一种随钻作业远程管理与操控的系统

技术领域

本发明涉及石油钻井工程技术领域，特别涉及一种随钻作业远程管理与操控的系统。

背景技术

定向钻井技术是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。定向钻井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一，它可有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标。定向钻井技术离不开随钻测井系统的“导航指路”。随钻测井系统相当井下设备的“千里眼”，能够随时将钻进沿途井下地质数据反馈至地面，用于优化钻井作业和地层评价。定向钻井和随钻测井两种技术的结合能够极大提升作业效率、降低工程风险。

随钻测井作业是一项复杂的工程，地面软件系统是此项工程中重要的工具。它负责井场现场的工作管理，负责获得来自地面的传感器数据以及井下的仪器测量数据。井场现场工程师利用地面软件系统，实时采集井场现场的传感器数据，掌握现场的施工信息。同时根据泥浆压力传感器数据，进行压力信号解码，获得来自于井下工具的状态指示信息以及地层测量数据信息，从而掌握井下工具的工作状态，得到井下工具采集的地质信息。地面软件系统同时负责将井场现场的数据远程传输至远程基地服务中心，远程专家对获得的井场现场数据进行分析处理解释，指导工作现场，达到大幅降低钻井成本、有效提高钻井效益的目的。

现有地面系统软件为单机操作，独立运行。井场工程师利用此套地面软件系统在现场进行操作，采集随钻测井数据。在需要向外传输数据时连接服务器，通过国际标准的WITS或者WITSML协议，将随钻测井的相关数据、钻井相关数据进行远程传输，远程专家在对数据进行处理分析后，利用电话等方式，与井场现场进行沟通。

现有的地面软件系统无法解决以下3个问题：

1.由于地面软件系统与井下硬件仪器结合紧密，其操作涉及到仪器系统的机密技术，因此需要严格细致的权限划分功能。现有技术采用固定的用户名及密码登陆，账户信息存储在本地电脑，鉴权系统也安装在本地，当用户忘记密码，本地电脑系统故障或者受到木马入侵，将可能导致账户丢失或被窃取，影响作业进度，危及技术安全，因此常规方法无法满足复杂安全的权限需求，远程基地无法控制井场现场的用户登陆，存在技术泄露风险。

2.地面软件系统软件模块众多，功能复杂，其功能涉及钻井、测井、录井等多个专业，在系统运行时需专业人员对系统进行配置，从而完成相关功能。现有技术需专人到现场操作配置，时间与资金成本大且效率低，当现场操作人员在系统的配置方面遇到问题时，利用电话与远程管理员沟通解决，由于相关信息庞大繁杂，远程管理员无法获得现场情况以及地面软件全面具体信息，沟通时信息量受限，因此效率低。

3.现有地面软件系统仅支持测井、钻井相关数据的远程传输，无法将软件系统运行日志等相关数据外传。由于系统的复杂性，测井数据结果受现场操作影响，远程专家无法获得对现场工作的全面了解，难以获得软件操作日志等信息，无法监控地面软件处理数据的过程是否正确，仅利用地面软件系统处理之后的井场测井数据进行分析处理，无法从源头上排查错误数据，从而影响远程数据分析的准确性。

总之，现有技术为单方向传输有限数据的方式，现有系统仅能向外传输随钻测井及钻井数据，没有涉及地面软件系统相关数据向外传输的方式以及从外部向内传输数据的方式。现有系统无法控制现场软件的登陆，技术泄露风险大且无法实现灵活的权限控制。由于地面软件系统非常复杂，软件模块众多，其配置与操作均需有专业人员维护，现有技术无法对现场软件系统进行远程操控，专家需要现场进行操作，人力成本高，时间成本高。现有技术在施工出现问题时远程人员无法获得井场现场的详细工作记录，井场与远程只能电话沟通，沟通的方式容易出错且效率低。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种随钻作业远程管理与操控的系统，解决了现有技术中存在的缺陷。

本申请实施例采用下述技术方案：

本申请实施例提供一种随钻作业远程管理与操控的系统，包括：配置管理云服务模块、鉴权与授权云服务系统、日志管理云服务模块、指令下传云服务模块、井场随钻测井实时数据传输系统、井场实时视频系统、地面软件系统和远程决策系统；

鉴权与授权云服务系统：是整个软件系统的核心，所有要求登录的模块均与此系统连接，并通过鉴权与授权云服务系统获得权限的支持；需要通过鉴权与授权云服务系统登录的模块主要包括：指令下传云服务模块、配置管理云服务模块、日志管理云服务模块、井场随钻测井实时数据传输系统、井场实时视频系统、地面软件系统和远程决策系统；通过部署在云端的鉴权与授权云服务系统，本地机器可以不再保存账户信息，防止因忘记密码、系统崩溃、木马入侵的原因影响现场作业进度；具有权限的管理员可远程登陆至鉴权与授权云服务系统进行用户权限的设置，包括用户的添加、删除、用户密码的修改、用户的角色和权限设置；

地面软件系统开启后需首先申请云服务的鉴权，鉴权通过后，鉴权与授权云服务系统对地面软件系统进行授权，授权内容主要包括：登陆用户在地面软件中可操作的模块、用户可见但无法操作的模块；用户获得授权登陆后，即可对地面软件系统进行现场操作；

配置管理云服务模块：基于鉴权与授权云服务系统提供的权限功能，配置管理员可远程登陆至配置管理云服务模块，在系统中选择相应的井场对应的地面软件系统，进行系统配置；地面软件系统登陆后，向配置管理云服务模块申请其配置文件，地面软件系统根据获得的配置文件对其本身进行配置，配置内容包括：地面传感器配置文件、软件系统的配置文件、显示模板配置、测井仪器库配置、默认的仪器参数配置、仪器功能测试配置文件、仪器刻度文件配置、单位制配置文件和泥浆解码算法配置文件；

日志管理云服务模块：基于鉴权与授权云服务系统，相关日志管理员可远程登陆；地面软件系统运行时，连接日志管理云服务模块，并上传系统产生的相关日志，日志管理员可实时采集获得来自于各井场的地面软件系统日志信息，日志包括：软件系统基本运行日志、软件操作日志、模块访问日志和软件错误日志；地面系统各项操作运行日志将随测井数据一同发往云平台数据库，远程专家可从源头上监控地面软件数据处理过程；

地面软件系统：用于随钻测井系统在井场现场施工中涉及到的工程施工管理、仪器工作参数配置、仪器及井场现场信息数据采集、监测、处理及存储工作；地面软件系统基于配置管理、权限管理及日志管理的云服务提供后台服务支撑，前台界面负责仪器参数配置操作；

井场随钻测井实时数据传输系统：负责将井场地面系统的数据进行实时远程传输至远程云服务集成系统，供远程专家使用，同时监测远程云服务集成系统数据，当更新了作业指令，该系统将云端最新指令传输到地面软件系统；

井场实时视频系统：井场实时视频系统包括安装在井架上的摄像机以及井场上空飞行的无人机；井架摄像机负责对井口现场的施工视频进行实时记录，无人机负责对井场的整体状态进行记录，二者录制的视频经井场视频系统实时传输到远程云服务集成系统中，作为远程决策系统中视频监控模块的数据源；

远程决策系统：该系统获取井场测井数据流后，结合相关地质、邻井和地震数据，利用地质导向软件进行分析和处理，专家根据该系统处理结果，形成下一步作业决策指令，后通过指令下传云服务模块将指令传至远程云服务集成系统；当井场出现异常时，专家可通过视频监控模块排查问题；该系统主要包括实时WITS/WITSML数据处理与监控模块、视频监控模块和指令下传云服务模块，

远程云服务集成系统：远程云服务集成系统是各项云服务及各软件的集成与入口，负责鉴权与授权云服务、配置管理云服务、日志管理云服务模块的集成，远程云端的各程序模块及服务均集成进入远程云服务集成系统；远程云服务集成系统同时是各项服务的登陆总入口，各项服务通过统一的总入口分别进入各自的具体功能；另外，远程云服务集成系统负责相关数据的存储、管理、数据处理及井场数据可视化功能；

1.根据相关权限管理规定，权限管理员通过鉴权与授权云服务系统为地面软件系统、井场实时视频系统、远程决策系统、配置管理云服务模块、日志管理云服务模块分配具有不同权限的账号密码；对应的井场工程师，远程基地专家，配置管理员，日志管理员得到账号信息后可登陆相关系统工作；

2.配置管理员登录配置管理云服务模块，根据井作业要求，生成配置文件，保存至远程云服务集成系统，配置文件包括：地面传感器配置文件、软件系统的配置文件、显示模板配置、测井仪器库配置、默认的仪器参数配置、仪器功能测试配置文件、仪器刻度文件配置、单位制配置文件和泥浆解码算法配置文件；

3.井场工程师登录地面软件系统，利用地面软件系统下载模块从远程云服务集成系统获取各种配置表，连接绞车传感器、压力传感器和悬重传感器，利用地面传感器配置文件对三种传感器进行配置，利用软件系统的配置文件、显示模板配置、测井仪器库配置、单位制配置文件以及泥浆解码算法配置文件对地面软件系统中系统参数进行初始化配置，井场工程师使用通讯电缆线将地面软件系统连接至待下井钻具，利用仪器参数配置、仪器功能测试配置文件、仪器刻度文件配置对带下井钻具进行初始化配置，配置完成后拆除通讯电缆线，完成工程前的系统配置和仪器配置工作；

4.井场工程师安装井架摄像机用于监控钻台作业情况，在井场上空部署无人机用于监控井场整体情况，并通过电缆或者无线路由连接至井场实时视频系统,利用无线路由以及UDP通讯协议将井场实时视频系统连接至远程云服务集成系统，远程基地专家通过远程决策系统中视频监控模块，从远程云服务集成系统中获取实时视频流，监控钻台以及井场实时工况；

5.钻井前，井场工程师运行地面软件系统，地面软件系统将系统各模块运行日志，包括：普通记录日志，错误日志，警告日志，通过井场随钻测井实时数据传输系统上传日志至远程云服务集成系统，日志管理员登录日志管理云服务模块，日志管理云服务模块实时从远程云服务集成系统实时获取地面软件系统的各模块运行日志，日志管理员利用日志管理云服务模块生成系统运行报告，将报告提交给远程基地专家，远程基地专家查看系统运行报告，确认软件运行正常、配置无误后通知井场工程师可以进行钻井作业；

6.钻井作业时，地面软件系统将压力传感器的压力数据通过内置的压力解码模块得到测井数据，该数据依据WITS/WITSML协议通过网络传输至远程云服务集成系统，远程决策系统实时从远程云服务集成系统中获取数据流后进行解析还原为测井数据，远程基地专家结合地质数据对测井数据进行分析，利用指令下传云服务生成作业指令文件，该文件记录下一步井眼轨迹调整方案参数，通常包括井斜参数和方位参数；指令下传云服务将指令文件传输至远程云服务集成系统，地面软件系统从远程云服务集成系统中自动实时获取最新指令文件；井场工程师收到最新指令文件后，根据指令文件内容进行下一步施工作业。

进一步的，若井场工程师发现井场设备出现异常无法解决时，可以请求远程基地专家进行协助，远程基地专家根据日志管理员提交的系统运行日志、井架视频监控、井场视频监控判断原因，如果需要进一步检查，井场工程师操作无人机对设备进行进一步监控以帮助快速识别原因。

进一步的，远程基地专家实时接收地面系统以及井场实时视频系统传输的数据，并利用远程决策系统进行决策和指令下传，指导井场工程师施工，直至作业结束；当作业结束后，井场工程师关闭地面软件系统和井场视频系统，收回地面传感器，收回无人机，收回井架摄像机后，断开与远程云服务集成系统的连接，与此同时，远程各种云服务停止接收数据流。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：可实现远程基地专家对于多个井场现场的实时管理，利用云服务平台为各个井场地面软件提供云服务的方式，可实现远程登陆限制、软件系统配置、软件系统监测、远程指令下发等目的。技术方案真正实现了远程专家对于井场现场的远程操控，同时减少现场施工操作人员。多名各专业专家可在基地中心同时对多个井场现场进行远程操控，通过协同工作及时交流可高效完成重大决策。高风险的现场操作人员将逐步减少，结合5G等实时通信技术，将逐步实现无人化作业，这不仅将大幅降低生产成本，且大幅提高工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例远程操控系统的流程示意图；

图2是本发明实施例远程操控系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种随钻作业远程管理与操控的系统，包括配置管理云服务模块、鉴权与授权云服务系统、日志管理云服务模块、指令下传云服务模块和地面软件系统；

配置管理云服务模块、鉴权与授权云服务系统、指令下传云服务模块和日志管理云服务模块是四个可分别独立部署的服务子系统。子系统可以在不依赖其他系统的情况下独自运行，并且通过服务端口为其他系统提供服务。

鉴权与授权云服务系统：是整个软件系统的核心，所有要求登录的模块均与此系统连接，并通过鉴权与授权云服务系统获得权限的支持。

需要登录的软件系统模块主要包括：指令下传云服务模块、配置管理云服务系统模块、日志管理云服务模块、地面软件系统、井场实时随钻测井数据传输系统、井场实时视频传输系统及远程决策系统等。通过部署在云端的鉴权和授权系统，本地机器可以不再保存账户信息，防止因忘记密码、系统崩溃、木马入侵等原因影响现场作业进度。

具有权限的管理员可远程登陆至鉴权与授权云服务系统进行用户权限的设置，包括用户的添加、删除、用户密码的修改、用户的角色及相关权限设置等。地面软件系统开启后需首先申请云服务的鉴权，鉴权通过后，鉴权与授权云服务系统对地面软件系统进行授权，授权内容主要包括：登陆用户在地面软件中可操作的模块、用户可见但无法操作的模块。用户获得授权登陆后，即可对地面软件系统进行现场操作。

部署鉴权与授权云服务的步骤如下：

1.将鉴权与授权云服务的源代码编译为可执行程序。

2.将可执行程序放在服务器中，并且通过命令行脚本启动鉴权与授权云服务的可执行程序。

3.鉴权与授权云服务成功运行后将对外开放2个TCP协议端口提外服务。其中8081端口用于自身系统的内部管理，可供管理员登录；9081端口用于对外部系统提供服务，可供外部系统远程连接。

配置管理云服务模块：基于鉴权与授权云服务系统提供的权限功能，配置管理员可远程登陆至配置管理云服务系统，在系统中选择相应的井场对应的地面软件系统，进行系统配置。地面软件系统登陆后，向配置管理云服务申请其配置文件，地面软件系统根据获得的配置文件对其本身进行配置，配置内容包括：地面传感器配置文件、软件系统的配置文件、显示模板配置、测井仪器库配置、默认的仪器参数配置、仪器功能测试配置文件、仪器刻度文件配置、单位制配置文件、泥浆解码算法配置文件等。

部署配置管理云服务的步骤如下：

1.将配置管理云服务的源代码编译为可执行程序。

2.将可执行程序放在服务器中，并且通过命令行脚本启动配置管理云服务的可执行程序。

3.配置管理云服务成功运行后将对外开放2个TCP协议端口提供服务。其中8082端口用于自身系统的内部管理，可供管理员登录；9082端口用于对外部系统提供服务，可供外部系统远程连接。

日志管理云服务模块：基于权限云服务的鉴权与授权，相关日志管理员可远程登陆。地面软件系统运行时，连接日志管理云服务模块，并上传系统产生的相关日志，日志管理员可实时采集获得来自于各井场的地面软件系统日志信息，日志包括：软件系统基本运行日志、软件操作日志、模块访问日志、软件错误日志等。目前技术体系中的地面软件系统没有该项功能，远程专家得到的是地面软件系统处理后的数据结果，无法获知地面软件运行日志，因此无法从源头上监控数据处理过程。本发明设计中，地面系统各项操作运行日志将随测井数据一同发往云平台数据库，远程专家可从源头上监控地面软件数据处理过程，和现行方法相比，可以提前捕获异常数据、错误数据。

部署日志管理云服务的步骤如下：

1.将日志管理云服务的源代码编译为可执行程序。

2.将可执行程序放在服务器中，并且通过命令行脚本启动日志管理云服务的可执行程序。

3.日志管理云服务成功运行后将对外开放2个TCP协议端口提供服务。其中8083端口用于自身系统的内部管理，可供管理员登录；9083端口用于对外部系统提供服务，可供外部系统远程连接。

指令下传云服务系统：指令下传云服务系统基于鉴权与授权云服务系统提供的权限功能，专家可远程登录指令下传云服务系统，在系统中选择相应的井场对应的地面软件系统，进行系统配置。井场相关测井、钻井数据将传输至云平台数据库，专家利用部署在云端的远程决策系统的数据处理模块形成下一步作业指令文件，通过指令下传云服务将该指令文件传输给地面软件系统，地面软件系统利用可以实时刷新获取云端的指令文件，井场施工人员通过地面软件系统得到指令文件后继续进行施工作业。

地面软件系统：用于随钻测井系统在井场现场施工中涉及到的工程施工管理、仪器工作参数配置、仪器及井场现场信息数据采集、监测、处理及存储等工作。现有地面软件系统为单机版，无法实现远程基地的专家对于井场现场的全方位监控，施工风险大，工作效率低。本发明的地面软件系统基于配置管理、权限管理及日志管理的云服务提供后台服务支撑，前台界面负责仪器参数配置等操作。

井场随钻测井实时数据传输系统：负责将井场地面系统的数据进行实时远程传输至远程云服务集成系统，供远程专家使用，同时监测远程云服务集成系统数据，当远程专家更新了作业指令，该系统将云端最新指令传输到地面软件系统。

井场实时视频系统：井场实时视频系统包括安装在井架上的摄像机以及井场上空飞行的无人机。井架摄像机负责对井口现场的施工视频进行实时记录，无人机负责对井场的整体状态进行记录，二者录制的视频经井场视频系统实时传输到远程云服务集成系统中，具有相关权限人员可登陆至数据库查看井场的实时视频，从而可获得井场整体的运行情况以及随钻测井的施工情况。当井场设备出现故障或者异常时，目前采用的方法是工程师到设备前进行检查，由于一线井场设备常常具备高温高压、化学腐蚀、有毒气体等特点，当前的排查措施具有一定的危险性。本发明设计通过使用自由灵活的无人机装备代替人工去执行相关危险操作，避免了人员受伤的风险且提高了效率。专家根据获得的井场现场随钻测井实时数据、地面软件系统运行的实时日志、井场现场实时视频，远程确定现场的工作状态，通过登录配置管理云服务系统设置软件的工作参数以及指令下传云服务模块，即达到远程操作地面软件的目的。

如图2所示，示出了远程操控系统的结构示意图，并可以将远程操控系统应用在基于云服务的井场地面远程操控方法中，具体实施步骤如下：

1.根据相关权限管理规定，权限管理员(15)通过鉴权与授权云服务系统(11)为地面软件系统(5)、井场实时视频系统(6)、远程决策系统(9)、配置管理云服务模块(10)、日志管理云服务模块(12)分配具有不同权限的账号密码。对应的井场工程师(7)，远程基地专家(13)，配置管理员(14)，日志管理员(16)得到账号信息后可登陆相关系统工作。

2.配置管理员(14)登录配置管理云服务模块(10)，根据该井作业要求，生成配置文件，保存至远程云服务集成系统(8)，配置文件通常包括：地面传感器配置文件、软件系统的配置文件、显示模板配置、测井仪器库配置、默认的仪器参数配置、仪器功能测试配置文件、仪器刻度文件配置、单位制配置文件、泥浆解码算法配置文件等。

3.井场工程师(7)登录地面软件系统(5)，利用地面软件系统(5)下载模块从远程云服务集成系统(8)获取各种配置表，连接绞车传感器(2)，压力传感器(17)，悬重传感器(1)，利用地面传感器配置文件对三种传感器进行配置，利用软件系统的配置文件、显示模板配置、测井仪器库配置、单位制配置文件以及泥浆解码算法配置文件对地面软件系统(5)中相关系统参数进行初始化配置，井场工程师(7)使用通讯电缆线将地面软件系统(5)连接至待下井钻具(18)，利用仪器参数配置、仪器功能测试配置文件、仪器刻度文件配置对带下井钻具(18)进行初始化配置，配置完成后拆除通讯电缆线，完成工程前的系统配置和仪器配置工作。

4.井场工程师(7)安装井架摄像机(6)用于监控钻台作业情况，在井场上空部署无人机(3)用于监控井场整体情况，并通过电缆或者无线路由连接至井场实时视频系统(6),利用无线路由以及UDP通讯协议将井场实时视频系统(6)连接至远程云服务集成系统(8)，远程基地专家(13)通过远程决策系统(9)中视频监控模块，从远程云服务集成系统(8)中获取实时视频流，监控钻台以及井场实时工况。

5.钻井前，井场工程师(7)运行地面软件系统(5)，地面软件系统(5)将系统各模块运行日志(一般包括：普通记录日志，错误日志，警告日志)通过井场数据传输系统上传至远程云服务集成系统(8)，日志管理员(16)登录日志管理云服务(12)，日志管理云服务(12)实时从远程云服务集成系统(8)实时获取地面软件系统(5)的各模块运行日志，日志管理员(16)利用日志管理云服务(12)生成系统运行报告，将报告提交给远程基地专家(13)，远程基地专家(13)查看系统运行报告，确认软件运行正常、配置无误后通知井场工程师(7)可以进行钻井作业。

6.钻井作业时，地面软件系统(5)将压力传感器(17)的压力数据通过内置的压力解码模块得到测井数据，该数据依据WITS/WITSML协议通过网络传输至远程云服务集成系统(8)，远程决策系统(9)实时从远程云服务集成系统(8)中获取数据流后进行解析还原为测井数据，远程基地专家(13)结合地质数据对测井数据进行分析，利用指令下传云服务生成作业指令文件，该文件记录下一步井眼轨迹调整方案参数，通常包括井斜参数和方位参数。指令下传云服务将指令文件传输至远程云服务集成系统(8)，地面软件系统(5)从远程云服务集成系统(8)中自动实时获取最新指令文件。井场工程师(7)收到最新指令文件后，根据指令文件内容进行下一步施工作业。7.在钻井过程中，若井场工程师(7)发现井场设备出现异常无法解决时，可以请求远程基地专家(13)进行协助，远程基地专家(13)根据日志管理员(16)提交的系统运行日志、井架视频监控、井场视频监控判断原因，如果需要进一步检查，井场工程师(7)操作无人机(3)对设备进行进一步监控以帮助快速识别原因。

8.在钻井过程中，远程基地专家(13)实时接收地面系统(5)以及井场实时视频系统(6)传输的数据，并利用远程决策系统(9)进行决策和指令下传，指导井场工程师(7)施工，直至作业结束。当作业结束后，井场工程师(7)关闭地面软件系统(5)和井场视频系统(6)，收回地面传感器(1,2,17)，收回无人机(3)，收回井架摄像机(4)后，断开与远程云服务集成系统(8)的连接，与此同时，远程各种云服务停止接收数据流。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。