高亞寧

（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，陜西西安 710018）

1 研究背景

固井是鉆井過程中的一項(xiàng)重要作業(yè)，共分為下套管、注水泥、井口安裝和套管試壓3 個(gè)階段，在后兩個(gè)階段中水泥漿的密度、壓力、排量是影響固井施工質(zhì)量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。隨著市場對固井施工質(zhì)量要求的不斷提高，采集水泥漿壓力、密度、排量等固井?dāng)?shù)據(jù)的情況越來越多，如果生產(chǎn)高峰期試壓會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)用車嚴(yán)重緊張，同時(shí)現(xiàn)有一些數(shù)采裝置老舊故障頻發(fā)、更換成本費(fèi)用高，且舊式的現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集受到筆記本電腦電池續(xù)航能力的限制，影響固井施工質(zhì)量的分析和總結(jié)。因此，建立云端遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為突破數(shù)據(jù)采集困境的一種途徑。

2 數(shù)據(jù)采集的作用

數(shù)據(jù)采集是對固井施工過程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并形成施工曲線圖，使固井施工過程受控（圖1）。隨車的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以筆記本電腦為載體、以專業(yè)的采集軟件為平臺，通過專用數(shù)據(jù)接口與控制箱連接，可以對施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)掌控密度、壓力、流量等的波動(dòng)情況。生成的曲線圖還可以長期保存，使每口井的固井?dāng)?shù)據(jù)都可以查詢。通過現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，大大提高了固井施工質(zhì)量。

圖1 固井施工曲線

3 數(shù)據(jù)采集現(xiàn)狀

固井水泥漿的密度、壓力、排量是固井施工的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確，可精確反映固井施工的情況。相關(guān)數(shù)據(jù)如下：固井水泥車上密度計(jì)量程為3.5 g/cm3或5 g/cm3，施工數(shù)據(jù)為1～2 g/cm3，密度精度要求為0.005 g/cm3；固井水泥車壓力傳感器量程為103.5 MPa，施工數(shù)據(jù)為0～47 MPa，精度要求為0.05 MPa；固井施工水泥漿瞬時(shí)排量為200～1000 L/min，排量精度為0.5 L/min。

目前隨車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往受限于數(shù)據(jù)采集裝置，裝置的可靠性決定著數(shù)據(jù)采集的可能性及準(zhǔn)確性。固完井施工時(shí)間一般在2 h 以上，采集裝置中筆記本電腦電池續(xù)航能力一般維持在2 h 左右，數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場實(shí)時(shí)采集受限。同時(shí)，目前水泥車中帶有數(shù)據(jù)采集裝置的水泥車數(shù)量占到50%～60%，而且老舊、故障裝置不斷出現(xiàn)，更換、維修成本高，因此建立云端固井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程采集或云端數(shù)據(jù)存儲隨時(shí)下載，可以解決目前唯一依賴數(shù)采裝置的現(xiàn)狀。

4 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將固井現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳至數(shù)據(jù)中心，保證了數(shù)據(jù)的原始性、實(shí)時(shí)性以及唯一性。數(shù)據(jù)在發(fā)送過程中，會(huì)將備份數(shù)據(jù)發(fā)送到現(xiàn)場客戶端一份，現(xiàn)場客戶端能夠?qū)崟r(shí)觀察固井施工曲線。固井現(xiàn)場將施工數(shù)據(jù)傳送至云端服務(wù)器，經(jīng)解包、分析后存儲在數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)打包轉(zhuǎn)發(fā)至各個(gè)電腦客戶端，以便管理人員、技術(shù)人員能實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)及歷史查詢功能。

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集只需在水泥車操作臺安裝采集終端設(shè)備（Data Acquisition Unit，DAU），其具有數(shù)據(jù)采集功能、COM（Cluster COMmunication，串行通信）接口、數(shù)據(jù)存儲器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、無線通信功能、GPRS（General Packet Radio Service，通用無線分組業(yè)務(wù)）通信功能、以太網(wǎng)通信功能、電源穩(wěn)定功能等，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集、現(xiàn)場采集、自由數(shù)據(jù)下載等功能（圖2）。

圖2 DAU 設(shè)計(jì)框圖

5 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用

5.1 初次安裝試驗(yàn)

2015年在兩臺水泥車安裝了兩臺采集終端設(shè)備，并進(jìn)行了試驗(yàn)。該兩臺水泥車為使用時(shí)間久遠(yuǎn)的40-17 型水泥車，水泥車運(yùn)行上井測試，可以遠(yuǎn)程采集壓力、排量、密度曲線，但采集曲線和數(shù)據(jù)采集不全。

5.2 第二次安裝試驗(yàn)

2016年上半年增加安裝7 套遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，增加車型為45-21 型以上水泥車，同時(shí)更新軟件版本，增加設(shè)備采集系統(tǒng)中設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)模糊查詢功能，技術(shù)人員施工時(shí)間、完工時(shí)間確認(rèn)、壓力、排量、密度曲線數(shù)據(jù)采集，無線連接數(shù)據(jù)采集功能。

為提高采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及可靠性，技術(shù)人員對9 臺采集系統(tǒng)進(jìn)行清水試驗(yàn)校準(zhǔn)和上井跟蹤測試。

（1）清水試驗(yàn)校準(zhǔn)。通過對水泥車計(jì)量罐注入2 m3清水，測試水泥車密度、壓力、排量儀表與采集系統(tǒng)采集的各種數(shù)據(jù)值。通過調(diào)節(jié)各比例因子，使水泥車儀表數(shù)據(jù)與系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)誤差保持在±0.001。

（2）上井跟蹤測試。通過上井（完井）對水泥車遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)進(jìn)行測試，水泥車數(shù)采裝置采集數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)基本一致，誤差控制在±0.002。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在隨后的固井生產(chǎn)中被大量使用，有效緩解了帶有數(shù)采裝置水泥車使用緊張的情況。

6 結(jié)論及建議

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用為采集固井施工過程數(shù)據(jù)提供較大的便利，不僅降低了對目前使用成本較高的數(shù)采裝置的依賴，而且還有效解決了生產(chǎn)高峰期水泥車使用緊張的情況，使老舊水泥車在數(shù)據(jù)采集方面發(fā)揮了作用。實(shí)時(shí)采集與自由數(shù)據(jù)下載功能為固井生產(chǎn)提供了有力、可靠的數(shù)據(jù)，深入發(fā)展遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)有助于固井質(zhì)量的更進(jìn)一步提高。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還可以配置功率較大的無線發(fā)射器，研發(fā)電腦、移動(dòng)終端軟件及增強(qiáng)現(xiàn)場無線功能，提高現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的便捷性，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)取固井?dāng)?shù)據(jù)，同時(shí)通過移動(dòng)終端連接水泥車無線信號采集固井?dāng)?shù)據(jù)降低了對生產(chǎn)系統(tǒng)信息的過多依賴，使遠(yuǎn)程數(shù)采系統(tǒng)的使用更加靈活、便捷。