智能化技術在油井壓裂參數測量系統中的應用

　　引 言

　　壓裂參數測量是油井采油工作中的關鍵環(huán)節(jié)，測量系統正常工作與否直接關系到工程進度和施工安全。壓裂參數監(jiān)測系統設計要求以計算機為基礎的施工過程控制與調度自動化系統，可以對現場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節(jié)以及各類信號報警等各項功能。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(jiān)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(yōu)點。上位機監(jiān)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(tài)監(jiān)測，繪制監(jiān)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(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(jiān)測系統工作原理

　　監(jiān)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。

　　由圖1可以看出：來自傳感器的微弱電流信號經F/V變換再經采集變換電路送入上位機。對計算機的工作界面操作實現實時窗口顯示壓力、砂比、排量等實測曲線，實時打印施工數據。同時，該系統也支持施工結束后的數據回放，通過調用數據庫數據完成對施工報告參數，施工設計參數，施工記錄數據的曲線和施工報表的打印。

　　2 監(jiān)測系統軟件設計

　　軟件的設計是壓裂參數監(jiān)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(jiān)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。

　　使用Visual Basic串行通訊控件MsComm實現計算機與采集儀之間的通訊。MsComm提供了功能完善的串行數據發(fā)送和接收功能，具有一系列標準通訊屬性和方法，它有2種處理方式：事件驅動方式和查詢方式。事件驅動方式由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現串行通訊操作，特別適合于一般工程技術領域的技術人員來開發(fā)類似的應用系統。

　　在開始按鈕程序模塊所對應的界面點擊開始按鈕或按快捷鍵F1，就會運行軟件的數據采集模塊，即允許激發(fā)MSComm1.CommEvent事件。采集到的測量數據會在實時顯示的同時自動保存到Access數據庫。

　　由于油井施工環(huán)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(tài)曲線上出現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。去掉其中的最大最小值，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