固井水泥車遠程數據采集技術的研究與應用

高亞寧

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，陜西西安 710018）

1 研究背景

固井是鉆井過程中的一項重要作業(yè)，共分為下套管、注水泥、井口安裝和套管試壓3 個階段，在后兩個階段中水泥漿的密度、壓力、排量是影響固井施工質量的關鍵數據。隨著市場對固井施工質量要求的不斷提高，采集水泥漿壓力、密度、排量等固井數據的情況越來越多，如果生產高峰期試壓會導致生產用車嚴重緊張，同時現有一些數采裝置老舊故障頻發(fā)、更換成本費用高，且舊式的現場數據實時采集受到筆記本電腦電池續(xù)航能力的限制，影響固井施工質量的分析和總結。因此，建立云端遠程數據采集系統(tǒng)成為突破數據采集困境的一種途徑。

2 數據采集的作用

數據采集是對固井施工過程中的各項參數進行實時采集，并形成施工曲線圖，使固井施工過程受控（圖1）。隨車的數據采集系統(tǒng)以筆記本電腦為載體、以專業(yè)的采集軟件為平臺，通過專用數據接口與控制箱連接，可以對施工過程進行實時監(jiān)控，隨時掌控密度、壓力、流量等的波動情況。生成的曲線圖還可以長期保存，使每口井的固井數據都可以查詢。通過現場應用數據采集系統(tǒng)，大大提高了固井施工質量。

圖1 固井施工曲線

3 數據采集現狀

固井水泥漿的密度、壓力、排量是固井施工的關鍵數據，采集的數據必須準確，可精確反映固井施工的情況。相關數據如下：固井水泥車上密度計量程為3.5 g/cm3或5 g/cm3，施工數據為1～2 g/cm3，密度精度要求為0.005 g/cm3；固井水泥車壓力傳感器量程為103.5 MPa，施工數據為0～47 MPa，精度要求為0.05 MPa；固井施工水泥漿瞬時排量為200～1000 L/min，排量精度為0.5 L/min。

目前隨車數據采集系統(tǒng)往往受限于數據采集裝置，裝置的可靠性決定著數據采集的可能性及準確性。固完井施工時間一般在2 h 以上，采集裝置中筆記本電腦電池續(xù)航能力一般維持在2 h 左右，數據采集現場實時采集受限。同時，目前水泥車中帶有數據采集裝置的水泥車數量占到50%～60%，而且老舊、故障裝置不斷出現，更換、維修成本高，因此建立云端固井數據進行實時遠程采集或云端數據存儲隨時下載，可以解決目前唯一依賴數采裝置的現狀。

4 遠程數據采集系統(tǒng)的開發(fā)

遠程數據采集系統(tǒng)是將固井現場作業(yè)數據實時遠傳至數據中心，保證了數據的原始性、實時性以及唯一性。數據在發(fā)送過程中，會將備份數據發(fā)送到現場客戶端一份，現場客戶端能夠實時觀察固井施工曲線。固井現場將施工數據傳送至云端服務器，經解包、分析后存儲在數據庫中，同時打包轉發(fā)至各個電腦客戶端，以便管理人員、技術人員能實時顯示數據及歷史查詢功能。

實現遠程數據采集只需在水泥車操作臺安裝采集終端設備（Data Acquisition Unit，DAU），其具有數據采集功能、COM（Cluster COMmunication，串行通信）接口、數據存儲器、實時時鐘、無線通信功能、GPRS（General Packet Radio Service，通用無線分組業(yè)務）通信功能、以太網通信功能、電源穩(wěn)定功能等，可以實現遠程采集、現場采集、自由數據下載等功能（圖2）。

圖2 DAU 設計框圖

5 遠程數據采集系統(tǒng)的應用

5.1 初次安裝試驗

2015年在兩臺水泥車安裝了兩臺采集終端設備，并進行了試驗。該兩臺水泥車為使用時間久遠的40-17 型水泥車，水泥車運行上井測試，可以遠程采集壓力、排量、密度曲線，但采集曲線和數據采集不全。

5.2 第二次安裝試驗

2016年上半年增加安裝7 套遠程數據采集系統(tǒng)，增加車型為45-21 型以上水泥車，同時更新軟件版本，增加設備采集系統(tǒng)中設備信息，實現模糊查詢功能，技術人員施工時間、完工時間確認、壓力、排量、密度曲線數據采集，無線連接數據采集功能。

為提高采集數據的準確性及可靠性，技術人員對9 臺采集系統(tǒng)進行清水試驗校準和上井跟蹤測試。

（1）清水試驗校準。通過對水泥車計量罐注入2 m3清水，測試水泥車密度、壓力、排量儀表與采集系統(tǒng)采集的各種數據值。通過調節(jié)各比例因子，使水泥車儀表數據與系統(tǒng)采集數據誤差保持在±0.001。

（2）上井跟蹤測試。通過上井（完井）對水泥車遠程采集系統(tǒng)進行測試，水泥車數采裝置采集數據與遠程采集系統(tǒng)數據基本一致，誤差控制在±0.002。遠程數據采集系統(tǒng)在隨后的固井生產中被大量使用，有效緩解了帶有數采裝置水泥車使用緊張的情況。

6 結論及建議

遠程數據采集技術的應用為采集固井施工過程數據提供較大的便利，不僅降低了對目前使用成本較高的數采裝置的依賴，而且還有效解決了生產高峰期水泥車使用緊張的情況，使老舊水泥車在數據采集方面發(fā)揮了作用。實時采集與自由數據下載功能為固井生產提供了有力、可靠的數據，深入發(fā)展遠程數據采集技術有助于固井質量的更進一步提高。

遠程數據采集系統(tǒng)還可以配置功率較大的無線發(fā)射器，研發(fā)電腦、移動終端軟件及增強現場無線功能，提高現場采集數據的便捷性，實現隨時可以通過網絡調取固井數據，同時通過移動終端連接水泥車無線信號采集固井數據降低了對生產系統(tǒng)信息的過多依賴，使遠程數采系統(tǒng)的使用更加靈活、便捷。