鑽機現場監控平臺的製作方法

2023-10-04 01:43:09

鑽機現場監控平臺的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種鑽機現場監控平臺，所述監控平臺包括防爆攝像機、圖像處理器、數字處理器和多個傳感器，圖像處理器分別連接防爆攝像機和數字處理器，用於將防爆攝像機拍攝的現場圖像進行目標識別跟蹤，將目標識別跟蹤結果發送給數字處理器，多個傳感器用於對鑽井的多個參數進行採集，數字處理器根據目標識別跟蹤結果和多個傳感器所採集的參數確定報警策略。通過本發明，能夠自動地對鑽井的多個參數監控報警，還能對鑽機現場的人物軌跡進行運動模擬圖繪製，方便與所述監控平臺連接的遠端監控中心及時發現鑽機現場異常狀況，避免危險事態的進一步擴大。
【專利說明】鑽機現場監控平臺

【技術領域】
[0001] 本發明涉及鑽機監控領域，尤其涉及一種鑽機現場監控平臺。

【背景技術】
[0002] 鑽井（drilling)是利用機械設備，將地層鑽成具有一定深度的圓柱形孔眼的工 程。按巖石破碎方式和所用工具類型，又可分為頓鑽和旋轉鑽。在地質工作中，利用鑽探設 備向地下鑽成的直徑較小、深度較大的柱狀圓孔，又稱鑽孔。鑽井直徑和深度大小，取決於 鑽井用途及礦產埋藏深度等。鑽探石油、天然氣以及地下水的鑽井直徑都較大。
[0003] 鑽井主要功用為：（1)獲取地下實物資料，即從鑽井中採取巖心、礦心、巖屑、液態 樣、氣態樣等；（2)作為地球物理測井通道，獲取巖礦層各種地球物理場的資料；（3)作為人 工通道觀測地下水層水文地質動態情況；（4)用作探、採結合，開發地下水、油氣、地熱等的 鑽井。鑽井通常按用途分為地質普查或勘探鑽井、水文地質鑽井、水井或工程地質鑽井、地 熱鑽井、石油鑽井、煤田鑽井、礦田鑽井、建築地面鑽井等。
[0004] 由於鑽井現場作業對安全性能要求較高，需要對多種現場參數進行監控，在確保 參數在正常數值範圍，以及沒有現場的違規違章操作的情況下，才能降低事故發生的機率， 現有技術中鑽井監控的手段主要是模擬視頻監控系統，通過模擬信號的採集和分析判斷鑽 井現場是否存在安全隱患，但是，模擬監控系統具有天生的技術瓶頸，例如精度低，運算速 度慢等，已經不能滿足各種鑽井現場安全生產的要求，同時缺少對現場非法人員侵入的監 控手段，未建立起鑽井現場的安防系統。
[0005] 因此，需要一種數位化鑽機現場監控的技術方案，對現場參數進行數位化採集、運 算和傳輸，實現對現場參數的監控以及現場人員的人物識別跟蹤，提供全面、準確的安全監 控數據，有力地保障鑽井現場的正常運行，減少鑽井運營商的經濟損失。


【發明內容】

[0006] 為了解決上述問題，本發明提供了一種鑽機現場監控平臺，通過圖像目標識別跟 蹤的方式，對鑽井現場攝像頭拍攝的現場圖像進行人物目標識別和跟蹤，提供入侵報警信 號，並將數位化傳感器採集到的各個現場參數數據與各個參考數據比較，在出現異於參考 數據的情況時，提供相關參數的報警信息，便於遠端的監控中心儘快了解鑽井現場的狀況， 以採取相應措施，排除現場故障，清除現場侵入人員，為鑽井工作提供全方面保障。
[0007] 根據本發明的一方面，提供了一種鑽機現場監控平臺，所述監控平臺包括防爆攝 像機、圖像處理器、數字處理器和多個傳感器，圖像處理器分別連接防爆攝像機和數字處理 器，用於將防爆攝像機拍攝的現場圖像進行目標識別跟蹤，將目標識別跟蹤結果發送給數 字處理器，多個傳感器用於對鑽井的多個參數進行採集，數字處理器根據目標識別跟蹤結 果和多個傳感器所採集的參數確定報警策略。
[0008] 更具體地，在所述鑽機現場監控平臺中，進一步包括，無線數據通信接口，用於通 過無線通信網絡與遠端的監控中心連接，接收監控中心的用戶輸入設備所輸入的預定鑽壓 上限、預定機械鑽速上限、預定泥漿出口密度上限、預定泥漿入口密度上限、人物上限灰度 閾值和人物下限灰度閾值；存儲器，連接無線數據通信接口，用於存儲預定鑽壓上限、預定 機械鑽速上限、預定泥漿出口密度上限、預定泥漿入口密度上限、人物上限灰度閾值和人物 下限灰度閾值；所述圖像處理器包括，目標識別單元，連接防爆攝像機和存儲設備，接收現 場圖像，將現場圖像中灰度值在人物上限灰度閾值和人物下限灰度閾值之間的像素識別並 組成人物目標圖像；目標跟蹤單元，連接目標識別單元，採用基於模板匹配的目標跟蹤算 法，根據前後兩幀人物目標圖像確定人物的運動軌跡；所述多個傳感器包括，大鉤負荷傳感 器，用於採集鑽井的大鉤負荷數據；大鉤高度傳感器，用於採集鑽機的大鉤高度數據；泥漿 出口密度傳感器，用於採集鑽機出口處的出口泥漿密度數據；泥漿入口密度傳感器，用於採 集鑽機入口處的入口泥漿密度數據；所述數字處理器包括，運算單元，接收大鉤負荷數據， 並基於大鉤負荷數據計算鑽井的鑽壓數據，接收大鉤高度數據，基於大鉤高度數據計算鑽 井的鑽時數據，並基於鑽時數據計算鑽機的機械鑽速數據；處理單元，分別連接運算單元和 存儲器，當鑽井的鑽壓數據超過預定鑽壓上限時，發出鑽壓過高提示信號，當鑽井的鑽壓數 據超過預定鑽壓上限10%時，發出鑽壓過高警示信號，當鑽井的鑽壓數據超過預定鑽壓上 限30%時，發出鑽壓過高報警信號，當鑽井的機械鑽速數據超過預定機械鑽速上限時，發出 機械鑽速過高提示信號，當鑽井的機械鑽速數據超過預定機械鑽速上限10%時，發出機械 鑽速過高警示信號，當鑽井的機械鑽速數據超過預定機械鑽速上限30%時，發出機械鑽速 過高報警信號，當鑽井的出口泥漿密度數據超過預定泥漿出口密度上限時，發出泥漿出口 密度過高提示信號，當鑽井的出口泥漿密度數據超過預定泥漿出口密度上限10%時，發出 泥漿出口密度過高警示信號，當鑽井的出口泥漿密度數據超過預定泥楽出口密度上限30% 時，發出泥漿出口密度過高報警信號，當鑽井的入口泥漿密度數據超過預定泥漿入口密度 上限時，發出泥漿入口密度過高提示信號，當鑽井的入口泥漿密度數據超過預定泥漿入口 密度上限10%時，發出漿入口密度過高警示信號，當鑽井的入口泥漿密度數據超過預定泥 漿入口密度上限30%時，發出泥漿入口密度過高報警信號，還分別連接目標識別單元和目 標跟蹤單元，在接收到人物目標圖像時發出入侵報警信號，並根據現場圖像、人物目標圖像 和人物的運動軌跡繪製人物相對於現場的運動模擬圖；其中，無線數據通信接口連接處理 單元，用於將鑽壓過高提示信號、鑽壓過高警示信號、鑽壓過高報警信號、機械鑽速過高提 示信號、機械鑽速過高警示信號、機械鑽速過高報警信號、泥漿出口密度過高提示信號、泥 漿出口密度過高警示信號、泥漿出口密度過高報警信號、泥漿入口密度過高提示信號、泥漿 入口密度過高警示信號、泥漿入口密度過高報警信號、入侵報警信號和運動模擬圖通過無 線通信網絡發送到遠端的監控中心。
[0009] 更具體地，在所述鑽機現場監控平臺中，所述數字處理器為TMS6000系列的數字 處理器。
[0010] 更具體地，在所述鑽機現場監控平臺中，所述無線數據通信接口為GPRS通信接 口、3G通信接口或4G通信接口。
[0011] 更具體地，在所述鑽機現場監控平臺中，進一步包括溼度傳感器，用於採集鑽井的 現場溼度數據。
[0012] 更具體地，在所述鑽機現場監控平臺中，所述溼度傳感器連接所述無線數據通信 接口，用於將現場溼度數據通過無線通信網絡發送到遠端的監控中心。
[0013] 更具體地，在所述鑽機現場監控平臺中，進一步包括溫度傳感器，用於採集鑽井的 現場溫度數據。
[0014] 更具體地，在所述鑽機現場監控平臺中，所述溫度傳感器連接所述無線數據通信 接口，用於將現場溫度數據通過無線通信網絡發送到遠端的監控中心。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 以下將結合附圖對本發明的實施方案進行描述，其中：
[0016] 圖1為根據本發明實施方案示出的鑽機現場監控平臺的結構方框圖。
[0017] 圖2為根據本發明實施方案示出的鑽機現場監控平臺的圖像處理器的結構方框 圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面將參照附圖對本發明的鑽機現場監控平臺的實施方案進行詳細說明。
[0019] 鑽井的應用領域很廣，包括且不限於地質普查或勘探、水文地質勘測、水井或工程 地質勘測、地熱開發、石油開發、煤田開發和礦田開發。由於鑽井工作主要集中在地下，其行 業特殊性決定了其對現場參數的安全性能要求較高，稍有不慎，會前功盡棄，給鑽井現場各 種設備造成巨大損壞，給鑽井運營方帶來不菲的開銷，有時現場甚至無法繼續再度開發。尤 其在複雜層段和新探區，憑經驗打井往往事故不斷，造成資金和時間的巨大浪費。
[0020] 因此，為了避免安全事故的發送，減少現場違規違章操作，需要建立起一套現場多 參數監測、現場侵入報警的安全保障系統，並與遠端監控中心建立無線鏈路連接，便於遠端 操作人員及時採取措施，解決安全隱患，避免安全事故的發生。
[0021] 當前對鑽井監控的技術方案是通過模擬化的鑽井參數監測儀提供了鑽井工程信 息，對鑽井工況及有關參數進行實時模擬監測，而且及時預報可能出現的複雜情況和鑽井 事故，從而為鑽井工程技術人員的現場決策提供了實時資料。但模擬化的監測系統監測精 度不高、傳輸數據速度較慢，同時缺少人員侵入報警，無法為鑽井現場提供全面、準確的監 控信息。
[0022] 本發明的鑽機現場監控平臺，能夠自動提供各種數位化現場參數和現場數位化圖 像，並能夠經過數位化智能分析，將分析結果通過無線通信鏈路傳輸給遠端的監控中心，t匕 現有技術的鑽井監控方案更為可靠。
[0023] 圖1為根據本發明實施方案示出的鑽機現場監控平臺的結構方框圖，所述監控平 臺包括多個傳感器1、防爆攝像機2、圖像處理器3、數字處理器4、存儲器5和無線數據通信 接口 6,圖像處理器3分別連接防爆攝像機2和數字處理器4,用於將防爆攝像機2拍攝的 現場圖像進行目標識別跟蹤，將目標識別跟蹤結果發送給數字處理器4,多個傳感器1用於 對鑽井的多個參數進行採集，數字處理器4根據目標識別跟蹤結果和多個傳感器所採集的 參數確定報警策略，無線數據通信接口 6分別與數字處理器4和存儲器5連接，用於將遠端 設定的各個參考數據發送到存儲器5中存儲，並將數字處理器4的報警策略發送到遠端的 監控中心，存儲器5還與數字處理器4連接以提供各個參考數據。
[0024] 接著，對鑽機現場監控平臺的結構進行更具體的說明。
[0025] 在所述鑽機現場監控平臺中，無線數據通信接口 6,用於通過無線通信網絡與遠端 的監控中心連接，接收監控中心的用戶輸入設備所輸入的預定鑽壓上限、預定機械鑽速上 限、預定泥漿出口密度上限、預定泥漿入口密度上限、人物上限灰度閾值和人物下限灰度閾 值；存儲器5,連接無線數據通信接口 6,用於存儲預定鑽壓上限、預定機械鑽速上限、預定 泥漿出口密度上限、預定泥漿入口密度上限、人物上限灰度閾值和人物下限灰度閾值。
[0026] 參考圖2,所述圖像處理器3包括，目標識別單元31，連接防爆攝像機2和存儲設 備5,接收現場圖像，將現場圖像中灰度值在人物上限灰度閾值和人物下限灰度閾值之間的 像素識別並組成人物目標圖像；目標跟蹤單元32,連接目標識別單元31，採用基於模板匹 配的目標跟蹤算法，根據前後兩幀人物目標圖像確定人物的運動軌跡。
[0027] 所述多個傳感器1包括，大鉤負荷傳感器，用於採集鑽井的大鉤負荷數據；大鉤高 度傳感器，用於採集鑽機的大鉤高度數據；泥漿出口密度傳感器，用於採集鑽機出口處的出 口泥漿密度數據；泥漿入口密度傳感器，用於採集鑽機入口處的入口泥漿密度數據。
[0028] 所述數字處理器4包括，運算單元，接收大鉤負荷數據，並基於大鉤負荷數據計算 鑽井的鑽壓數據，接收大鉤高度數據，基於大鉤高度數據計算鑽井的鑽時數據，並基於鑽 時數據計算鑽機的機械鑽速數據；處理單元，分別連接運算單元和存儲器5,當鑽井的鑽壓 數據超過預定鑽壓上限時，發出鑽壓過高提示信號，當鑽井的鑽壓數據超過預定鑽壓上限 10%時，發出鑽壓過高警示信號，當鑽井的鑽壓數據超過預定鑽壓上限30%時，發出鑽壓過 高報警信號，當鑽井的機械鑽速數據超過預定機械鑽速上限時，發出機械鑽速過高提示信 號，當鑽井的機械鑽速數據超過預定機械鑽速上限10%時，發出機械鑽速過高警示信號，當 鑽井的機械鑽速數據超過預定機械鑽速上限30%時，發出機械鑽速過高報警信號，當鑽井 的出口泥漿密度數據超過預定泥漿出口密度上限時，發出泥漿出口密度過高提示信號，當 鑽井的出口泥漿密度數據超過預定泥漿出口密度上限10%時，發出泥漿出口密度過高警示 信號，當鑽井的出口泥漿密度數據超過預定泥漿出口密度上限30%時，發出泥漿出口密度 過高報警信號，當鑽井的入口泥漿密度數據超過預定泥漿入口密度上限時，發出泥漿入口 密度過高提示信號，當鑽井的入口泥漿密度數據超過預定泥漿入口密度上限10%時，發出 漿入口密度過高警示信號，當鑽井的入口泥漿密度數據超過預定泥漿入口密度上限30% 時，發出泥漿入口密度過高報警信號，還分別連接目標識別單元31和目標跟蹤單元32,在 接收到人物目標圖像時發出入侵報警信號，並根據現場圖像、人物目標圖像和人物的運動 軌跡繪製人物相對於現場的運動模擬圖。
[0029] 其中，無線數據通信接口 6連接處理單元，用於將鑽壓過高提示信號、鑽壓過高警 示信號、鑽壓過高報警信號、機械鑽速過高提示信號、機械鑽速過高警示信號、機械鑽速過 高報警信號、泥漿出口密度過高提示信號、泥漿出口密度過高警示信號、泥漿出口密度過高 報警信號、泥漿入口密度過高提示信號、泥漿入口密度過高警示信號、泥漿入口密度過高報 警信號、入侵報警信號和運動模擬圖通過無線通信網絡發送到遠端的監控中心。
[0030] 其中，所述數字處理器4可選為TMS6000系列的數字處理器，所述無線數據通信接 口 6可選為GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口，所述鑽機現場監控平臺可以包括溼 度傳感器，用於採集鑽井的現場溼度數據，所述溼度傳感器連接所述無線數據通信接口 6， 用於將現場溼度數據通過無線通信網絡發送到遠端的監控中心，所述鑽機現場監控平臺可 以包括溫度傳感器，用於採集鑽井的現場溫度數據，所述溫度傳感器連接所述無線數據通 信接口 6,用於將現場溫度數據通過無線通信網絡發送到遠端的監控中心。
[0031] 另外，大鉤，是鑽井提升系統的一部分，懸掛於遊動滑車的下面。大鉤有單鉤、雙鉤 和三鉤。石油鑽機用大鉤一般都是三鉤。根據製造的方法不同，鉤身有鍛造的、鋼板組焊的 和鑄造的，後者輕便些。大鉤主要由鉤身、鉤杆、鉤座、提環、止推軸承和彈簧組成。鑽機作 業對大鉤的要求是：應具有足夠的強度和工作可靠性；鉤身能靈活轉動，以便上扣、卸扣； 大鉤彈簧行程應足以補償上鑽杆和卸鑽杆是的距離；鉤口和側鉤的閉鎖裝置應絕對可靠、 閉啟方便；大鉤應有緩衝減震功能，減小拆卸立根的衝擊。鑽井時，在大鉤上懸掛帶有全部 鑽具的水龍頭。大鉤兩側還掛有兩個吊環，與吊卡配合供起下鑽具或下套管之用。
[0032] 另外，鑽壓，就是當正常鑽進時，下放鑽柱，把部分鑽柱的重力加到鑽頭上作為鑽 壓。鑽時，是衡量巖層可鑽性的指標之一，即每鑽進一米所需要的時間。鑽時正好是機械鑽 速的倒數。石油鑽井通過測量鑽時來判斷地層的變化，稱為鑽時錄井。鑽時錄井是鑽井地 質工作的一個重要內容。機械鑽速是指鑽井中鑽頭在單位時間內的鑽進進尺，是反映鑽進 速度快慢的參數，他是一口井的鑽井速度快慢的重要技術經濟指標，也是衡量一個鑽頭優 劣的重要指標。
[0033] 採用本發明的鑽機現場監控平臺，針對現有模擬鑽機現場監控設備監控精度不 高、監控對象不全的技術問題，採用圖像目標識別的方式識別鑽井現場的人物目標以進行 人物侵入報警，採用圖像目標跟蹤的方式判斷人物軌跡，採用數位化手段確定鑽井現場的 各個參數數據，將各個參數數據與各個預定參考數據進行比較，在出現數據異常時及時發 出多種報警信息，監控更有效、更全面。
[0034] 可以理解的是，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例並非用以 限定本發明。對於任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案範圍情況下， 都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等 同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對 以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍 內。
【權利要求】
1. 一種鑽機現場監控平臺，其特徵在於，所述監控平臺包括防爆攝像機、圖像處理器、 數字處理器和多個傳感器，圖像處理器分別連接防爆攝像機和數字處理器，用於將防爆攝 像機拍攝的現場圖像進行目標識別跟蹤，將目標識別跟蹤結果發送給數字處理器，多個傳 感器用於對鑽井的多個參數進行採集，數字處理器根據目標識別跟蹤結果和多個傳感器所 採集的參數確定報警策略。
2. 如權利要求1所述的鑽機現場監控平臺，其特徵在於，所述監控平臺還包括： 無線數據通信接口，用於通過無線通信網絡與遠端的監控中心連接，接收監控中心的 用戶輸入設備所輸入的預定鑽壓上限、預定機械鑽速上限、預定泥漿出口密度上限、預定泥 漿入口密度上限、人物上限灰度閾值和人物下限灰度閾值； 存儲器，連接無線數據通信接口，用於存儲預定鑽壓上限、預定機械鑽速上限、預定泥 漿出口密度上限、預定泥漿入口密度上限、人物上限灰度閾值和人物下限灰度閾值； 所述圖像處理器包括 目標識別單元，連接防爆攝像機和存儲設備，接收現場圖像，將現場圖像中灰度值在人 物上限灰度閾值和人物下限灰度閾值之間的像素識別並組成人物目標圖像； 目標跟蹤單元，連接目標識別單元，採用基於模板匹配的目標跟蹤算法，根據前後兩幀 人物目標圖像確定人物的運動軌跡； 所述多個傳感器包括 大鉤負荷傳感器，用於採集鑽井的大鉤負荷數據； 大鉤高度傳感器，用於採集鑽機的大鉤高度數據； 泥漿出口密度傳感器，用於採集鑽機出口處的出口泥漿密度數據； 泥漿入口密度傳感器，用於採集鑽機入口處的入口泥漿密度數據； 所述數字處理器包括 運算單元，接收大鉤負荷數據，並基於大鉤負荷數據計算鑽井的鑽壓數據，接收大鉤高 度數據，基於大鉤高度數據計算鑽井的鑽時數據，並基於鑽時數據計算鑽機的機械鑽速數 據； 處理單元，分別連接運算單元和存儲器，當鑽井的鑽壓數據超過預定鑽壓上限時，發出 鑽壓過高提示信號，當鑽井的鑽壓數據超過預定鑽壓上限10%時，發出鑽壓過高警示信號， 當鑽井的鑽壓數據超過預定鑽壓上限30%時，發出鑽壓過高報警信號，當鑽井的機械鑽速 數據超過預定機械鑽速上限時，發出機械鑽速過高提示信號，當鑽井的機械鑽速數據超過 預定機械鑽速上限10%時，發出機械鑽速過高警示信號，當鑽井的機械鑽速數據超過預定 機械鑽速上限30%時，發出機械鑽速過高報警信號，當鑽井的出口泥漿密度數據超過預定 泥漿出口密度上限時，發出泥漿出口密度過高提示信號，當鑽井的出口泥漿密度數據超過 預定泥漿出口密度上限10%時，發出泥漿出口密度過高警示信號，當鑽井的出口泥漿密度 數據超過預定泥漿出口密度上限30%時，發出泥漿出口密度過高報警信號，當鑽井的入口 泥漿密度數據超過預定泥漿入口密度上限時，發出泥漿入口密度過高提示信號，當鑽井的 入口泥漿密度數據超過預定泥漿入口密度上限10 %時，發出漿入口密度過高警示信號，當 鑽井的入口泥漿密度數據超過預定泥漿入口密度上限30%時，發出泥漿入口密度過高報警 信號，還分別連接目標識別單元和目標跟蹤單元，在接收到人物目標圖像時發出入侵報警 信號，並根據現場圖像、人物目標圖像和人物的運動軌跡繪製人物相對於現場的運動模擬 圖； 其中，無線數據通信接口連接處理單元，用於將鑽壓過高提示信號、鑽壓過高警示信 號、鑽壓過高報警信號、機械鑽速過高提示信號、機械鑽速過高警示信號、機械鑽速過高報 警信號、泥漿出口密度過高提示信號、泥漿出口密度過高警示信號、泥漿出口密度過高報警 信號、泥漿入口密度過高提示信號、泥漿入口密度過高警示信號、泥漿入口密度過高報警信 號、入侵報警信號和運動模擬圖通過無線通信網絡發送到遠端的監控中心。
3. 如權利要求2所述的鑽機現場監控平臺，其特徵在於： 所述數字處理器為TMS6000系列的數字處理器。
4. 如權利要求2所述的鑽機現場監控平臺，其特徵在於： 所述無線數據通信接口為GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口。
5. 如權利要求2所述的鑽機現場監控平臺，其特徵在於，所述監控平臺還包括： 溼度傳感器，用於採集鑽井的現場溼度數據。
6. 如權利要求5所述的鑽機現場監控平臺，其特徵在於： 所述溼度傳感器連接所述無線數據通信接口，用於將現場溼度數據通過無線通信網絡 發送到遠端的監控中心。
7. 如權利要求2所述的鑽機現場監控平臺，其特徵在於，所述監控平臺還包括： 溫度傳感器，用於採集鑽井的現場溫度數據。
8. 如權利要求7所述的鑽機現場監控平臺，其特徵在於： 所述溫度傳感器連接所述無線數據通信接口，用於將現場溫度數據通過無線通信網絡 發送到遠端的監控中心。
【文檔編號】E21B44/00GK104159087SQ201410419004
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月24日 優先權日:2014年8月24日
【發明者】不公告發明人 申請人:無錫北鬥星通信息科技有限公司