固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（監(jiān)測(cè)模塊）的開發(fā)探討

摘要：在固井施工過程中，對(duì)注入水泥過程的動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有助于及時(shí)了解井內(nèi)實(shí)際情況，完善施工技術(shù)措施，所以合理控制固井施工參數(shù)是固井施工成功的關(guān)鍵。為了保障固井施工安全和提高固井質(zhì)量，客觀上需要對(duì)固井注水泥過程的動(dòng)態(tài)參數(shù)及時(shí)了解和分析，并采取合理的施工措施。著眼于這一目標(biāo)，關(guān)注固井過程中的最重要的參數(shù)泥漿密度、壓力和流量，針對(duì)此開發(fā)了固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便及時(shí)掌握固井關(guān)鍵參數(shù)的變化情況。

關(guān)鍵詞：固井；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)參數(shù)；圖形設(shè)備接口；施工過程 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TE256 文章編號(hào)：1009-2374（2015）06-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0439

固井是鉆井過程中的重要作業(yè)。而固井過程中的最重要的參數(shù)是泥漿密度、壓力和流量，傳統(tǒng)方法是用人工控制的，目前主要是用智能儀表系統(tǒng)控制的。由于油田開采的特殊性，許多油井分布在一些惡劣的環(huán)境中，如高溫（60℃）和低溫（-40℃）環(huán)境，強(qiáng)振動(dòng)和沖擊等，儀表系統(tǒng)故障頻頻，致使固井失敗，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。為了保障固井施工安全和提高固井質(zhì)量，客觀上需要對(duì)固井注水泥過程的動(dòng)態(tài)參數(shù)及時(shí)了解和分析，并進(jìn)行控制，采取合理的施工措施。著眼于這一目標(biāo)，本文通過調(diào)研有關(guān)油氣井的固井過程和影響固井質(zhì)量的主要參數(shù)，開發(fā)了固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（監(jiān)測(cè)模塊）。該模塊主要實(shí)現(xiàn)固井施工參數(shù)（流量、密度和壓力）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)，為保障固井質(zhì)量和作業(yè)安全提供了一種科學(xué)的手段。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)建設(shè)，隨著時(shí)間的推移，系統(tǒng)的功能會(huì)越來越豐富。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到將來應(yīng)用的需求，在設(shè)計(jì)時(shí)間未詳細(xì)考慮會(huì)為以后的系統(tǒng)運(yùn)行留下隱患。因此在設(shè)計(jì)時(shí)我們嚴(yán)格遵循了以下原則：

1.1 實(shí)用性和適用性原則

本系統(tǒng)使用人員范圍廣，使用人員的計(jì)算機(jī)水平層次不一，部分基層單位計(jì)算機(jī)使用水平較低，很多單位缺少計(jì)算機(jī)專業(yè)人員，系統(tǒng)應(yīng)盡可能操作簡(jiǎn)便、維護(hù)簡(jiǎn)單。同時(shí)該系統(tǒng)也應(yīng)該在各個(gè)油田的固井過程中都能使用，所以應(yīng)保證其適用性。

1.2 可行性和適應(yīng)性原則

固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)使系統(tǒng)具有在技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的可能性。

1.3 可靠性和穩(wěn)定性原則

在考慮技術(shù)先進(jìn)性和開放性的同時(shí)，應(yīng)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、設(shè)備性能、系統(tǒng)管理及維修能力等方面著手，確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，使系統(tǒng)達(dá)到最大的平均無故障時(shí)間。

1.4 安全性和保密性原則

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，既要考慮信息資源的充分共享，更要注意系統(tǒng)的保護(hù)和隔離，包括系統(tǒng)安全機(jī)制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制等。

1.5 靈活性與擴(kuò)展性原則

固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)在固井施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，所以必須具備良好的靈活性，能夠滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的各種突發(fā)情況。固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)不斷發(fā)展的系統(tǒng)，所以它必須具有良好的擴(kuò)展性。能夠根據(jù)將來信息化的不斷深入發(fā)展的需要，方便地?cái)U(kuò)展監(jiān)測(cè)覆蓋范圍、擴(kuò)大監(jiān)測(cè)內(nèi)容的功能。具備支持多種語言、數(shù)據(jù)庫擴(kuò)充、功能增加等能力，提供技術(shù)升級(jí)、更新的靈活性。

1.6 經(jīng)濟(jì)性與投資保護(hù)原則

應(yīng)以較高的性能價(jià)格比構(gòu)建固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使資金的產(chǎn)出投入比達(dá)到最大值。能以較低的成本、較少的人員投入來維持系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，提供高效能與高效益。盡可能保留并延長(zhǎng)已有系統(tǒng)的投資，充分利用以往在資金與技術(shù)方面的投入。

2 系統(tǒng)需求分析

“固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”（監(jiān)測(cè)模塊）應(yīng)具備以下功能：（1）固井施工參數(shù)（流量、密度和壓力）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能：固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是對(duì)固井作業(yè)中影響施工質(zhì)量的參數(shù)（流量、密度和壓力）進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將傳感器傳來的電信號(hào)還原為真實(shí)值，并以數(shù)據(jù)和曲線等形式顯示流量、累計(jì)流量、井口壓力、漿體密度等施工參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化。

2.1 流量、密度和壓力的監(jiān)測(cè)

將參數(shù)的電信號(hào)還原為真實(shí)值的公式為y=kx+b，y為參數(shù)真實(shí)值；x為參數(shù)采集值；k為標(biāo)定系數(shù)；b為補(bǔ)償值。累積流量的監(jiān)測(cè)：累計(jì)流量即總注入量，計(jì)算公式為Y=∫fyflow（t）dt，t為時(shí)間；Y為累積流量；yflow為流量。由于采集周期較小，Y=yflow1*T+yflow2*T+yflow3*T+……（T為采集周期）得到的真實(shí)值與實(shí)際誤差很小，故利用該式進(jìn)行計(jì)算。因采集周期為1s，也可寫成Y=yflow1+yflow2+yflow3+……

2.2 信號(hào)測(cè)試功能

在進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作之前對(duì)流量、密度和壓力信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，查看信號(hào)是否有效，以便監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠正常工作。

2.3 數(shù)據(jù)回放功能

數(shù)據(jù)回放可以從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，回放施工參數(shù)的變化過程，以便對(duì)固井作業(yè)過程進(jìn)行技術(shù)分析，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)。

3 數(shù)據(jù)庫概念模型

根據(jù)對(duì)固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，規(guī)劃出本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫實(shí)體。傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，需要對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換，因此需要規(guī)劃傳感器的信息實(shí)體。該實(shí)體包括名稱、標(biāo)定系數(shù)、補(bǔ)償值等屬性。

4 信號(hào)測(cè)試

在監(jiān)測(cè)模塊運(yùn)行之前，有必要檢查收集到的信號(hào)是否有效，因而設(shè)計(jì)信號(hào)測(cè)試模塊。傳感器由于使用時(shí)間較長(zhǎng)造成損耗，產(chǎn)生了一定程度的誤差，可以通過修改參數(shù)對(duì)公式進(jìn)行維護(hù)，對(duì)數(shù)據(jù)的真實(shí)值進(jìn)行校正。將參數(shù)修改放入信號(hào)測(cè)試接口中，方便觀察對(duì)信號(hào)進(jìn)行

校正。

5 黑盒測(cè)試

黑盒測(cè)試也稱功能測(cè)試或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)測(cè)試，它是在已知產(chǎn)品所應(yīng)具有的功能，通過測(cè)試來檢測(cè)每個(gè)功能是否都能正常使用。在功能測(cè)試中，軟件的輸入域和輸出域往往是無限域，因此窮舉測(cè)試通常是不可行的。必須以某種策略分析軟件規(guī)格說明，從而得出測(cè)試用例集，盡可能全面而又高效地對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試。

6 結(jié)語

本文是在設(shè)計(jì)過程中密切聯(lián)系實(shí)際，通過研究固井過程中監(jiān)測(cè)參數(shù)的方法，認(rèn)真閱讀各類文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，并綜合自己的看法所形成的一套符合固井實(shí)際情況的可操作的固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)固井施工作業(yè)的要求，根據(jù)軟件體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的模式，介紹了固井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求分析及各個(gè)功能模塊分析，并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)及要求。最后，介紹了系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括各模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)通過部分調(diào)試運(yùn)行，能夠滿足固井參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的基本需求。該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)模塊已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)測(cè)試、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)回放與分析功能，而且整個(gè)系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，為后續(xù)進(jìn)行功能擴(kuò)展打下基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：張文璐（1990-），男，黑龍江大慶人，西南石油大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院助理工程師，研究方向：軟件開發(fā)與測(cè)試。

（責(zé)任編輯：周 瓊）