引 言
該系統用于油井壓裂施工現場的數據采集系統,包括數據采集和上位機監測系統2部分。其中數據采集儀具有抗震、防塵等適于在惡劣條件下工作的優點。上位機監測系統能實現壓裂施工過程中的壓力、砂比、排量等數據實時讀取、存儲及顯示,可以針對參數及時調整壓力和砂量。數據采集工作由單片機完成;施工參數測量通過Visual Basic 6.0完成上位機智能化設計,要求實現以下主要功能。
(1) 實時功能:實時記錄壓裂施工過程中壓力、砂比、排量等數據,并顯示在線工作狀態監測,繪制監測曲線,支持打印實時施工曲線;
(2) 存儲功能:自動記錄施工過程采集到的施工數據,并存儲到Access數據庫,實現施工結束后打印施工參數報告,施工報表和施工過程曲線的打印;
(3) 報警功能:施工過程中的超壓報警提醒;
(4) 狀態指示功能:加壓、加砂等施工階段指示;
(5) 反饋控制功能:操作人員可以針對參數及時調整壓力和砂量;
(6) 快捷鍵功能:對于施工階段通過快捷鍵控制。
1 監測系統工作原理
監測系統傳感器信號有3部分:壓力傳感器、流量傳感器和絞龍傳感器。壓裂參數采集系統工作原理框圖如圖1所示。
2 監測系統軟件設計
軟件的設計是壓裂參數監測系統智能化的核心。串行通訊模塊和濾波程序模塊是軟件沒計的關鍵。
運行監測程序后就進人軟件的數據采集界面,程序模塊如圖2所示。
由于油井施工環境和設備等多種因素影響,使施工采集的數據不可避免地帶有各種噪聲,其中動態曲線上出現的為明顯的是尖峰脈沖干擾,這種噪聲通常只影響個別采樣點的數據,此采樣點數據通常與其他數據相差比較大。采用限幅濾波法和中值濾波不僅能有效濾除曲線中的孤立噪聲點,與鄰域平均法相比還能有效保護有效信息。這種方法的特點是運算簡單,實現方便,它對脈沖干擾抑制效果好,在抑制隨機噪聲的同時能使邊沿減少模糊。
限幅中值濾波原理:對于給定的n個數據{a1,a2,…,an),將它們按大小有序排列。去掉其中的小值,對于余下的n-2個數據,當n-2為奇數時,位于中間位置的那個數值稱為這n個數值的中值,記作:med[a1,a2,…,an]
在中值濾波中,要設定像點的鄰域,測量數據中值濾波后各數據點的輸出等于該數據點鄰域中所有數據的中值,即存在一個滑動的窗口,窗口內所有數據點中值作為窗口被濾波的點處理后的數據。陣列[x(i,j)]M×N經窗口為AN的中值濾波后,數據點(i,j)的輸出記為:
試用結果表明,該濾波方法能有效濾除孤立點的脈沖噪聲,較真實地還原了現場實測數據,完全滿足現場需要。
3 運行結果
圖3是壓裂參數監測系統某一階段施工曲線,該曲線記錄了油壓、砂比、排量的實時狀態。通過對人機交互窗口的操作,實現了數據記錄、實時顯示施工曲線,存儲數據、回放曲線、打印報表的功能。實踐證明,該系統運行良好。數據庫模塊將監測系統的實時數據、人工輸入的數據等信息,包括流程作業實時數據、設備故障信息等進行分析、歸納、整理、優化等二次加工,并制成事實和歷史數據庫記憶存儲。系統保證了油井壓裂作業生產的安全、穩定、高效。
壓裂參數監測系統經過現場測試和試用證明,該系統能實時采集施工現場數據,并對數據進行有效處理,以準確反映施工過程中的重要參數壓力、砂比、排量等實時數據;能準確監測到現場的超壓故障;能動態進行壓力和砂比控制;能完成報表、曲線和施工報告的打印。