智能化技術(shù)在油井壓裂參數(shù)測量系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　引 言

　　壓裂參數(shù)測量是油井采油工作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，測量系統(tǒng)正常工作與否直接關(guān)系到工程進(jìn)度和施工安全。壓裂參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計要求以計算機(jī)為基礎(chǔ)的施工過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)，可以對現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項(xiàng)功能。該系統(tǒng)用于油井壓裂施工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集和上位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)2部分。其中數(shù)據(jù)采集儀具有抗震、防塵等適于在惡劣條件下工作的優(yōu)點(diǎn)。上位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)壓裂施工過程中的壓力、砂比、排量等數(shù)據(jù)實(shí)時讀取、存儲及顯示，可以針對參數(shù)及時調(diào)整壓力和砂量。數(shù)據(jù)采集工作由單片機(jī)完成;施工參數(shù)測量通過Visual Basic 6.0完成上位機(jī)智能化設(shè)計，要求實(shí)現(xiàn)以下主要功能。

　　(1) 實(shí)時功能：實(shí)時記錄壓裂施工過程中壓力、砂比、排量等數(shù)據(jù)，并顯示在線工作狀態(tài)監(jiān)測，繪制監(jiān)測曲線，支持打印實(shí)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(shù)據(jù)，并存儲到Access數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)施工結(jié)束后打印施工參數(shù)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(tài)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(shù)及時調(diào)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(jiān)測系統(tǒng)工作原理

　　監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)采集系統(tǒng)工作原理框圖如圖1所示。

　　由圖1可以看出：來自傳感器的微弱電流信號經(jīng)F/V變換再經(jīng)采集變換電路送入上位機(jī)。對計算機(jī)的工作界面操作實(shí)現(xiàn)實(shí)時窗口顯示壓力、砂比、排量等實(shí)測曲線，實(shí)時打印施工數(shù)據(jù)。同時，該系統(tǒng)也支持施工結(jié)束后的數(shù)據(jù)回放，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)完成對施工報告參數(shù)，施工設(shè)計參數(shù)，施工記錄數(shù)據(jù)的曲線和施工報表的打印。

　　2 監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　軟件的設(shè)計是壓裂參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)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(guān)鍵。

　　運(yùn)行監(jiān)測程序后就進(jìn)人軟件的數(shù)據(jù)采集界面，程序模塊如圖2所示。

　　使用Visual Basic串行通訊控件MsComm實(shí)現(xiàn)計算機(jī)與采集儀之間的通訊。MsComm提供了功能完善的串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能，具有一系列標(biāo)準(zhǔn)通訊屬性和方法，它有2種處理方式：事件驅(qū)動方式和查詢方式。事件驅(qū)動方式由MsComm控制的OnComm事件捕捉并處理通訊錯誤及事件;查詢方式是通過查詢MsComm控件的CommEvent屬性值來判斷通訊事件和錯誤。使用MsComm控件時，只需要知道控件的屬性、方法和事件的用法即可用少量的代碼實(shí)現(xiàn)串行通訊操作，特別適合于一般工程技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來開發(fā)類似的應(yīng)用系統(tǒng)。

　　在開始按鈕程序模塊所對應(yīng)的界面點(diǎn)擊開始按鈕或按快捷鍵F1，就會運(yùn)行軟件的數(shù)據(jù)采集模塊，即允許激發(fā)MSComm1.CommEvent事件。采集到的測量數(shù)據(jù)會在實(shí)時顯示的同時自動保存到Access數(shù)據(jù)庫。

　　由于油井施工環(huán)境和設(shè)備等多種因素影響，使施工采集的數(shù)據(jù)不可避免地帶有各種噪聲，其中動態(tài)曲線上出現(xiàn)的最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(diǎn)的數(shù)據(jù)，此采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)通常與其他數(shù)據(jù)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(diǎn)，與鄰域平均法相比還能有效保護(hù)有效信息。這種方法的特點(diǎn)是運(yùn)算簡單，實(shí)現(xiàn)方便，它對脈沖干擾抑制效果好，在抑制隨機(jī)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(shù)據(jù){a1，a2，…，an)，將它們按大小有序排列。去掉其中的最大最小值，對于余下的n-2個數(shù)據(jù)，當(dāng)n-2為奇數(shù)時，位于中間位置的那個數(shù)值稱為這n個數(shù)值的中值，記作：med[a1，a2，…，an]

　　在中值濾波中，要設(shè)定像點(diǎn)的鄰域，測量數(shù)據(jù)中值濾波后各數(shù)據(jù)點(diǎn)的輸出等于該數(shù)據(jù)點(diǎn)鄰域中所有數(shù)據(jù)的中值，即存在一個滑動的窗口，窗口內(nèi)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)中值作為窗口被濾波的點(diǎn)處理后的數(shù)據(jù)。陣列[x(i，j)]M