原创 智能化技术在油井压裂参数测量系统中的应用

压裂参数测量是油井采油工作中的关键环节，测量系统正常工作与否直接关系到工程进度和施工安全。压裂参数监测系统设计要求以计算机为基础的施工过程控制与调度自动化系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。该系统用于油井压裂施工现场的数据采集系统，包括数据采集和上位机监测系统2部分。其中数据采集仪具有抗震、防尘等适于在恶劣条件下工作的优点。上位机监测系统能实现压裂施工过程中的压力、砂比、排量等数据实时读取、存储及显示，可以针对参数及时调整压力和砂量。数据采集工作由单片机完成；施工参数测量通过Visual Basic 6.0完成上位机智能化设计，要求实现以下主要功能。

(1) 实时功能：实时记录压裂施工过程中压力、砂比、排量等数据，并显示在线工作状态监测，绘制监测曲线，支持打印实时施工曲线；

(2) 存储功能：自动记录施工过程采集到的施工数据，并存储到Access数据库，实现施工结束后打印施工参数报告，施工报表和施工过程曲线的打印；

(3) 报警功能：施工过程中的超压报警提醒；

(4) 状态指示功能：加压、加砂等施工阶段指示；

(5) 反馈控制功能：操作人员可以针对参数及时调整压力和砂量；

(6) 快捷键功能：对于施工阶段通过快捷键控制。

1 监测系统工作原理

监测系统传感器信号有3部分：压力传感器、流量传感器和绞龙传感器。压裂参数采集系统工作原理框图如图1所示。

由图1可以看出：来自传感器的微弱电流信号经F／V变换再经采集变换电路送入上位机。对计算机的工作界面操作实现实时窗口显示压力、砂比、排量等实测曲线，实时打印施工数据。同时，该系统也支持施工结束后的数据回放，通过调用数据库数据完成对施工报告参数，施工设计参数，施工记录数据的曲线和施工报表的打印。

2 监测系统软件设计

软件的设计是压裂参数监测系统智能化的核心。串行通讯模块和滤波程序模块是软件没计的关键。

运行监测程序后就进人软件的数据采集界面，程序模块如图2所示。

使用Visual Basic串行通讯控件MsComm实现计算机与采集仪之间的通讯。MsComm提供了功能完善的串行数据发送和接收功能，具有一系列标准通讯属性和方法，它有2种处理方式：事件驱动方式和查询方式。事件驱动方式由MsComm控制的OnComm事件捕捉并处理通讯错误及事件；查询方式是通过查询MsComm控件的CommEvent属性值来判断通讯事件和错误。使用MsComm控件时，只需要知道控件的属性、方法和事件的用法即可用少量的代码实现串行通讯操作，特别适合于一般工程技术领域的技术人员来开发类似的应用系统。

在开始按钮程序模块所对应的界面点击开始按钮或按快捷键F1，就会运行软件的数据采集模块，即允许激发MSComm1．CommEvent事件。采集到的测量数据会在实时显示的同时自动保存到Access数据库。

由于油井施工环境和设备等多种因素影响，使施工采集的数据不可避免地带有各种噪声，其中动态曲线上出现的最为明显的是尖峰脉冲干扰，这种噪声通常只影响个别采样点的数据，此采样点数据通常与其他数据相差比较大。采用限幅滤波法和中值滤波不仅能有效滤除曲线中的孤立噪声点，与邻域平均法相比还能有效保护有效信息。这种方法的特点是运算简单，实现方便，它对脉冲干扰抑制效果好，在抑制随机噪声的同时能使边沿减少模糊。

限幅中值滤波原理：对于给定的n个数据{a1，a2，…，an)，将它们按大小有序排列。去掉其中的最大最小值，对于余下的n-2个数据，当n-2为奇数时，位于中间位置的那个数值称为这n个数值的中值，记作：med[a1，a2，…，an]

在中值滤波中，要设定像点的邻域，测量数据中值滤波后各数据点的输出等于该数据点邻域中所有数据的中值，即存在一个滑动的窗口，窗口内所有数据点中值作为窗口被滤波的点处理后的数据。阵列[x(i，j)]M×N经窗口为AN的中值滤波后，数据点(i，j)的输出记为：

式中：An(i，j)表示点(i，j)的邻域，它含有n个数据。

试用结果表明，该滤波方法能有效滤除孤立点的脉冲噪声，较真实地还原了现场实测数据，完全满足现场需要。

3 运行结果

图3是压裂参数监测系统某一阶段施工曲线，该曲线记录了油压、砂比、排量的实时状态。通过对人机交互窗口的操作，实现了数据记录、实时显示施工曲线，存储数据、回放曲线、打印报表的功能。实践证明，该系统运行良好。数据库模块将监测系统的实时数据、人工输入的数据等信息，包括流程作业实时数据、设备故障信息等进行分析、归纳、整理、优化等二次加工，并制成事实和历史数据库记忆存储。系统保证了油井压裂作业生产的安全、稳定、高效。

4 结束语

压裂参数监测系统经过现场测试和试用证明，该系统能实时采集施工现场数据，并对数据进行有效处理，以准确反映施工过程中的重要参数压力、砂比、排量等实时数据；能准确监测到现场的超压故障；能动态进行压力和砂比控制；能完成报表、曲线和施工报告的打印。