基于MATLAB 的顏色識別系統(tǒng)在油田聯(lián)合站中的應用

孫利軍 孫銘博 盛哲

1大慶油田有限責任公司第三采油廠

2青島鼎信通訊股份有限公司

3長慶油田分公司技術監(jiān)測中心

在油田聯(lián)合站中原油含水化驗、污水含油化驗是生產(chǎn)工作中的關鍵性工作。受取樣點多、化驗頻率高、化驗操作時間長等因素影響，每天的化驗工作量大且需要操作熟練的崗位員工來進行，極大地耗費了人力成本與時間成本；所以，通過分析原油含水和污水含油的化驗過程中都與顏色變化相關聯(lián)這一特性，亟需一套更為簡便穩(wěn)定的手段對指標獲取后進行操作處理。為此設計了一套基于MATLAB軟件的顏色識別系統(tǒng)，利用其可以簡單、快速地對原油和污水取樣樣本進行顏色識別，獲取所需的原油含水指標、污水含油量、污水含懸浮物量的指標。

1 聯(lián)合站化驗工作現(xiàn)狀

1.1 原油含水化驗

聯(lián)合站油站化驗崗位主要對進站來油、一段脫后油、二段脫后油、外輸油取樣化驗，進行原油含水率指標監(jiān)控，化驗操作執(zhí)行GB/T 260—2016《石油產(chǎn)品水含量的測定（蒸餾法）》，化驗使用蒸餾法專用原油含水測定儀[1-3]（圖1）。

圖1 專用原油含水測定儀Fig.1 Special crude oil water content tester

一段脫后油、外輸油2 個油樣的含水率是重點監(jiān)控指標。其中，外輸油需要每2 h 取樣化驗1次，一段脫后油需要每4 h 取樣化驗1 次，化驗時間全程需要40～50 min。化驗采用電子天平，數(shù)控原油含水測定儀；執(zhí)行標準為GB/T 260—2016《石油產(chǎn)品水含量的測定》。化驗結果出來后需要填寫原油含水的原始記錄[4-6]（表1）。

表1 蒸餾法測定原油含水的原始記錄Tab.1 Original record of water content determination in crude oil by the distillation method

1.2 污水含油、含懸浮物化驗

聯(lián)合站污水站化驗崗位主要對油站來水、過濾罐前后污水、外輸污水取樣化驗[4]，對污水中的含油量、含懸浮物量進行指標監(jiān)控；化驗操作執(zhí)行Q/SY DQ0594—2017《油田注水水質二項指標現(xiàn)場監(jiān)測方法及操作規(guī)程》；使用分光光度計對污水含油量進行檢測，使用激光濁度儀對污水含懸浮物量進行檢測[7]（圖2）。

圖2 分光光度計、激光濁度儀化驗儀器Fig.2 Spectrophotometer and laser turbidimeter

油站來水、外輸污水2 個水樣的污水含油量、含懸浮物量是重點監(jiān)控指標。其中，油站來水需要每24 h 取樣化驗1 次，外輸污水需要每8 h 取樣化驗1 次，化驗時間全程需要30～40 min。污水含油量檢驗采用VIS-723N 110677 型分光光度計，污水含懸浮物量檢驗采用ZBX-1L 50129 激光濁度儀。化驗結果出來后需要填寫污水含油量、含懸浮物量測定的原始記錄[8-9]（表2）。

表2 污水含油量、含懸浮物量測定的原始記錄Tab.2 Original records of oil and suspended solids content determination in sewage

2 顏色識別系統(tǒng)的設計與應用

MATLAB 軟件是由美國MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于數(shù)據(jù)分析、無線通信、深度學習、圖像處理與計算機視覺、信號處理、量化金融與風險管理、機器人、控制系統(tǒng)等領域[10]。基于MATLAB 軟件可以開發(fā)出1 套人工智能的顏色識別代碼，得到需處理物（原油及污水）的RGB（紅、綠、藍3 個通道顏色）三色數(shù)值。通過錄入大量正常處理完成后的RGB 數(shù)值得到對比數(shù)據(jù)庫，再將需處理物的RGB 數(shù)值與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)值進行相應比對，便可以得到處理程度的區(qū)間。由此可用于快速分析處理結果是否達標，加快實驗室化驗進度，提升工作效率[11]。于是，結合讀取圖片、獲取顏色、存儲數(shù)據(jù)、導出數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)，研發(fā)了1 套完整的基于MATLAB 軟件的程序方案，該程序的各個功能如下：

（1）選取照片/刪除照片。選擇“讀取圖片”，選擇想要提取顏色的照片并打開；選擇“屏幕截圖”，自動對當前屏幕的圖片進行截取并打開；如要刪除照片，選擇“刪除圖片”。

（2）獲取顏色。選擇“獲取顏色”，選中想要檢測部分區(qū)域，顯示RGB 數(shù)值。

（3）儲存顏色/清除顏色。操作方法如下：在選中圖片某一區(qū)域后，選擇“儲存顏色”；如要刪除該顏色，選擇“清除最后一個顏色”。

（4）導出數(shù)據(jù)。選擇“導出數(shù)據(jù)”，將數(shù)據(jù)導出記錄。

顏色識別系統(tǒng)操作界面如圖3 所示。

圖3 顏色識別系統(tǒng)操作界面Fig.3 Operation interface of color recognition system

3 顏色識別系統(tǒng)對聯(lián)合站工作的影響

結合生產(chǎn)實際情況，從8 月開始，對不同原油含水及不同過濾程度污水進行顏色識別，分別得到二者的RGB 顏色指標并錄入系統(tǒng)后臺大數(shù)據(jù)庫，隨后對大數(shù)據(jù)庫中RGB 數(shù)值進行線性分析。如表3、表4 所示，可以確定不同原油含水及不同過濾程度污水的RGB 數(shù)值。顏色識別系統(tǒng)檢測界面見圖4。

圖4 顏色識別系統(tǒng)檢測界面Fig.4 Detection interface of color recognition system

表3 蒸餾法測定原油含水的RGB 數(shù)值記錄Tab.3 RGB value record of water content in crude oil determined by the distillation method

表4 污水含油量、含懸浮物量測定的RGB 數(shù)值記錄Tab.4 RGB value record of oil and suspended solids content determination in sewage

3.1 RGB 指標對原油含水的影響

通過對比正常原油含水處理方法，對比表1 與表3，可以建立并得到全新的RGB 數(shù)值理論區(qū)間（表5）。

對其他特征進行變量控制，對原油、一段脫后油及外輸油進行顏色識別系統(tǒng)分析。當RGB 數(shù)值處于表5 情況下，與正常原油含水處理方法進行比對，發(fā)現(xiàn)其與正常方法所得到結果一致。

表5 蒸餾法測定原油含水的RGB 數(shù)值理論區(qū)間Tab.5 Theoretical range of RGB value for determination of water content in crude oil by distillation method

3.2 RGB 指標對外輸污水的影響

通過對比正常原油含水處理方法，對比表2 與表4，可以建立并得到全新的RGB 數(shù)值理論區(qū)間（表6）。

表6 污水含油量、含懸浮物量測定的RGB 數(shù)值理論區(qū)間Tab.6 Theoretical range of RGB value for oil and suspended solids content determination in sewage

對其他特征進行變量控制，對油站來水與外輸污水進行顏色識別系統(tǒng)分析。當RGB 數(shù)值處于表6情況下，與正常外輸污水處理方法進行比對，發(fā)現(xiàn)其與正常方法所得到結果一致。

4 結論

基于MATLAB 軟件的顏色識別系統(tǒng)已在油田聯(lián)合站中應用。

該軟件安裝方便、操作簡單，崗位員工都能熟練掌握并使用。應用該軟件不僅能減輕員工做樣的勞動強度，節(jié)省大量時間，而且可以節(jié)約化驗過程中使用的藥劑、汽油等物資。運用該軟件相比常規(guī)的化驗方法能快速得出指標結果，因而在生產(chǎn)不平穩(wěn)時可通過監(jiān)測原油含水、污水水質指標的變化及時調(diào)整工藝參數(shù)，快速恢復平穩(wěn)生產(chǎn)。該軟件還能進一步研發(fā)升級到手機使用的APP 應用程序中，將會更加便于崗位員工現(xiàn)場應用。目前該軟件受光線、拍攝時角度、相機像素等因素的影響，還不能完全取代化驗儀器常規(guī)的化驗結果，顏色識別結果只能用于參考、輔助判斷。