壓裂酸化施工遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)應(yīng)用

0 引 言

隨著公司壓裂酸化隊(duì)伍和施工區(qū)域的不斷擴(kuò)大，壓裂酸化施工井場也逐步向邊遠(yuǎn)地區(qū)拓展。各施工井場距離相距較遠(yuǎn)，且交通及環(huán)境惡劣，信息溝通不便，使得項(xiàng)目部和技術(shù)部門難以及時(shí)掌握現(xiàn)場的壓裂動(dòng)態(tài)與壓裂施工參數(shù)曲線數(shù)據(jù)。鑒于水平井和大型工廠化壓裂施工需要運(yùn)用大規(guī)模、大砂量、大排量等施工方式，存在技術(shù)含量高、安全要求高等問題，而野外作業(yè)通信條件差，數(shù)據(jù)采集及控制較難，各方面技術(shù)專家較為分散，無法隨時(shí)到現(xiàn)場對(duì)壓裂施工作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)，面對(duì)突發(fā)事件無法進(jìn)行多方面專家會(huì)診，因此設(shè)計(jì)利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)把現(xiàn)場數(shù)據(jù)和視頻實(shí)時(shí)傳送到基地指揮中心，使遠(yuǎn)離壓裂酸化現(xiàn)場的專家及技術(shù)人員可通過遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)對(duì)壓裂酸化現(xiàn)場的視頻監(jiān)控畫面和壓裂動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)共享，對(duì)提高壓裂開發(fā)效益具有重要意義。

1 系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)思路

壓裂酸化施工遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)按照壓裂施工的流程進(jìn)行搭建，利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從壓裂酸化的施工準(zhǔn)備到施工結(jié)束，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工全過程的現(xiàn)場視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享、施工調(diào)度及后期評(píng)價(jià)分析，形成了一套數(shù)字化壓裂酸化施工遠(yuǎn)程指揮決策平臺(tái)，滿足施工過程的技術(shù)要求和安全要求，提高施工效率。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)和多媒體調(diào)度子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)各盡其職，將壓裂液混配數(shù)據(jù)、施工采集曲線、現(xiàn)場音視頻畫面等實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端指揮中心，可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程瀏覽施工曲線和數(shù)據(jù)，查看現(xiàn)場施工情況，并通過視頻會(huì)議系統(tǒng)指導(dǎo)現(xiàn)場施工。多媒體調(diào)度系統(tǒng)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理，采集的數(shù)據(jù)可相互調(diào)用，省去了人工輸入的繁瑣工序，達(dá)到施工作業(yè)的高效性。遠(yuǎn)程指揮中心的專家和技術(shù)人員可實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)、觀看現(xiàn)場工作情況、指揮現(xiàn)場壓裂施工作業(yè)，有效保障施工安全。

2 系統(tǒng)的功能架構(gòu)

2.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)

2.1.1 施工數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

公司的壓裂儀表車數(shù)據(jù)應(yīng)實(shí)時(shí)采集，并通過工控機(jī)安裝的采集分析軟件 FracroPT 實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示，包括施工曲線的生成、數(shù)據(jù)記錄保存、打印輸出等。技術(shù)人員的后臺(tái)分析軟件通過衛(wèi)星傳輸將數(shù)據(jù)曲線上傳至 FracroPT 服務(wù)器，采集模塊將實(shí)時(shí)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，后臺(tái)通過軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行回放、分析?？紤]到數(shù)據(jù)的兼容性，應(yīng)用該軟件的數(shù)據(jù)采集模塊接口將現(xiàn)場實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)共享的方式發(fā)布。施工數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖如圖 1 所示。

2.1.2 現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)

目前儀表車已具備視頻監(jiān)控功能，車體配置 2 臺(tái)可升降式監(jiān)控?cái)z像機(jī)及一臺(tái)可移動(dòng)式高清攝像機(jī)，可直接輸出視頻信號(hào)，通過配置的控制系統(tǒng)對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行 PTZ 控制。車內(nèi)需要同指揮中心進(jìn)行雙向音視頻會(huì)商實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場情況的分析、決策等，因此在車內(nèi)配置攝像機(jī)進(jìn)行圖像拍攝、傳送，共計(jì)四路攝像機(jī)。經(jīng)視頻矩陣進(jìn)行信號(hào)切換與分配，一路進(jìn)入視頻會(huì)議終端，一路進(jìn)入多媒體接入網(wǎng)關(guān)，一路進(jìn)入車載 NVR，一路進(jìn)入電視 ；數(shù)字音頻處理器作為音頻核心設(shè)備，連接本地 MIC 及遠(yuǎn)端聲音進(jìn)行擴(kuò)聲、廣播 ；視頻會(huì)議終端為編解碼設(shè)備，支持 H.323，SIP及 H.264HP，G.719 等音視頻編解碼協(xié)議，負(fù)責(zé)與指揮中心進(jìn)行音視頻交互 ；車內(nèi)配置一臺(tái) IP 調(diào)度電話，通過網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn) IP 語音通話 ；數(shù)據(jù)通過 RS 232 分配器進(jìn)入數(shù)據(jù)采集服務(wù)器傳至指揮中心 ；顯示系統(tǒng)采用原車電視機(jī)監(jiān)視器。

儀表車集中了所有現(xiàn)場車輛的實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳回指揮中心是本系統(tǒng)的重要功能之一。將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回傳至指揮中心，方便專家及技術(shù)人員在第一時(shí)間做出正確的判斷并下達(dá)指令，可視化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)利用遠(yuǎn)程串口服務(wù)器將儀表車數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星傳輸至基地，在指揮中心大屏上實(shí)時(shí)顯示作業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況。系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D 2 所示。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)傳輸方面，為了實(shí)現(xiàn)壓裂施工的遠(yuǎn)程指揮決策，采用衛(wèi)星點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用衛(wèi)星抗干擾、速率快、覆蓋廣以及傳輸量大等特點(diǎn)，有效保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、完整性，將壓裂現(xiàn)場混配數(shù)據(jù)、壓裂儀表車控制臺(tái)數(shù)據(jù)、壓裂現(xiàn)場音視頻數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)傳輸至生產(chǎn)指揮中心數(shù)據(jù)服務(wù)器，再通過服務(wù)器進(jìn)行發(fā)布，方便公司指揮中心人員進(jìn)行數(shù)據(jù)查看和相應(yīng)的操作。現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D 3 所示。

2.3 多媒體調(diào)度系統(tǒng)

對(duì)施工現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)測和展示，可提供預(yù)測預(yù)警、工況診斷、趨勢分析、生產(chǎn)報(bào)表、物聯(lián)設(shè)備管理等功能。通過該技術(shù)實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)成果的遠(yuǎn)程中心監(jiān)控、音視頻會(huì)議系統(tǒng)，與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、發(fā)布和展示。其主要含蓋顯示大屏幕系統(tǒng)、機(jī)房網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器系統(tǒng)、網(wǎng)站建設(shè)、數(shù)字會(huì)議和擴(kuò)聲系統(tǒng)、攝像跟蹤系統(tǒng)、中央集中控制系統(tǒng)、輔助設(shè)備、室內(nèi)布局效果等的策劃設(shè)計(jì)集成等。借助數(shù)據(jù)截取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、井場視頻監(jiān)控系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、電源供給系統(tǒng)、輔助設(shè)施等軟硬件來實(shí)現(xiàn)井場全信息的采集與遠(yuǎn)程傳輸、發(fā)布查詢。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

壓裂酸化遠(yuǎn)程監(jiān)控與指揮系統(tǒng)于 2014 年 10 月正式投產(chǎn)運(yùn)行，目前，公司已改造 3 臺(tái)多功能儀表車，并組織了多次壓裂現(xiàn)場應(yīng)急演練，實(shí)現(xiàn)了施工儀表車、遠(yuǎn)程指揮車和應(yīng)急通信車的功能合一。

目前為止，該系統(tǒng)累計(jì)應(yīng)用到 60 余口井，包括青海油田分公司扎哈泉區(qū)域重點(diǎn)水平井（扎平 2、扎平 3、扎平 4）的全程實(shí)時(shí)分析 ；蘇里格氣田區(qū)域勘探井、隴東氣開井等全程實(shí)時(shí)分析 ；新工藝新技術(shù)推廣井的全過程實(shí)時(shí)分析。實(shí)現(xiàn)了專家在指揮中心對(duì)壓裂過程的同步遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測和決策支持。

為實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場施工作業(yè)動(dòng)態(tài)，強(qiáng)化作業(yè)現(xiàn)場搬安吊裝、帶壓作業(yè)、連續(xù)油管作業(yè)、大型施工的風(fēng)險(xiǎn)管控，對(duì)井控重點(diǎn)井、重點(diǎn)工序進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)井筒復(fù)雜、新工藝新技術(shù)井等提供遠(yuǎn)程工藝技術(shù)支撐，立足項(xiàng)目部、公司、指揮部三級(jí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，我們要抓住集團(tuán)公司工程技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)（A12）和川慶公司工程技術(shù)一體化平臺(tái)推廣應(yīng)用的良好契機(jī)，以地理信息系統(tǒng)（A4）為基礎(chǔ)平臺(tái)，融合自建信息系統(tǒng)、遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，最終建成集生產(chǎn)調(diào)度、安全監(jiān)控、工程診斷、應(yīng)急指揮、營管控等全覆蓋的數(shù)字信息一體化管控平臺(tái)。數(shù)字信息一體化管控平臺(tái)如圖 4 所示。

4 結(jié) 語

壓裂酸化施工遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)的應(yīng)用，旨在實(shí)現(xiàn)施工方案優(yōu)化、遠(yuǎn)程監(jiān)控、指揮調(diào)度等全過程的跟蹤和管理，達(dá)到提高壓裂酸化施工效率，規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)處理突發(fā)事件的目的。

后期將結(jié)合集團(tuán)公司物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，建立一套完整的流程化施工管理系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集、傳輸、優(yōu)化、指揮等角度實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)的數(shù)字化、信息化、系統(tǒng)化?，F(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)完全達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠有效、高效地顯示現(xiàn)場施工作業(yè)狀況，滿足了油田建設(shè)數(shù)字化、數(shù)據(jù)化的需求。