數字化檢驗技術在支撐劑檢驗中的應用

嵇文濤，姚亮，胡科先，董小麗

1.中國石油長慶油田分公司技術監測中心（陜西西安710018) 2.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠（內蒙古鄂爾多斯017300）

數字化檢驗技術在支撐劑檢驗中的應用

嵇文濤1，姚亮2，胡科先1，董小麗1

1.中國石油長慶油田分公司技術監測中心（陜西西安710018) 2.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠（內蒙古鄂爾多斯017300）

針對支撐劑檢驗過程中的取樣、8項性能指標分析、結果判定等過程，提出物聯網取樣監控技術、數字化檢驗、自動結果判定的系統方法。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、檢驗時間、檢驗人員等信息數據輸入到計算機，形成數據庫，做進一步地整理、匯總、判斷并形成檢驗報告存儲于局域網或打印輸出。整個系統大大降低勞動強度以及人為因素對檢驗結果的影響，減少了諸多中間環節，提高了效率，產生差錯的可能性大大降低。

支撐劑；數字化檢驗技術；性能指標

壓裂支撐劑廣泛用于油氣田深井開采、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入油氣井，大幅度提高油氣產量和延長油井壽命[1]。隨著油田5 000萬t穩產，支撐劑用量日益加大，保證合格支撐劑應用于油氣田生產現場，是支撐劑檢驗部門的重要職責。

在支撐劑性能指標測試方法中，大多采用人工手動檢驗方法，在檢驗中發現，對相同的樣品按照同一標準進行測試，由于檢驗條件、檢驗儀器、人員素質等不同，都會影響檢測結果，造成一定的誤差。由人為因素造成的誤差，給實際應用帶來諸多不利，削弱了支撐劑質量的檢測結果的可靠性、準確性。因此，有必要對影響支撐劑性能測試結果的因素進行系統考察，分析測試過程中誤差原因，引入數字化檢驗技術，提高檢驗的自動化程度，降低人為誤差，提高測試結果準確性和可靠性。

1 傳統支撐劑測試方法

1.1 傳統檢驗流程

傳統檢驗流程：管理部門通知檢驗機構現場取樣，取樣人員根據現場到貨量確定取樣個數，并拍攝取樣照片，填寫采樣記錄及采樣標簽。樣品運送回實驗室后人工分樣，依據SY/T 5108—2014《水力壓裂和礫石充填作業用支撐劑性能測試方法》手工檢驗、手工填寫原始記錄，編制Word版本檢驗報告，三級審核后報送檢驗報告。簡要流程如圖1所示。

1.2 傳統方法缺點

1.2.1 樣品采集不規范

采樣信息人工填寫，易造成樣品取樣信息不完整甚至有誤。重復性工作大，導致樣品信息傳遞過程中容易出錯，進而影響檢驗工作效率。

1.2.2 檢驗效率低

壓裂支撐劑性能指標測試時，測試過程、原始記錄填寫、測試結果的計算，檢驗報告編制都是人工完成，很大程度上影響了測試速度，造成檢驗效率低。

1.2.3 檢驗誤差大

在進行測試操作時，部分項目如濁度、圓度、球度測定過程受人為影響因素較大。人為判定的方式速度慢且容易產生誤差，如圓度、球度測試時，將20～30粒陶粒置于顯微鏡下人工觀察，每一粒與標準圖版對比，判斷其圓度、球度，這種方法耗時，其判定的結果人為誤差較大。

圖1 支撐劑入庫檢驗流程圖

1.2.4 質量追溯性不強

原有檢驗方法其測試過程通過人為判斷、手工記錄，受主觀因素影響較大，在質量追溯時，需要查驗大量的紙質原始資料，存在一定的差錯。傳統的印刷檢驗標識信息量少、易仿造、易脫落破損，質量追溯性差。

2 數字化分析系統

數字化壓裂支撐劑檢驗系統由現場物聯網取樣監控技術、精準智能化檢測技術、數字化檢驗質量分析技術組成，實現樣品采集信息物聯網自動流轉，8個性能指標依據標準數字化檢驗，自動統計、分析、判定監測結果。

2.1 物聯網取樣監控技術

現場物聯網取樣監控技術通過電子加密、GPS、物聯網有機結合，實現樣品信息、地理信息、二維碼標簽、影像資料、樣品信息流轉溯源全過程控制,如圖2所示。

圖2 取樣信息傳輸示意圖

通過手持物聯網移動終端上的取樣分析軟件來實現樣品信息打印，取樣過程拍照，取樣地點定位，樣品標簽打印、樣品編號的自動生成及樣品流轉信息保存。該技術提高了樣品取樣過程效率，規范樣品取樣工作流程，實現了壓裂支撐劑取樣工作的標準化。

2.2 精準智能化檢測技術

研發了最高精度壓力試驗工藝。利用精準壓力檢測和穩定的導流測試技術,使支撐劑破碎測量示值精度由常規1.0級提高到0.5級，并具有穩定的導流測試能力，位移測量分辨率達到0.000 02mm。并實現壓力曲線和壓力數據的自動傳遞。

研發圓、球度智能識別技術，通過計算機圖像處理技術[2]，對支撐劑圖像進行平滑、二值化分割、膨脹和腐蝕，降低圖像噪聲，自動與標準圖版比對計算出每批支撐劑樣品的平均圓球度[3]，然后對處理后的顆粒進行邊緣提取[4]作為質量評定的依據。實現測定數據自動傳遞和測試結果的自動判定，如圖3所示。

圖3 圓度、球度智能識別界面

發明了濁度自動化腕式振蕩儀，如圖4所示。通過采用ARM處理器控制、齒形皮帶傳動系統，模擬手工的平動和轉動的組合運動方式，提供壓裂支撐劑實驗中濁度檢驗需要的旋轉速度和攪動力，實現了支撐劑濁度自動化檢測。

圖4 濁度自動化腕式振蕩儀

開發了智能稱量傳遞技術。將電腦與天平通過RS232接口連接，開發Balance Link軟件，通過“手動傳輸穩定稱量值（天平觸發）”來實現稱量數值傳輸到應用系統。實現稱量值自動傳輸、計算，消除了操作過程人為記錄、計算誤差，提高了工作效率。

2.3 智能化檢驗質量分析技術

使用JAVA語言和ORACLE數據開發了支撐劑智能化檢驗質量分析技術，實現檢測項目原始數據的錄入功能。根據預設的公式自動計算檢測結果，將支撐劑性能測試的指標有機結合，自動形成檢測報告。同時具備了自動分析比對不合格原因和對廠商進行優劣自動排序等功能，如圖5、圖6所示。

圖5 自動分析比對功能

圖6 廠商優劣自動排序功能

3 應用效果

3.1 提高了檢驗質量

智能化壓裂支撐劑質量檢驗裝置主要表現為試驗數據真實性高，支撐劑檢測方法、測試步驟、性能指標錄入到檢驗系統中并按照系統程式化要求，進行標準操作。數字化壓裂支撐劑檢測系統應用前后，平行樣檢測數據偏差高于10%而進行重復檢驗量的現象有明顯減少，支撐劑一次檢測準確率有顯著提升。

3.2 提高了檢驗效率

將傳統檢驗方式與智能化檢驗系統所需檢驗時間進行對比，見表1。從提高效率方面來說，通過表1可看出，整個試驗過程時間降低、效率提高29.1%，如果包括平時需進行的檢驗情況統計、周報月報匯總等隱形效率，效率提高超過50%。

表1 檢驗時間對比

3.3 降低了勞動強度

使用數據自動采集設備可以減少人為誤差，基本杜絕由于人為失誤造成的檢驗報告錯誤和重復性檢驗。檢驗原始記錄與檢驗報告自動生成，減少相應環節，實現了無紙化辦公；檢驗情況可直接查詢，減少了統計匯總方面的工作，大大降低了勞動強度，見表2。

3.4 實現了全程質量溯源

利用數字化壓裂支撐劑質量檢測系統，樣品采集環節二維碼標簽將顯示完整的樣品信息并保證樣品的唯一性；樣品分析環節系統自動讀取檢測結果，消除了人為干擾；結果判定環節系能進行智能判定，消除人為誤差。對合格支撐劑或不合格支撐劑，經授權許可，通過系統快速查詢檢測原始記錄、檢測報告，進一步溯源檢驗結論及不合格性能指標等信息，增強了壓裂支撐劑檢測的質量溯源性，提升了壓裂支撐劑質量管控水平[5]。

表2 傳統人工檢驗存在問題及智能化檢驗系統實現效果

4 結論

智能化壓裂支撐劑質量檢驗裝置研究成功，提高了支撐劑檢驗質量及效率、降低了勞動強度、實現了全程質量溯源，有效杜絕了性能指標不合格的壓裂支撐劑應用于油氣田壓裂現場，從而對提高壓裂效果和單井增產作出貢獻。

傳統壓裂支撐劑檢驗普遍采用手動操作、人工采集數值、檢定準確度和效率低，容易產生人為誤差，檢定質量統計分析工作量大，差錯率高，不能及時提供準確可靠的檢測數據及質量信息。數字化壓裂支撐劑檢驗系統可以快速提供質量統計報表，使數據變成對決策有用的信息，并以最快的速度到達決策層處,為更快更好地制定決策提供依據。

[1]劉軍.生產工藝對壓裂支撐劑的影響[D].太原：太原理工大學,2013.

[2]田捷.實用圖像分析與處理技術[M].北京：電子工業出版社,1995．

[3]郭永彩,高潮,胡學東,等.微細顆粒粒度分析方法與測試技術[J].重慶大學學報(自然科學版),2000,23(5)：85-87．

[4]郁可,張永勝.基于定量體視學的顆粒群特征分析[J].中國粉體技術,1999,5(4)：19-22．

[5]倫納德·卡爾法亞.酸化增產技術[M].吳奇,鄒洪嵐,張汝生,等譯.北京：石油工業出版社,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，現從事環境監測、油田化學劑和壓裂支撐劑檢驗等工作。