固井實時監測系統（監測模塊）的開發探討

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

關鍵詞：固井；實時監測系統；動態參數；圖形設備接口；施工過程 文獻標識碼：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。而固井過程中的最重要的參數是泥漿密度、壓力和流量，傳統方法是用人工控制的，目前主要是用智能儀表系統控制的。由于油田開采的特殊性，許多油井分布在一些惡劣的環境中，如高溫（60℃）和低溫（-40℃）環境，強振動和沖擊等，儀表系統故障頻頻，致使固井失敗，嚴重影響生產。為了保障固井施工安全和提高固井質量，客觀上需要對固井注水泥過程的動態參數及時了解和分析，并進行控制，采取合理的施工措施。著眼于這一目標，本文通過調研有關油氣井的固井過程和影響固井質量的主要參數，開發了固井實時監測系統（監測模塊）。該模塊主要實現固井施工參數（流量、密度和壓力）的實時監測功能。固井實時監測系統的開發，為保障固井質量和作業安全提供了一種科學的手段。

1 系統設計原則

固井實時監測系統是一個系統建設，隨著時間的推移，系統的功能會越來越豐富。所以在設計時應充分考慮到將來應用的需求，在設計時間未詳細考慮會為以后的系統運行留下隱患。因此在設計時我們嚴格遵循了以下原則：

1.1 實用性和適用性原則

本系統使用人員范圍廣，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人員，系統應盡可能操作簡便、維護簡單。同時該系統也應該在各個油田的固井過程中都能使用，所以應保證其適用性。

1.2 可行性和適應性原則

固井實時監測系統的設計應使系統具有在技術上的可行性和經濟上的可能性。

1.3 可靠性和穩定性原則

在考慮技術先進性和開放性的同時，應從系統結構、技術措施、設備性能、系統管理及維修能力等方面著手，確保系統運行的可靠性和穩定性，使系統達到最大的平均無故障時間。

1.4 安全性和保密性原則

在系統設計中，既要考慮信息資源的充分共享，更要注意系統的保護和隔離，包括系統安全機制、數據存儲控制等。

1.5 靈活性與擴展性原則

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

1.6 經濟性與投資保護原則

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

2 系統需求分析

“固井實時監測系統”（監測模塊）應具備以下功能：（1）固井施工參數（流量、密度和壓力）的實時監測功能：固井實時監測系統是對固井作業中影響施工質量的參數（流量、密度和壓力）進行監測和管理。監測系統將傳感器傳來的電信號還原為真實值，并以數據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的動態變化。

2.1 流量、密度和壓力的監測

將參數的電信號還原為真實值的公式為y=kx+b，y為參數真實值；x為參數采集值；k為標定系數；b為補償值。累積流量的監測：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，以便監測系統能夠正常工作。

2.3 數據回放功能

數據回放可以從數據庫中調出施工監測數據，回放施工參數的變化過程，以便對固井作業過程進行技術分析，總結施工經驗。

3 數據庫概念模型

根據對固井實時監測系統的分析、系統設計，規劃出本系統使用的數據庫實體。傳感器是整個系統的關鍵，需要對輸入的信號進行采集轉換，因此需要規劃傳感器的信息實體。該實體包括名稱、標定系數、補償值等屬性。

4 信號測試

在監測模塊運行之前，有必要檢查收集到的信號是否有效，因而設計信號測試模塊。傳感器由于使用時間較長造成損耗，產生了一定程度的誤差，可以通過修改參數對公式進行維護，對數據的真實值進行校正。將參數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據驅動測試，它是在已知產品所應具有的功能，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 結語

本文是在設計過程中密切聯系實際，通過研究固井過程中監測參數的方法，認真閱讀各類文獻數據，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測系統。固井實時監測系統針對固井施工作業的要求，根據軟件體系結構發展的模式，介紹了固井實時監測系統的需求分析及各個功能模塊分析，并詳細闡述了系統的開發任務及要求。最后，介紹了系統的詳細設計與實現，包括各模塊的設計與實現。系統通過部分調試運行，能夠滿足固井參數實時監測的基本需求。該系統的監測模塊已經能夠實現信號測試、實時監測和數據回放與分析功能，而且整個系統具有良好的擴展性，為后續進行功能擴展打下基礎。

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

（責任編輯：周 瓊）