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《西安石油大学》 2016年
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基于物联网的石油钻机安全监控技术研究

何振宇  
【摘要】:随着油田数字化的发展,物联网技术已成为油田勘探开发信息化提升与发展的关键技术。石油钻机作为勘探开发的主要设备,其运行状态实时监测与安全监控是保障钻机安全运行以及油田勘探开发效率的重要手段,物联网的全面感知、可靠传输和智能应用对石油钻机安全监测监控具有重要作用,研究基于物联网的石油钻机安全监控技术具有重要应用价值。本课题通过分析石油钻机的设备构成、生产工艺过程及特点、设备常见故障及其原因,确定石油钻机设备运行过程及安全状态的监控需求,结合物联网的体系架构及相关技术设备,制定了石油钻机安全监控系统建设方案。设计由安全状态信息采集子系统、传输子系统和安全监控中心构成的石油钻机安全监控系统物联网三层架构,并采用传感器、安全状态信息采集RTU、工业以太网交换机、工控机、服务器等主要设备及相关辅助设备构建了监控系统硬件平台。深入研究了安全监控系统应用软件功能及组成,采用KingSCADA、SQL Server 2005和视频监控软件对系统应用软件进行了设计。建立了石油钻机安全状态信息融合模型,采用D-S证据理论信息融合算法判断设备安全状态,并对模型和算法进行分析,该模型和算法适用于石油钻机安全状态监控。应用结果表明,基于物联网的石油钻机安全监控系统运行效果良好,满足了石油钻机安全监控对实时性、可靠性和准确性的需求,实现石油钻机安全状态监控预警,提高了钻机自动化与生产安全水平,该监控系统具有典型推广应用价值。
【关键词】:石油钻机 安全监控 物联网 信息融合
【学位授予单位】:西安石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP277;TP391.44;TN929.5
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-8
  • 第一章 绪论8-13
  • 1.1 研究的目的及意义8-9
  • 1.1.1 研究的目的8
  • 1.1.2 研究的意义8-9
  • 1.2 国内外石油钻机安全监控技术现状9-11
  • 1.2.1 国外研究现状9
  • 1.2.2 国内研究现状9-11
  • 1.3 论文来源11
  • 1.4 论文研究的主要内容和结构11-13
  • 第二章 石油钻机安全监控相关技术理论13-21
  • 2.1 安全监控相关理论13-14
  • 2.1.1 安全监控13
  • 2.1.2 安全监控系统13-14
  • 2.2 安全监控相关技术14-20
  • 2.2.1 物联网技术14-16
  • 2.2.2 信息融合技术16-18
  • 2.2.3 Zig Bee技术18
  • 2.2.4 King SCADA组态软件18-19
  • 2.2.5 SQL Server数据库19-20
  • 2.3 本章总结20-21
  • 第三章 石油钻机生产工艺特点与需求分析21-30
  • 3.1 石油钻机的设备和工艺21-23
  • 3.1.1 石油钻机的设备构成21-22
  • 3.1.2 石油钻机生产工艺流程22-23
  • 3.2 石油钻机常见故障及主要参数23-28
  • 3.2.1 绞车区23-24
  • 3.2.2 转盘区24-25
  • 3.2.3 钻井泵区25-27
  • 3.2.4 电控设备区27-28
  • 3.2.5 钻井过程参数分析28
  • 3.3 石油钻机安全监控需求分析28-29
  • 3.3.1 石油钻机的安全状态信息28-29
  • 3.3.2 安全监控的功能需求29
  • 3.4 本章小结29-30
  • 第四章 石油钻机安全监控系统方案设计与硬件实现30-42
  • 4.1 钻机安全监控系统的设计原则30
  • 4.2 安全监控系统的整体方案设计30-34
  • 4.2.1 安全状态信息采集子系统31-32
  • 4.2.2 安全状态信息传输子系统32-33
  • 4.2.3 安全监控中心33-34
  • 4.3 石油钻机安全监控系统硬件实现34-41
  • 4.3.1 石油钻机安全监控系统的硬件组成34
  • 4.3.2 安全状态信息采集子系统34-39
  • 4.3.3 安全状态信息传输子系统39-40
  • 4.3.4 安全监控中心40-41
  • 4.4 本章小结41-42
  • 第五章 石油钻机安全监控软件设计42-65
  • 5.1 安全监控软件功能42-43
  • 5.1.1 安全监控软件功能结构42
  • 5.1.2 安全监控软件功能概述42-43
  • 5.2 安全监控软件组成43-44
  • 5.3 安全监控软件构架44-45
  • 5.4 安全监控软件功能实现45-58
  • 5.4.1 数据采集45-47
  • 5.4.2 数据交互47-48
  • 5.4.3 人机界面开发48-50
  • 5.4.4 视频图像嵌入50-51
  • 5.4.5 数据库链接设计51-57
  • 5.4.6 远程访问实现57-58
  • 5.5 石油钻机安全信息融合模型58-63
  • 5.5.1 石油钻机安全信息融合模型58-59
  • 5.5.2 基于D-S证据理论的钻机安全融合算法59-63
  • 5.6 本章小结63-65
  • 第六章 石油钻机安全监控系统调试与运行65-74
  • 6.1 系统调试65-66
  • 6.1.1 硬件调试65
  • 6.1.2 软件调试65-66
  • 6.2 系统运行效果66-72
  • 6.3 运行效果分析72-73
  • 6.4 本章小结73-74
  • 第七章 总结与展望74-76
  • 7.1 总结74
  • 7.2 展望74-76
  • 致谢76-77
  • 参考文献77-80
  • 攻读硕士学位期间主要研究成果80-81

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