智能化技術(shù)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(guān)鍵環(huán)節，測量系統正常工作與否直接關(guān)系到工程進(jìn)度和施工安全。壓裂參數監測系統設計要求以計算機為基礎的施工過(guò)程控制與調度自動(dòng)化系統，可以對現場(chǎng)的運行設備進(jìn)行監視和控制，以實(shí)現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類(lèi)信號報警等各項功能。該系統用于油井壓裂施工現場(chǎng)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(yōu)點(diǎn)。上位機監測系統能實(shí)現壓裂施工過(guò)程中的壓力、砂比、排量等數據實(shí)時(shí)讀取、存儲及顯示，可以針對參數及時(shí)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(guò)Visual Basic 6.0完成上位機智能化設計，要求實(shí)現以下主要功能。

　　(1) 實(shí)時(shí)功能：實(shí)時(shí)記錄壓裂施工過(guò)程中壓力、砂比、排量等數據，并顯示在線(xiàn)工作狀態(tài)監測，繪制監測曲線(xiàn)，支持打印實(shí)時(shí)施工曲線(xiàn);

　　(2) 存儲功能：自動(dòng)記錄施工過(guò)程采集到的施工數據，并存儲到Access數據庫，實(shí)現施工結束后打印施工參數報告，施工報表和施工過(guò)程曲線(xiàn)的打印;

　　(3) 報警功能：施工過(guò)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(shí)調整壓力和砂量;

　　(6) 快捷鍵功能：對于施工階段通過(guò)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。

　　由圖1可以看出：來(lái)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。對計算機的工作界面操作實(shí)現實(shí)時(shí)窗口顯示壓力、砂比、排量等實(shí)測曲線(xiàn)，實(shí)時(shí)打印施工數據。同時(shí)，該系統也支持施工結束后的數據回放，通過(guò)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(xiàn)和施工報表的打印。

　　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(méi)計的關(guān)鍵。

　　運行監測程序后就進(jìn)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(shí)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(dòng)方式和查詢(xún)方式。事件驅動(dòng)方式由MsComm控制的OnComm事件捕捉并處理通訊錯誤及事件;查詢(xún)方式是通過(guò)查詢(xún)MsComm控件的CommEvent屬性值來(lái)判斷通訊事件和錯誤。使用MsComm控件時(shí)，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(lái)開(kāi)發(fā)類(lèi)似的應用系統。

　　在開(kāi)始按鈕程序模塊所對應的界面點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕或按快捷鍵F1，就會(huì )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(huì )在實(shí)時(shí)顯示的同時(shí)自動(dòng)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(dòng)態(tài)曲線(xiàn)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(gè)別采樣點(diǎn)的數據，此采樣點(diǎn)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(xiàn)中的孤立噪聲點(diǎn)，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(diǎn)是運算簡(jiǎn)單，實(shí)現方便，它對脈沖干擾抑制效果好，在抑制隨機噪聲的同時(shí)能使邊沿減少模糊。

　　限幅中值濾波原理：對于給定的n個(gè)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(gè)數據，當n-2為奇數時(shí)，位于中間位置的那個(gè)數值稱(chēng)為這n個(gè)數值的中值，記作：med[a1，a2，…，an]

　　在中值濾波中，要設定像點(diǎn)的鄰域，測量數據中值濾波后各數據點(diǎn)的輸出等于該數據點(diǎn)鄰域中所有數據的中值，即存在一個(gè)滑動(dòng)的窗口，窗口內所有數據點(diǎn)中值作為窗口被濾波的點(diǎn)處理后的數據。陣列[x(i，j)]M