數(shù)字化檢驗(yàn)技術(shù)在支撐劑檢驗(yàn)中的應(yīng)用

嵇文濤，姚亮，胡科先，董小麗

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心（陜西西安710018) 2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠(chǎng)（內(nèi)蒙古鄂爾多斯017300）

數(shù)字化檢驗(yàn)技術(shù)在支撐劑檢驗(yàn)中的應(yīng)用

嵇文濤1，姚亮2，胡科先1，董小麗1

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心（陜西西安710018) 2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠(chǎng)（內(nèi)蒙古鄂爾多斯017300）

針對(duì)支撐劑檢驗(yàn)過(guò)程中的取樣、8項(xiàng)性能指標(biāo)分析、結(jié)果判定等過(guò)程，提出物聯(lián)網(wǎng)取樣監(jiān)控技術(shù)、數(shù)字化檢驗(yàn)、自動(dòng)結(jié)果判定的系統(tǒng)方法。將樣品采集、粒徑符合率、球度、圓度、破碎率、體積密度、濁度、視密度、酸溶解度、檢驗(yàn)時(shí)間、檢驗(yàn)人員等信息數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，做進(jìn)一步地整理、匯總、判斷并形成檢驗(yàn)報(bào)告存儲(chǔ)于局域網(wǎng)或打印輸出。整個(gè)系統(tǒng)大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度以及人為因素對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的影響，減少了諸多中間環(huán)節(jié)，提高了效率，產(chǎn)生差錯(cuò)的可能性大大降低。

支撐劑；數(shù)字化檢驗(yàn)技術(shù)；性能指標(biāo)

壓裂支撐劑廣泛用于油氣田深井開(kāi)采、高壓油氣層的壓裂改造。支撐劑由壓裂液帶入并支撐在壓裂地層的裂隙中，從而有效地將油氣導(dǎo)入油氣井，大幅度提高油氣產(chǎn)量和延長(zhǎng)油井壽命[1]。隨著油田5 000萬(wàn)t穩(wěn)產(chǎn)，支撐劑用量日益加大，保證合格支撐劑應(yīng)用于油氣田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，是支撐劑檢驗(yàn)部門(mén)的重要職責(zé)。

在支撐劑性能指標(biāo)測(cè)試方法中，大多采用人工手動(dòng)檢驗(yàn)方法，在檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)相同的樣品按照同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，由于檢驗(yàn)條件、檢驗(yàn)儀器、人員素質(zhì)等不同，都會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，造成一定的誤差。由人為因素造成的誤差，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)諸多不利，削弱了支撐劑質(zhì)量的檢測(cè)結(jié)果的可靠性、準(zhǔn)確性。因此，有必要對(duì)影響支撐劑性能測(cè)試結(jié)果的因素進(jìn)行系統(tǒng)考察，分析測(cè)試過(guò)程中誤差原因，引入數(shù)字化檢驗(yàn)技術(shù)，提高檢驗(yàn)的自動(dòng)化程度，降低人為誤差，提高測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性。

1 傳統(tǒng)支撐劑測(cè)試方法

1.1 傳統(tǒng)檢驗(yàn)流程

傳統(tǒng)檢驗(yàn)流程：管理部門(mén)通知檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)取樣，取樣人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)到貨量確定取樣個(gè)數(shù)，并拍攝取樣照片，填寫(xiě)采樣記錄及采樣標(biāo)簽。樣品運(yùn)送回實(shí)驗(yàn)室后人工分樣，依據(jù)SY/T 5108—2014《水力壓裂和礫石充填作業(yè)用支撐劑性能測(cè)試方法》手工檢驗(yàn)、手工填寫(xiě)原始記錄，編制Word版本檢驗(yàn)報(bào)告，三級(jí)審核后報(bào)送檢驗(yàn)報(bào)告。簡(jiǎn)要流程如圖1所示。

1.2 傳統(tǒng)方法缺點(diǎn)

1.2.1 樣品采集不規(guī)范

采樣信息人工填寫(xiě)，易造成樣品取樣信息不完整甚至有誤。重復(fù)性工作大，導(dǎo)致樣品信息傳遞過(guò)程中容易出錯(cuò)，進(jìn)而影響檢驗(yàn)工作效率。

1.2.2 檢驗(yàn)效率低

壓裂支撐劑性能指標(biāo)測(cè)試時(shí)，測(cè)試過(guò)程、原始記錄填寫(xiě)、測(cè)試結(jié)果的計(jì)算，檢驗(yàn)報(bào)告編制都是人工完成，很大程度上影響了測(cè)試速度，造成檢驗(yàn)效率低。

1.2.3 檢驗(yàn)誤差大

在進(jìn)行測(cè)試操作時(shí)，部分項(xiàng)目如濁度、圓度、球度測(cè)定過(guò)程受人為影響因素較大。人為判定的方式速度慢且容易產(chǎn)生誤差，如圓度、球度測(cè)試時(shí)，將20～30粒陶粒置于顯微鏡下人工觀察，每一粒與標(biāo)準(zhǔn)圖版對(duì)比，判斷其圓度、球度，這種方法耗時(shí)，其判定的結(jié)果人為誤差較大。

圖1 支撐劑入庫(kù)檢驗(yàn)流程圖

1.2.4 質(zhì)量追溯性不強(qiáng)

原有檢驗(yàn)方法其測(cè)試過(guò)程通過(guò)人為判斷、手工記錄，受主觀因素影響較大，在質(zhì)量追溯時(shí)，需要查驗(yàn)大量的紙質(zhì)原始資料，存在一定的差錯(cuò)。傳統(tǒng)的印刷檢驗(yàn)標(biāo)識(shí)信息量少、易仿造、易脫落破損，質(zhì)量追溯性差。

2 數(shù)字化分析系統(tǒng)

數(shù)字化壓裂支撐劑檢驗(yàn)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)取樣監(jiān)控技術(shù)、精準(zhǔn)智能化檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字化檢驗(yàn)質(zhì)量分析技術(shù)組成，實(shí)現(xiàn)樣品采集信息物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)流轉(zhuǎn)，8個(gè)性能指標(biāo)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化檢驗(yàn)，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、分析、判定監(jiān)測(cè)結(jié)果。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)取樣監(jiān)控技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)取樣監(jiān)控技術(shù)通過(guò)電子加密、GPS、物聯(lián)網(wǎng)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)樣品信息、地理信息、二維碼標(biāo)簽、影像資料、樣品信息流轉(zhuǎn)溯源全過(guò)程控制,如圖2所示。

圖2 取樣信息傳輸示意圖

通過(guò)手持物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)終端上的取樣分析軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)樣品信息打印，取樣過(guò)程拍照，取樣地點(diǎn)定位，樣品標(biāo)簽打印、樣品編號(hào)的自動(dòng)生成及樣品流轉(zhuǎn)信息保存。該技術(shù)提高了樣品取樣過(guò)程效率，規(guī)范樣品取樣工作流程，實(shí)現(xiàn)了壓裂支撐劑取樣工作的標(biāo)準(zhǔn)化。

2.2 精準(zhǔn)智能化檢測(cè)技術(shù)

研發(fā)了最高精度壓力試驗(yàn)工藝。利用精準(zhǔn)壓力檢測(cè)和穩(wěn)定的導(dǎo)流測(cè)試技術(shù),使支撐劑破碎測(cè)量示值精度由常規(guī)1.0級(jí)提高到0.5級(jí)，并具有穩(wěn)定的導(dǎo)流測(cè)試能力，位移測(cè)量分辨率達(dá)到0.000 02mm。并實(shí)現(xiàn)壓力曲線(xiàn)和壓力數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳遞。

研發(fā)圓、球度智能識(shí)別技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)[2]，對(duì)支撐劑圖像進(jìn)行平滑、二值化分割、膨脹和腐蝕，降低圖像噪聲，自動(dòng)與標(biāo)準(zhǔn)圖版比對(duì)計(jì)算出每批支撐劑樣品的平均圓球度[3]，然后對(duì)處理后的顆粒進(jìn)行邊緣提取[4]作為質(zhì)量評(píng)定的依據(jù)。實(shí)現(xiàn)測(cè)定數(shù)據(jù)自動(dòng)傳遞和測(cè)試結(jié)果的自動(dòng)判定，如圖3所示。

圖3 圓度、球度智能識(shí)別界面

發(fā)明了濁度自動(dòng)化腕式振蕩儀，如圖4所示。通過(guò)采用ARM處理器控制、齒形皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)，模擬手工的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的組合運(yùn)動(dòng)方式，提供壓裂支撐劑實(shí)驗(yàn)中濁度檢驗(yàn)需要的旋轉(zhuǎn)速度和攪動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了支撐劑濁度自動(dòng)化檢測(cè)。

圖4 濁度自動(dòng)化腕式振蕩儀

開(kāi)發(fā)了智能稱(chēng)量傳遞技術(shù)。將電腦與天平通過(guò)RS232接口連接，開(kāi)發(fā)Balance Link軟件，通過(guò)“手動(dòng)傳輸穩(wěn)定稱(chēng)量值（天平觸發(fā)）”來(lái)實(shí)現(xiàn)稱(chēng)量數(shù)值傳輸?shù)綉?yīng)用系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)稱(chēng)量值自動(dòng)傳輸、計(jì)算，消除了操作過(guò)程人為記錄、計(jì)算誤差，提高了工作效率。

2.3 智能化檢驗(yàn)質(zhì)量分析技術(shù)

使用JAVA語(yǔ)言和ORACLE數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)了支撐劑智能化檢驗(yàn)質(zhì)量分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)項(xiàng)目原始數(shù)據(jù)的錄入功能。根據(jù)預(yù)設(shè)的公式自動(dòng)計(jì)算檢測(cè)結(jié)果，將支撐劑性能測(cè)試的指標(biāo)有機(jī)結(jié)合，自動(dòng)形成檢測(cè)報(bào)告。同時(shí)具備了自動(dòng)分析比對(duì)不合格原因和對(duì)廠(chǎng)商進(jìn)行優(yōu)劣自動(dòng)排序等功能，如圖5、圖6所示。

圖5 自動(dòng)分析比對(duì)功能

圖6 廠(chǎng)商優(yōu)劣自動(dòng)排序功能

3 應(yīng)用效果

3.1 提高了檢驗(yàn)質(zhì)量

智能化壓裂支撐劑質(zhì)量檢驗(yàn)裝置主要表現(xiàn)為試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)性高，支撐劑檢測(cè)方法、測(cè)試步驟、性能指標(biāo)錄入到檢驗(yàn)系統(tǒng)中并按照系統(tǒng)程式化要求，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)操作。數(shù)字化壓裂支撐劑檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用前后，平行樣檢測(cè)數(shù)據(jù)偏差高于10%而進(jìn)行重復(fù)檢驗(yàn)量的現(xiàn)象有明顯減少，支撐劑一次檢測(cè)準(zhǔn)確率有顯著提升。

3.2 提高了檢驗(yàn)效率

將傳統(tǒng)檢驗(yàn)方式與智能化檢驗(yàn)系統(tǒng)所需檢驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1。從提高效率方面來(lái)說(shuō)，通過(guò)表1可看出，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程時(shí)間降低、效率提高29.1%，如果包括平時(shí)需進(jìn)行的檢驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)、周報(bào)月報(bào)匯總等隱形效率，效率提高超過(guò)50%。

表1 檢驗(yàn)時(shí)間對(duì)比

3.3 降低了勞動(dòng)強(qiáng)度

使用數(shù)據(jù)自動(dòng)采集設(shè)備可以減少人為誤差，基本杜絕由于人為失誤造成的檢驗(yàn)報(bào)告錯(cuò)誤和重復(fù)性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)原始記錄與檢驗(yàn)報(bào)告自動(dòng)生成，減少相應(yīng)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化辦公；檢驗(yàn)情況可直接查詢(xún)，減少了統(tǒng)計(jì)匯總方面的工作，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，見(jiàn)表2。

3.4 實(shí)現(xiàn)了全程質(zhì)量溯源

利用數(shù)字化壓裂支撐劑質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，樣品采集環(huán)節(jié)二維碼標(biāo)簽將顯示完整的樣品信息并保證樣品的唯一性；樣品分析環(huán)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)讀取檢測(cè)結(jié)果，消除了人為干擾；結(jié)果判定環(huán)節(jié)系能進(jìn)行智能判定，消除人為誤差。對(duì)合格支撐劑或不合格支撐劑，經(jīng)授權(quán)許可，通過(guò)系統(tǒng)快速查詢(xún)檢測(cè)原始記錄、檢測(cè)報(bào)告，進(jìn)一步溯源檢驗(yàn)結(jié)論及不合格性能指標(biāo)等信息，增強(qiáng)了壓裂支撐劑檢測(cè)的質(zhì)量溯源性，提升了壓裂支撐劑質(zhì)量管控水平[5]。

表2 傳統(tǒng)人工檢驗(yàn)存在問(wèn)題及智能化檢驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果

4 結(jié)論

智能化壓裂支撐劑質(zhì)量檢驗(yàn)裝置研究成功，提高了支撐劑檢驗(yàn)質(zhì)量及效率、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)了全程質(zhì)量溯源，有效杜絕了性能指標(biāo)不合格的壓裂支撐劑應(yīng)用于油氣田壓裂現(xiàn)場(chǎng)，從而對(duì)提高壓裂效果和單井增產(chǎn)作出貢獻(xiàn)。

傳統(tǒng)壓裂支撐劑檢驗(yàn)普遍采用手動(dòng)操作、人工采集數(shù)值、檢定準(zhǔn)確度和效率低，容易產(chǎn)生人為誤差，檢定質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析工作量大，差錯(cuò)率高，不能及時(shí)提供準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)及質(zhì)量信息。數(shù)字化壓裂支撐劑檢驗(yàn)系統(tǒng)可以快速提供質(zhì)量統(tǒng)計(jì)報(bào)表，使數(shù)據(jù)變成對(duì)決策有用的信息，并以最快的速度到達(dá)決策層處,為更快更好地制定決策提供依據(jù)。

[1]劉軍.生產(chǎn)工藝對(duì)壓裂支撐劑的影響[D].太原：太原理工大學(xué),2013.

[2]田捷.實(shí)用圖像分析與處理技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社,1995．

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[5]倫納德·卡爾法亞.酸化增產(chǎn)技術(shù)[M].吳奇,鄒洪嵐,張汝生,等譯.北京：石油工業(yè)出版社,2004：12．

In view of the sampling process,the analysis of 8 performance indexes and the judgment of the results in proppant inspection, a systematic method including sampling monitoring technology using internet of things,digital inspection and automatic result judgment is proposed.The data of sampling,particle size coincidence ratio,sphericity,roundness,crushing ratio,volume density,turbidity,density,acid solubility,inspection time and inspection personnel information input to the computer and to form a database,and the data are further collated,summarized and judged in the computer to form inspection reports,which are stored in the LAN or printed.The whole system greatly reduces labor intensity and the impact of human factors on inspection results.It reduces many intermediate links,improves efficiency,and greatly reduces the possibility of error.

proppant;digital inspection technology;performance index

2017-05-11

嵇文濤（1978-），男，工程師，現(xiàn)從事環(huán)境監(jiān)測(cè)、油田化學(xué)劑和壓裂支撐劑檢驗(yàn)等工作。