为所述钻井设备的动作，所述互锁矩阵首列均为所述钻井设备的状态，所述互锁矩阵一非首行首列元素的一第一状态标示所述钻井设备动作与状态的互斥关系。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种钻井设备安全监测控制系统，包括：多个钻井设备，用于执行钻井动作；一如上述任意一项所述的安全监测控制系统，用于监测并控制所述钻井设备的动作。

本公开通过设置一互锁逻辑并在监控到各钻井设备发生动作冲突、触发互锁逻辑时禁止钻井设备动作，能防止钻井作业误操作，保障钻井设备和人员安全，提高钻井设备作业安全性、降低操作人员工作量、提高作业效率。同时，通过设置多种信号接口，令本公开提出的安全监测控制系统具有较好的植入性和适配性，可方便地与各类钻井设备适配，提高了安全监测控制系统的应用范围。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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示意性示出本公开示例性实施例中一种安全监测控制系统的方框图。

图2示意性示出本公开示例性实施例中一种互锁矩阵的示意图。

图3示意性示出本公开示例性实施例中再一种安全监测控制系统的方框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

下面结合附图对本公开示例性实施例进行详细说明。

如图1，本公开提供的安全监测控制系统主要包括第一信号接口模块101、逻辑控制模块102以及第二信号接口模块103。

第一信号接口模块101包括多种类型的信号接口，每一类型的信号接口至少适配一种钻井设备。这些钻井设备包括但不限于绞车、排管机、铁钻工、转盘以及顶驱等钻井设备。在一钻井设备接入一信号接口时，第一信号接口模块101接收钻井设备状态信号并将其转换为一本地状态信号。此本地状态信号的类型例如可以为Profibus信号，也可以为其他类型通讯信号，本公开不以此为限。

上述的多种类型的信号接口可以包括硬点接口和软点接口。硬点接口是指一种只具有一第一状态和一第二状态的信号的通讯接口，例如开关状态通讯接口。该硬点接口只可以通过一根通讯线缆传递一第一状态和一第二状态，稳定可靠，但无法适用于复杂的通讯要求。软点接口为具有通讯协议的通讯接口，例如Profibus接口、Profinet接口或Ethernet接口，也可以是其他类型的具有通讯协议的通讯接口。第一信号接口模块101可以根据钻井设备的自动化水平和网络类型配置不同的接口类型。例如，可以对于基于Ethernet网络构架的集成度高的钻井设备采用Ethernet接口采集信号，或者可以对于没有数据网络的钻井设备系统使用Profibus接口和硬点接口。

逻辑控制模块102可以由可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)实现，也可以为其他具有逻辑控制功能的设备实现。在一钻井设备动作被启动时，逻辑控制模块102根据上述的本地状态信号以及一互锁逻辑判定安全监测控制系统的一钻井设备动作冲突状态并输出一使能或禁止钻井设备动作的本地控制命令。

上述的互锁逻辑为一防止钻井设备动作出现冲突的逻辑设置，例如，不允许绞车下放动作在铁钻工夹钳处于关闭状态时发生，则绞车下放动作与铁钻工夹钳关闭即为一对互锁逻辑。本公开示例性实施例提出的互锁逻辑可以由一种互锁矩阵实现。例如，互锁矩阵首行均为一系列钻井设备动作，互锁矩阵首列均为一系列钻井设备状态，互锁矩阵一非首行首列元素的一第一状态标示钻井设备动作与状态的互斥关系。图2为一互锁矩阵示意图。在一钻井设备动作发生时，当逻辑控制模块102判断此钻井设备动作所对应的列与现有钻井设备状态所对应的行在矩阵中的交叉处有一第一状态标识(例如“X”或者其他任意标识符号)时，则禁止此钻井设备动作发生。值得一提的是，本互锁逻辑可以被关闭，以使工作人员在不需要本安全监测控制系统时不令该系统影响钻井设备的正常工作。

例如，当操作人员按下绞车下放按钮时，逻辑控制模块102接收到该动作的启动信号，逻辑控制模块102根据设定的该互锁逻辑关系和与之相关的钻井设备状态信号(例如铁钻工位置状态、铁钻工夹钳状态、顶驱夹钳状态、防喷器开关状态)，判断是否允许绞车下放动作。如果有触发互锁逻辑的状态存在(例如铁钻工夹钳处于关闭状态)则触发此互锁逻辑，逻辑控制模块102输出一禁止绞车下放的本地控制命令。如果没有触发互锁逻辑的状态存在，则逻辑控制模块102则输出一使能绞车下放的本地控制命令。本示例实施方式中的互锁逻辑也可以由其他方式实现，本公开对此不作限制。

第二信号接口模块103包括多种类型的信号接口，每一类型的信号接口至少适配一种钻井设备。在钻井设备动作被启动时，第二信号接口模块103接收一动作启动信号并将其转换为本地动作信号传输给逻辑控制模块102。当逻辑控制模块103做出逻辑判断，并输出一使能或禁止此钻井设备动作的本地控制命令时，第二信号接口模块103将本地控制命令转换为钻井设备的动作控制命令并将其输出至钻井设备。该动作控制命令可以为一开关状态，执行该动作控制命令的装置可以串联在钻井设备的动作控制回路上，当该动作控制命令为使能状态时，该装置接通钻井设备的动作控制回路；当该动作控制命令为禁止状态时，该装置切断钻井设备的动作控制回路。上述的本地控制命令和本地动作信号的信号类型可以为Profibus信号，也可以为其他信号，本公开对此不作限制。

图3是本公开示例性实施方式中的再一种安全监测控制系统的方框图。与上述图1所示的安全监测控制系统的不同之处在于，如图3，安全监测控制系统还可以包括一状态采集模块104，耦接第一信号接口模块101，用于采集钻井设备的状态并将其传输至第一信号接口模块101。该状态采集模块104可以由本公开所示的安全监测控制系统配置，也可以利用现有钻井设备已有的设备状态采集装置，以实现本公开的安全监测控制系统更好的可植入性。状态采集模块104与第一信号接口模块101可以多种方式相耦接，接口方式包括在第一信号接口模块101具有的接口类型中。

进一步的，如图3所示，安全监测控制系统还可以包括人机交互模块105，用于设置互锁逻辑、存储钻井设备动作冲突状态并显示安全监测控制系统的运行状态。该人机交互模块105可以包括显示器、鼠标或触摸屏等输入输出装置，也可以是其他能实现输入输出的设备，本公开不以此为限。工作人员可以通过该人机交互模块105设置互锁逻辑，并观察钻井设备动作冲突状态或安全检测控制系统的运行状态。

进一步的，本公开所示的安全监测控制系统还可以包括如图3所示的图像监视模块106，用于在逻辑控制模块102判断互锁逻辑被触发时收集错误出现处的钻井设备的现场视频信号并将其显示于人机交互模块105或其他显示器。该图像监视模块106可以包括摄像头、摄像头控制装置、麦克风、显示器和存储器中的一个或多个，也可以是其他可实现图像或声音传播的装置。当逻辑控制模块102判断一钻井设备动作不允许被执行时，除了输出一禁止钻井设备动作的控制命令，还控制图像监视模块106将错误出现处的钻井设备的画面传给人机交互模块105或其他显示器，以使工作人员观察到现场情况。

进一步的，本公开所示的安全监测控制系统还可以包括如图3所示的声光报警模块107，用于在逻辑控制模块102判断互锁逻辑被触发时发出声音以及光线报警。例如，当绞车下放动作发生时，逻辑控制模块102判断此绞车下放动作在此时不能执行，除输出一禁止绞车下放的控制命令外，还可以控制声光报警模块107发出声音以及光线报警，以提醒工作人员注意到此动作冲突状态。

在本示例实施方式的其他实施例中，安全监测控制系统还可以包括一如图3所示的远程通讯模块108，用于将安全监测控制系统的运行状态发送至外部接收器。在实际工作中，钻井设备常常设置于人烟稀少的自然环境中，例如远洋或荒漠。为了方便技术人员支援在钻井设备工作的工作人员，可以在本示例实施方式的安全监测控制系统中设置一远程通讯模块108，在发生钻井设备动作冲突或其他设备故障时，将现场情况例如音频、视频或设备参数等数据发送给远离钻井设备的技术人员。远程通讯模块108可以由卫星通讯实现，也可以是其他方便的通讯方式，本公开对此不作限制。

如图3所示的本公开示例性实施例的安全监测控制系统的工作方式可以如下：

多个钻井设备通过通讯线缆或其他通讯方式连接到状态采集模块104，状态采集模块104采集多个钻井设备的状态信号并将其传输到第一信号接口模块101，第一信号接口模块101接收并转换多个钻井设备的状态信号为Profibus信号，并将此Profibus信号传输到逻辑控制模块102；当操作人员按下绞车下放按钮时，第二信号接口模块103接收到此绞车下放动作启动信号并将其转换为一Profibus信号传输到逻辑控制模块102；逻辑控制模块102根据通过人机交互模块105设定的互锁逻辑关系和从第一信号接口模块101接收到的与之相关的钻井设备状态信号(例如铁钻工位置状态、铁钻工夹钳状态、顶驱夹钳状态、防喷器开关状态)，判断是否允许绞车下放动作。如果有触发互锁逻辑的状态存在(例如铁钻工夹钳处于关闭状态)则触发此互锁逻辑，逻辑控制模块102输出一禁止绞车下放的控制命令，第二信号接口模块103接收此控制命令并将其转换为绞车对应的一禁止控制命令，例如硬点接口的开关类型控制命令，使其传输到绞车控制系统，令绞车无法下方，同时一互锁报警信息显示在人机交互模块105中并被人机交互模块105存储，声光报警模块107启动，发出声音以及光线报警，同时图像监视模块106启动，逻辑控制模块102通过设定的摄像头与状态信号设备区域的对应关系将对应的摄像头地址信息发送给摄像头控制系统，摄像头控制系统根据此摄像头地址信息将该摄像头所拍摄的图像传输到相对应的位置，使操作人员可以看到现场情况，并打开铁钻工夹钳。此时还可以启动远程通讯模块108，使不在钻井现场的远程技术人员观察到铁钻工夹钳处的状况，以方便给现场工作人员以技术支持。如果没有触发互锁逻辑的状态存在，则逻辑控制模块102输出一使能绞车下放的本地控制命令。

本公开还提出一种钻井系统，包括多个钻井设备，用于执行钻井工作；以及一如上所述的安全监测控制系统，用于监测并控制各钻井设备的动作。上述安全监测控制系统应用在钻井设备上，具体应用细节由安全检测控制系统的说明可知，本公开在此不再赘述。

本公开提出的安全监测控制系统一方面通过设置互锁逻辑，并在监控到各钻井设备发生动作冲突、触发互锁逻辑时禁止钻井设备动作，防止了钻井作业误操作，保障了钻井设备和人员安全，提高了钻井设备作业的安全性、降低了操作人员的工作量、提高了工作效率。同时，通过设置多种信号接口，令本公开提出的安全监测控制系统具有较好的植入性和适配性，可方便地与各钻井设备适配，扩大了安全监测控制系统的应用范围。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种安全监测控制系统，其特征在于，包括：

第一信号接口模块，包括多种类型的信号接口，每一类型的所述信号接口至少适配一种钻井设备，用于在一所述钻井设备接入一所述信号接口时，接收钻井设备状态信号并转换所述钻井设备状态信号为一本地状态信号；

逻辑控制模块，用于在一钻井设备动作被启动时，根据所述本地状态信号以及一互锁逻辑判定所述安全监测控制系统的一钻井设备动作冲突状态并输出一使能或禁止所述钻井设备动作的本地控制命令；

第二信号接口模块，包括多种类型的所述信号接口，每一类型的所述信号接口至少适配一种所述钻井设备，用于在所述钻井设备动作被启动时，接收一动作启动信号并将其转换为一本地动作信号，以及将所述本地控制命令转换为所述钻井设备的动作控制命令并输出所述动作控制命令至所述钻井设备。

2.根据权利要求1所述的安全监测控制系统，其特征在于，还包括：

状态采集模块，耦接所述第一信号接口模块，用于采集所述钻井设备的状态并将其传输至所述第一信号接口模块。

3.根据权利要求1所述的安全监测控制系统，其特征在于，所述安全监测控制系统还包括：

人机交互模块，用于设置所述互锁逻辑、存储所述钻井设备动作冲突状态并显示所述安全监测控制系统的运行状态。

4.根据权利要求3所述的安全监测控制系统，其特征在于，所述安全监测控制系统还包括：

图像监视模块，用于在所述逻辑控制模块判断所述互锁逻辑被触发时，收集错误出现处的所述钻井设备的现场视频信号并将其显示于所述人机交互模块。

5.根据权利要求1所述的安全监测控制系统，其特征在于，所述安全监测控制系统还包括：

声光报警模块，用于在所述逻辑控制模块判断所述互锁逻辑被触发时发出声音和/或光线报警。

6.根据权利要求1所述的安全监测控制系统，其特征在于，所述安全监测控制系统还包括：

远程通讯模块，用于将所述安全监测控制系统的运行状态发送至外部接收器。

7.根据权利要求1所述的安全监测控制系统，其特征在于，所述逻辑控制模块由可编程逻辑控制器实现。

8.根据权利要求1所述的安全监测控制系统，其特征在于，所述信号接口包括硬点接口和软点接口。

9.根据权利要求1所述的安全监测控制系统，其特征在于，所述互锁逻辑为一互锁矩阵，所述互锁矩阵首行均为所述钻井设备的动作，所述互锁矩阵首列均为所述钻井设备的状态，所述互锁矩阵一非首行首列元素的一第一状态标识用于标示所述钻井设备动作与状态的互斥关系。

10.一种钻井系统，其特征在于，包括：

多个钻井设备，用于执行钻井动作；

一如权利要求1-9所述的安全监测控制系统，用于监测并控制所述钻井设备的动作。