摘要：在固井施工過程中，對注入水泥過程的動態(tài)參數(shù)進行實時監(jiān)測有助于及時了解井內(nèi)實際情況，完善施工技術(shù)措施，所以合理控制固井施工參數(shù)是固井施工成功的關(guān)鍵。為了保障固井施工安全和提高固井質(zhì)量，客觀上需要對固井注水泥過程的動態(tài)參數(shù)及時了解和分析，并采取合理的施工措施。著眼于這一目標(biāo)，關(guān)注固井過程中的最重要的參數(shù)泥漿密度、壓力和流量，針對此開發(fā)了固井實時監(jiān)測系統(tǒng)，以便及時掌握固井關(guān)鍵參數(shù)的變化情況。

關(guān)鍵詞：固井；實時監(jiān)測系統(tǒng)；動態(tài)參數(shù)；圖形設(shè)備接口；施工過程 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TE256 文章編號：1009-2374（2015）06-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0439

固井是鉆井過程中的重要作業(yè)。而固井過程中的最重要的參數(shù)是泥漿密度、壓力和流量，傳統(tǒng)方法是用人工控制的，目前主要是用智能儀表系統(tǒng)控制的。由于油田開采的特殊性，許多油井分布在一些惡劣的環(huán)境中，如高溫（60℃）和低溫（-40℃）環(huán)境，強振動和沖擊等，儀表系統(tǒng)故障頻頻，致使固井失敗，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。為了保障固井施工安全和提高固井質(zhì)量，客觀上需要對固井注水泥過程的動態(tài)參數(shù)及時了解和分析，并進行控制，采取合理的施工措施。著眼于這一目標(biāo)，本文通過調(diào)研有關(guān)油氣井的固井過程和影響固井質(zhì)量的主要參數(shù)，開發(fā)了固井實時監(jiān)測系統(tǒng)（監(jiān)測模塊）。該模塊主要實現(xiàn)固井施工參數(shù)（流量、密度和壓力）的實時監(jiān)測功能。固井實時監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)，為保障固井質(zhì)量和作業(yè)安全提供了一種科學(xué)的手段。

1 系統(tǒng)設(shè)計原則

固井實時監(jiān)測系統(tǒng)是一個系統(tǒng)建設(shè)，隨著時間的推移，系統(tǒng)的功能會越來越豐富。所以在設(shè)計時應(yīng)充分考慮到將來應(yīng)用的需求，在設(shè)計時間未詳細(xì)考慮會為以后的系統(tǒng)運行留下隱患。因此在設(shè)計時我們嚴(yán)格遵循了以下原則：

1.1 實用性和適用性原則

本系統(tǒng)使用人員范圍廣，使用人員的計算機水平層次不一，部分基層單位計算機使用水平較低，很多單位缺少計算機專業(yè)人員，系統(tǒng)應(yīng)盡可能操作簡便、維護簡單。同時該系統(tǒng)也應(yīng)該在各個油田的固井過程中都能使用，所以應(yīng)保證其適用性。

1.2 可行性和適應(yīng)性原則

固井實時監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)使系統(tǒng)具有在技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的可能性。

1.3 可靠性和穩(wěn)定性原則

在考慮技術(shù)先進性和開放性的同時，應(yīng)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、設(shè)備性能、系統(tǒng)管理及維修能力等方面著手，確保系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，使系統(tǒng)達(dá)到最大的平均無故障時間。

1.4 安全性和保密性原則

在系統(tǒng)設(shè)計中，既要考慮信息資源的充分共享，更要注意系統(tǒng)的保護和隔離，包括系統(tǒng)安全機制、數(shù)據(jù)存儲控制等。

1.5 靈活性與擴展性原則

固井實時監(jiān)測系統(tǒng)是一個在固井施工現(xiàn)場進行實時監(jiān)測的系統(tǒng)，所以必須具備良好的靈活性，能夠滿足施工現(xiàn)場的各種突發(fā)情況。固井實時監(jiān)測系統(tǒng)是一個不斷發(fā)展的系統(tǒng)，所以它必須具有良好的擴展性。能夠根據(jù)將來信息化的不斷深入發(fā)展的需要，方便地擴展監(jiān)測覆蓋范圍、擴大監(jiān)測內(nèi)容的功能。具備支持多種語言、數(shù)據(jù)庫擴充、功能增加等能力，提供技術(shù)升級、更新的靈活性。

1.6 經(jīng)濟性與投資保護原則

應(yīng)以較高的性能價格比構(gòu)建固井實時監(jiān)測系統(tǒng)，使資金的產(chǎn)出投入比達(dá)到最大值。能以較低的成本、較少的人員投入來維持系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，提供高效能與高效益。盡可能保留并延長已有系統(tǒng)的投資，充分利用以往在資金與技術(shù)方面的投入。

2 系統(tǒng)需求分析

“固井實時監(jiān)測系統(tǒng)”（監(jiān)測模塊）應(yīng)具備以下功能：（1）固井施工參數(shù)（流量、密度和壓力）的實時監(jiān)測功能：固井實時監(jiān)測系統(tǒng)是對固井作業(yè)中影響施工質(zhì)量的參數(shù)（流量、密度和壓力）進行監(jiān)測和管理。監(jiān)測系統(tǒng)將傳感器傳來的電信號還原為真實值，并以數(shù)據(jù)和曲線等形式顯示流量、累計流量、井口壓力、漿體密度等施工參數(shù)的動態(tài)變化。

2.1 流量、密度和壓力的監(jiān)測

將參數(shù)的電信號還原為真實值的公式為y=kx+b，y為參數(shù)真實值；x為參數(shù)采集值；k為標(biāo)定系數(shù)；b為補償值。累積流量的監(jiān)測：累計流量即總注入量，計算公式為Y=∫fyflow（t）dt，t為時間；Y為累積流量；yflow為流量。由于采集周期較小，Y=yflow1*T+yflow2*T+yflow3*T+……（T為采集周期）得到的真實值與實際誤差很小，故利用該式進行計算。因采集周期為1s，也可寫成Y=yflow1+yflow2+yflow3+……

2.2 信號測試功能

在進行監(jiān)測工作之前對流量、密度和壓力信號進行測試，查看信號是否有效，以便監(jiān)測系統(tǒng)能夠正常工作。

2.3 數(shù)據(jù)回放功能

數(shù)據(jù)回放可以從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，回放施工參數(shù)的變化過程，以便對固井作業(yè)過程進行技術(shù)分析，總結(jié)施工經(jīng)驗。

3 數(shù)據(jù)庫概念模型

根據(jù)對固井實時監(jiān)測系統(tǒng)的分析、系統(tǒng)設(shè)計，規(guī)劃出本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫實體。傳感器是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，需要對輸入的信號進行采集轉(zhuǎn)換，因此需要規(guī)劃傳感器的信息實體。該實體包括名稱、標(biāo)定系數(shù)、補償值等屬性。

4 信號測試

在監(jiān)測模塊運行之前，有必要檢查收集到的信號是否有效，因而設(shè)計信號測試模塊。傳感器由于使用時間較長造成損耗，產(chǎn)生了一定程度的誤差，可以通過修改參數(shù)對公式進行維護，對數(shù)據(jù)的真實值進行校正。將參數(shù)修改放入信號測試接口中，方便觀察對信號進行

校正。

5 黑盒測試

黑盒測試也稱功能測試或數(shù)據(jù)驅(qū)動測試，它是在已知產(chǎn)品所應(yīng)具有的功能，通過測試來檢測每個功能是否都能正常使用。在功能測試中，軟件的輸入域和輸出域往往是無限域，因此窮舉測試通常是不可行的。必須以某種策略分析軟件規(guī)格說明，從而得出測試用例集，盡可能全面而又高效地對軟件進行測試。

6 結(jié)語

本文是在設(shè)計過程中密切聯(lián)系實際，通過研究固井過程中監(jiān)測參數(shù)的方法，認(rèn)真閱讀各類文獻數(shù)據(jù)，并綜合自己的看法所形成的一套符合固井實際情況的可操作的固井實時監(jiān)測系統(tǒng)。固井實時監(jiān)測系統(tǒng)針對固井施工作業(yè)的要求，根據(jù)軟件體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的模式，介紹了固井實時監(jiān)測系統(tǒng)的需求分析及各個功能模塊分析，并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)及要求。最后，介紹了系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計與實現(xiàn)，包括各模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。系統(tǒng)通過部分調(diào)試運行，能夠滿足固井參數(shù)實時監(jiān)測的基本需求。該系統(tǒng)的監(jiān)測模塊已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)信號測試、實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)回放與分析功能，而且整個系統(tǒng)具有良好的擴展性，為后續(xù)進行功能擴展打下基礎(chǔ)。

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作者簡介：張文璐（1990-），男，黑龍江大慶人，西南石油大學(xué)計算機科學(xué)學(xué)院助理工程師，研究方向：軟件開發(fā)與測試。

（責(zé)任編輯：周 瓊）