張前

1.荊州市世紀(jì)派創(chuàng)石油機(jī)械檢測(cè)有限公司（湖北 荊州434024）

2.中石化石油機(jī)械股份有限公司（湖北 武漢430205）

0 引言

壓裂作業(yè)是提高油氣井產(chǎn)量的重要手段之一，對(duì)于低滲透油氣田，壓裂作業(yè)已經(jīng)是必不可少的技術(shù)措施，加之近些年頁(yè)巖氣非常規(guī)能源的逐步開發(fā)，壓裂作業(yè)呈現(xiàn)出排量大、壓力高、連續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)的上升趨勢(shì)[1]。高壓管匯是壓裂過程高壓流體傳輸?shù)耐ǖ?，是酸化壓裂作業(yè)的核心部分，長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)且使用頻繁，工作壓力可達(dá)到100MPa以上，在作業(yè)過程中一旦發(fā)生斷裂、刺漏等質(zhì)量事故，將導(dǎo)致壓裂施工效率低下，同時(shí)存在著較大的安全風(fēng)險(xiǎn),因此高壓管匯的管理顯得尤為重要。

目前高壓管匯主要采用手工記錄并建立紙質(zhì)檔案的方式進(jìn)行管理，隨著高壓管匯需求量的增大，管理難度越來越大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。對(duì)于大型壓裂施工，現(xiàn)場(chǎng)高壓管匯的使用多達(dá)500余件，如圖1所示。高壓管匯的檢測(cè)編號(hào)容易磨損，部分高壓管匯無(wú)法追溯，因此對(duì)高壓管匯的使用情況統(tǒng)計(jì)難度較大。手工記錄統(tǒng)計(jì)高壓管匯使用、檢測(cè)情況繁瑣，導(dǎo)致高壓管匯相關(guān)數(shù)據(jù)信息采集效率低。記錄過程中容易產(chǎn)生紕漏，出現(xiàn)信息斷檔，存在因漏檢而導(dǎo)致的高壓管匯超期服役現(xiàn)象，增加了刺漏、爆炸等安全隱患[2]。對(duì)高壓管匯的使用、檢測(cè)情況無(wú)法進(jìn)行有效實(shí)時(shí)監(jiān)控。針對(duì)存在的問題，有必要通過信息化系統(tǒng)對(duì)高壓管匯的使用、檢測(cè)、維護(hù)保養(yǎng)等情況進(jìn)行全方位管理。RFID技術(shù)作為構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)近年來受到了人們的關(guān)注，其最重要的優(yōu)點(diǎn)是非接觸識(shí)別，它能穿透雪、霧、冰、涂料、塵垢和在條形碼無(wú)法使用的惡劣環(huán)境閱讀標(biāo)簽，并且閱讀速度極快，非常適用于高壓管匯管理領(lǐng)域。

圖1 壓裂作業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)

1 管理系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)開發(fā)前置條件

系統(tǒng)開發(fā)的前置條件主要包括以下4個(gè)方面：

1）高壓管匯包括壓裂作業(yè)所需的各類閥、管匯、接頭、由壬、壓裂頭、除砂器等,壓力等級(jí)為35 MPa、70 MPa、105 MPa及140 MPa。

2）RFID電子標(biāo)簽為無(wú)源抗金屬電子標(biāo)簽[3]，RFID電子標(biāo)簽為鋁合金外殼加陶瓷封裝，通過不銹鋼卡箍固定在高壓管匯上（圖2）。

圖2 高壓管匯電子標(biāo)簽

3）讀寫器為超高頻一體式讀寫器[4]，其視頻模塊與手機(jī)的組合方式有兩種：一是耳機(jī)插孔式射頻模塊與手機(jī)的組合，該方式中手機(jī)插孔需適應(yīng)視頻模塊結(jié)構(gòu)；二是分體式射頻模塊與手機(jī)的組合，分體式射頻模塊與手機(jī)之間通過藍(lán)牙連接，該組合無(wú)需考慮手機(jī)插孔結(jié)構(gòu)，常規(guī)智能手機(jī)即可滿足需求。

4）國(guó)內(nèi)三大石油公司的網(wǎng)絡(luò)管理都比較嚴(yán)格，各自具有自身內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，各地分公司都采取“內(nèi)網(wǎng)+外網(wǎng)”辦公模式，為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況，本系統(tǒng)采取VPN通道模式實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)同時(shí)作業(yè)[5]。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

如圖3所示，高壓管匯管理系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件包括RFID電子標(biāo)簽、讀寫器、電腦終端、外網(wǎng)、云服務(wù)器、硬件防火墻、VPN服務(wù)器、內(nèi)網(wǎng)、后臺(tái)服務(wù)器及主控計(jì)算機(jī)。其中RFID電子標(biāo)簽與讀寫器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，讀寫器和電腦終端通過外網(wǎng)與云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，云服務(wù)器通過VPN通道及硬件防火墻與VPN服務(wù)器連接，VPN服務(wù)器與后臺(tái)服務(wù)器連接，主控計(jì)算機(jī)和電腦終端通過內(nèi)網(wǎng)對(duì)后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行訪問；軟件包括讀寫器操作軟件和電腦端操作軟件，讀寫器操作軟件對(duì)高壓管匯的狀態(tài)進(jìn)行錄入、儲(chǔ)存和分析，電腦端操作軟件對(duì)管理系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行寫入、修改和設(shè)定。

圖3 管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

讀寫器操作軟件包括RFID讀寫管理模塊、出入庫(kù)管理模塊、使用管理模塊、檢修管理模塊、設(shè)備尋找管理模塊及基本信息查詢模塊。RFID讀寫管理模塊錄入高壓管匯基本信息，建立基礎(chǔ)檔案。出入庫(kù)管理模塊記錄設(shè)備出入庫(kù)狀態(tài)。使用管理模塊對(duì)設(shè)備的上井使用信息進(jìn)行錄入和管理，并自動(dòng)判斷是否需要進(jìn)行檢維修。檢修管理模塊錄入設(shè)備檢維修記錄并生成報(bào)告。設(shè)備尋找管理模塊對(duì)特定目標(biāo)的電子標(biāo)簽進(jìn)行尋找?；拘畔⒉樵兡K可查詢高壓管匯的信息資料。

電腦端操作軟件包括組織機(jī)構(gòu)管理、基本信息管理、使用管理、檢修管理、預(yù)警管理、圖表管理及系統(tǒng)維護(hù)管理。組織機(jī)構(gòu)管理對(duì)崗位和人員進(jìn)行管理，基本信息管理對(duì)高壓管匯的基本信息檔案進(jìn)行管理，使用管理對(duì)上井使用數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入和自動(dòng)累計(jì)。檢修管理對(duì)檢維修信息進(jìn)行管理，預(yù)警管理對(duì)高壓管匯性能參數(shù)進(jìn)行預(yù)警。圖表管理通過餅狀圖直觀顯示各類型高壓管匯的狀態(tài)分布情況。系統(tǒng)維護(hù)管理對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改版，處理網(wǎng)絡(luò)故障。

2 系統(tǒng)管理操作流程

如圖4所示，高壓管匯管理流程如下：

圖4 高壓管匯管理流程

1）對(duì)出廠的高壓管匯安裝RFID電子標(biāo)簽，通過讀寫器的RFID讀寫管理模塊綁定錄入基本信息，在對(duì)RFID電子標(biāo)簽寫入基本信息的同時(shí)，通過外網(wǎng)將信息傳遞給云服務(wù)器，基本信息包含名稱、制造廠家、出廠日期、規(guī)格型號(hào)、壓力等級(jí)、出廠編號(hào)等，操作完成后流程狀態(tài)默認(rèn)為出廠狀態(tài)。

2）新設(shè)備送到車間后，車間管理人員對(duì)新設(shè)備驗(yàn)收，之后點(diǎn)擊進(jìn)入到讀寫器的出入庫(kù)管理模塊中，手持讀寫器對(duì)需要入庫(kù)的設(shè)備進(jìn)行掃描，掃描完成點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，設(shè)備狀態(tài)變更為庫(kù)存狀態(tài)。

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)使用后或者檢測(cè)維修合格后需要入庫(kù)的在役設(shè)備，也采用讀寫器進(jìn)行掃描，使用方法同上，將設(shè)備狀態(tài)變更為庫(kù)存狀態(tài)。對(duì)于車載高壓管匯，在出入庫(kù)管理模塊中勾選“車載”子選項(xiàng)，輸入車型車號(hào)。如需將已入庫(kù)的高壓管匯轉(zhuǎn)車載，則重新走入庫(kù)流程，進(jìn)入到出入庫(kù)管理模塊中，對(duì)設(shè)備掃描，勾選“車載”子選項(xiàng)，輸入車型車號(hào)并確認(rèn)。該入庫(kù)流程作為驗(yàn)收的憑證。

3）如需將設(shè)備出庫(kù)使用，在讀寫器的出入庫(kù)管理模塊中點(diǎn)擊“使用”按鈕，對(duì)即將參與作業(yè)的高壓管匯（包含車載和庫(kù)房2種）進(jìn)行掃描，錄入即將作業(yè)的平臺(tái)號(hào)或井號(hào)以建立臺(tái)賬，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，設(shè)備狀態(tài)變更為上井狀態(tài)。

4）在井場(chǎng)使用時(shí)，在讀寫器的使用管理模塊中，點(diǎn)擊“開始紀(jì)錄”，按照實(shí)際使用情況對(duì)高壓管匯進(jìn)行區(qū)分掃描，記錄本次上井使用時(shí)間和本次使用的砂量、酸量、壓力等，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕。

5）記錄填寫完畢后系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)累計(jì)使用時(shí)間、累計(jì)砂量、累計(jì)酸量、剩余時(shí)間等進(jìn)行計(jì)算，判斷設(shè)備是否已達(dá)到檢測(cè)條件。如果無(wú)需檢測(cè)，則在讀寫器的使用管理模塊中點(diǎn)擊“回庫(kù)”按鈕，設(shè)備狀態(tài)變更為庫(kù)存狀態(tài)。如果需要檢修，則點(diǎn)擊“送檢”按鈕，設(shè)備狀態(tài)變更為檢修狀態(tài)。用戶可根據(jù)各自的管理規(guī)定，自己設(shè)置檢測(cè)周期和檢測(cè)條件，系統(tǒng)自動(dòng)篩選出需要送檢的設(shè)備。

6）在讀寫器的檢修管理模塊中，填寫交檢報(bào)告，內(nèi)容包括委托單位、項(xiàng)目名稱、報(bào)告編號(hào)、產(chǎn)品數(shù)量、產(chǎn)品材質(zhì)、環(huán)境溫度及檢測(cè)日期等。再對(duì)需送檢的設(shè)備進(jìn)行掃描，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，在交檢報(bào)告中生成待檢設(shè)備列表。

7）檢修單位對(duì)送檢的設(shè)備進(jìn)行掃描確認(rèn)，檢測(cè)項(xiàng)目主要包括宏觀檢測(cè)、測(cè)厚檢測(cè)、磁粉檢測(cè)及試壓檢測(cè)[6]等。

8）檢測(cè)單位在檢測(cè)完成后，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，在讀寫器的檢修管理模塊中利用系統(tǒng)內(nèi)置的報(bào)告模板管理系統(tǒng)錄入檢測(cè)信息，制作檢測(cè)報(bào)告，進(jìn)入審核批準(zhǔn)流程。對(duì)于合格的產(chǎn)品，設(shè)備狀態(tài)變更為庫(kù)存狀態(tài)。對(duì)于報(bào)廢的產(chǎn)品，設(shè)備狀態(tài)變更為報(bào)廢狀態(tài)。

需要有針對(duì)性地掃描RFID電子標(biāo)簽時(shí)，可以提前在讀寫器的設(shè)備尋找管理模塊中錄入RFID電子標(biāo)簽的編碼或自編號(hào)，再逐個(gè)掃描RFID電子標(biāo)簽，當(dāng)掃描到目標(biāo)RFID電子標(biāo)簽時(shí)讀寫器發(fā)出提示，找出指定的RFID電子標(biāo)簽。

在讀寫器中對(duì)RFID電子標(biāo)簽的所有操作信息，全部上傳至云服務(wù)器，最終數(shù)據(jù)保存在后臺(tái)服務(wù)器中。

3 管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)過油田井下作業(yè)公司現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，該系統(tǒng)完全符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，可以實(shí)現(xiàn)高壓管匯生命周期管理，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。相比傳統(tǒng)的紙質(zhì)記錄模式，本系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)。

1）以往高壓管匯的編號(hào)都是刻在銘牌上，容易生銹和損壞，導(dǎo)致編號(hào)無(wú)法追溯，增大了統(tǒng)計(jì)難度。本系統(tǒng)采用RFID技術(shù)，通過鋼扎帶將電子標(biāo)簽固定在高壓管匯上，確?；拘畔⒉粊G失。電子標(biāo)簽采用陶瓷封裝加鋁合金外殼，防碰撞，使用壽命長(zhǎng)，克服了傳統(tǒng)的柔性薄膜電子標(biāo)簽的諸多缺點(diǎn)。

2）通過系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警，避免了高壓管匯超期服役的問題，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）本系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握高壓管匯的運(yùn)行狀態(tài)、臺(tái)帳、維修、保養(yǎng)、檢測(cè)記錄等信息，實(shí)現(xiàn)全生命周期管理，為應(yīng)急事故的快速處理及管理決策提供指導(dǎo)依據(jù)。

4）本系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)信息查詢及快速錄入，大幅減少手工登記紙質(zhì)檔案的工作量，在提高工作效率的同時(shí)，避免數(shù)據(jù)丟失，保證了生產(chǎn)工作高效運(yùn)行。

5）本系統(tǒng)內(nèi)置有檢測(cè)報(bào)告模板管理系統(tǒng)，用于錄入檢測(cè)信息，制作檢測(cè)報(bào)告，確保報(bào)告模板統(tǒng)一，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。對(duì)檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行上傳并共享，避免以后對(duì)檢測(cè)結(jié)論修改，提高了數(shù)據(jù)真實(shí)有效性。另外制造廠家可依據(jù)設(shè)備歷次檢測(cè)所反映的問題，對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

6）本系統(tǒng)采取各類數(shù)據(jù)挖掘和分析算法，統(tǒng)計(jì)各類產(chǎn)品的使用工況、檢測(cè)狀態(tài)、剩余壽命及剩余強(qiáng)度等，開展數(shù)據(jù)可視化分析和預(yù)測(cè)性分析，直觀展示數(shù)據(jù)，讓數(shù)據(jù)說話，深入挖掘檢測(cè)對(duì)象失效的原因，并針對(duì)性采取改進(jìn)措施，滿足客戶的個(gè)性化需求，提升客戶體驗(yàn)感。

7）本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)備份在后臺(tái)服務(wù)器中，在外網(wǎng)通過撥VPN訪問內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，確保數(shù)據(jù)安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，該系統(tǒng)較符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，實(shí)現(xiàn)了高壓管匯全生命周期管理，提高了高壓管匯現(xiàn)場(chǎng)使用的安全可靠性，克服了傳統(tǒng)手工記錄統(tǒng)計(jì)信息的不足，實(shí)現(xiàn)了有效實(shí)時(shí)監(jiān)控高壓管匯的狀況。