基于MATLAB 的顏色識(shí)別系統(tǒng)在油田聯(lián)合站中的應(yīng)用

孫利軍 孫銘博 盛哲

1大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠

2青島鼎信通訊股份有限公司

3長(zhǎng)慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心

在油田聯(lián)合站中原油含水化驗(yàn)、污水含油化驗(yàn)是生產(chǎn)工作中的關(guān)鍵性工作。受取樣點(diǎn)多、化驗(yàn)頻率高、化驗(yàn)操作時(shí)間長(zhǎng)等因素影響，每天的化驗(yàn)工作量大且需要操作熟練的崗位員工來(lái)進(jìn)行，極大地耗費(fèi)了人力成本與時(shí)間成本；所以，通過(guò)分析原油含水和污水含油的化驗(yàn)過(guò)程中都與顏色變化相關(guān)聯(lián)這一特性，亟需一套更為簡(jiǎn)便穩(wěn)定的手段對(duì)指標(biāo)獲取后進(jìn)行操作處理。為此設(shè)計(jì)了一套基于MATLAB軟件的顏色識(shí)別系統(tǒng)，利用其可以簡(jiǎn)單、快速地對(duì)原油和污水取樣樣本進(jìn)行顏色識(shí)別，獲取所需的原油含水指標(biāo)、污水含油量、污水含懸浮物量的指標(biāo)。

1 聯(lián)合站化驗(yàn)工作現(xiàn)狀

1.1 原油含水化驗(yàn)

聯(lián)合站油站化驗(yàn)崗位主要對(duì)進(jìn)站來(lái)油、一段脫后油、二段脫后油、外輸油取樣化驗(yàn)，進(jìn)行原油含水率指標(biāo)監(jiān)控，化驗(yàn)操作執(zhí)行GB/T 260—2016《石油產(chǎn)品水含量的測(cè)定（蒸餾法）》，化驗(yàn)使用蒸餾法專用原油含水測(cè)定儀[1-3]（圖1）。

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

一段脫后油、外輸油2 個(gè)油樣的含水率是重點(diǎn)監(jiān)控指標(biāo)。其中，外輸油需要每2 h 取樣化驗(yàn)1次，一段脫后油需要每4 h 取樣化驗(yàn)1 次，化驗(yàn)時(shí)間全程需要40～50 min?；?yàn)采用電子天平，數(shù)控原油含水測(cè)定儀；執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 260—2016《石油產(chǎn)品水含量的測(cè)定》?；?yàn)結(jié)果出來(lái)后需要填寫原油含水的原始記錄[4-6]（表1）。

表1 蒸餾法測(cè)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(yàn)

聯(lián)合站污水站化驗(yàn)崗位主要對(duì)油站來(lái)水、過(guò)濾罐前后污水、外輸污水取樣化驗(yàn)[4]，對(duì)污水中的含油量、含懸浮物量進(jìn)行指標(biāo)監(jiān)控；化驗(yàn)操作執(zhí)行Q/SY DQ0594—2017《油田注水水質(zhì)二項(xiàng)指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法及操作規(guī)程》；使用分光光度計(jì)對(duì)污水含油量進(jìn)行檢測(cè)，使用激光濁度儀對(duì)污水含懸浮物量進(jìn)行檢測(cè)[7]（圖2）。

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

油站來(lái)水、外輸污水2 個(gè)水樣的污水含油量、含懸浮物量是重點(diǎn)監(jiān)控指標(biāo)。其中，油站來(lái)水需要每24 h 取樣化驗(yàn)1 次，外輸污水需要每8 h 取樣化驗(yàn)1 次，化驗(yàn)時(shí)間全程需要30～40 min。污水含油量檢驗(yàn)采用VIS-723N 110677 型分光光度計(jì)，污水含懸浮物量檢驗(yàn)采用ZBX-1L 50129 激光濁度儀?；?yàn)結(jié)果出來(lái)后需要填寫污水含油量、含懸浮物量測(cè)定的原始記錄[8-9]（表2）。

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

2 顏色識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

MATLAB 軟件是由美國(guó)MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于數(shù)據(jù)分析、無(wú)線通信、深度學(xué)習(xí)、圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)、信號(hào)處理、量化金融與風(fēng)險(xiǎn)管理、機(jī)器人、控制系統(tǒng)等領(lǐng)域[10]?；贛ATLAB 軟件可以開發(fā)出1 套人工智能的顏色識(shí)別代碼，得到需處理物（原油及污水）的RGB（紅、綠、藍(lán)3 個(gè)通道顏色）三色數(shù)值。通過(guò)錄入大量正常處理完成后的RGB 數(shù)值得到對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)，再將需處理物的RGB 數(shù)值與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)比對(duì)，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(jié)果是否達(dá)標(biāo)，加快實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)進(jìn)度，提升工作效率[11]。于是，結(jié)合讀取圖片、獲取顏色、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、導(dǎo)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(gè)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(dòng)對(duì)當(dāng)前屏幕的圖片進(jìn)行截取并打開；如要?jiǎng)h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(cè)部分區(qū)域，顯示RGB 數(shù)值。

（3）儲(chǔ)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(chǔ)存顏色”；如要?jiǎng)h除該顏色，選擇“清除最后一個(gè)顏色”。

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

顏色識(shí)別系統(tǒng)操作界面如圖3 所示。

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

3 顏色識(shí)別系統(tǒng)對(duì)聯(lián)合站工作的影響

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，從8 月開始，對(duì)不同原油含水及不同過(guò)濾程度污水進(jìn)行顏色識(shí)別，分別得到二者的RGB 顏色指標(biāo)并錄入系統(tǒng)后臺(tái)大數(shù)據(jù)庫(kù)，隨后對(duì)大數(shù)據(jù)庫(kù)中RGB 數(shù)值進(jìn)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(guò)濾程度污水的RGB 數(shù)值。顏色識(shí)別系統(tǒng)檢測(cè)界面見(jiàn)圖4。

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

表3 蒸餾法測(cè)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(cè)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(biāo)對(duì)原油含水的影響

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

表5 蒸餾法測(cè)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(biāo)對(duì)外輸污水的影響

通過(guò)對(duì)比正常原油含水處理方法，對(duì)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(cè)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(duì)其他特征進(jìn)行變量控制，對(duì)油站來(lái)水與外輸污水進(jìn)行顏色識(shí)別系統(tǒng)分析。當(dāng)RGB 數(shù)值處于表6情況下，與正常外輸污水處理方法進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)其與正常方法所得到結(jié)果一致。

4 結(jié)論

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

該軟件安裝方便、操作簡(jiǎn)單，崗位員工都能熟練掌握并使用。應(yīng)用該軟件不僅能減輕員工做樣的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省大量時(shí)間，而且可以節(jié)約化驗(yàn)過(guò)程中使用的藥劑、汽油等物資。運(yùn)用該軟件相比常規(guī)的化驗(yàn)方法能快速得出指標(biāo)結(jié)果，因而在生產(chǎn)不平穩(wěn)時(shí)可通過(guò)監(jiān)測(cè)原油含水、污水水質(zhì)指標(biāo)的變化及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，快速恢復(fù)平穩(wěn)生產(chǎn)。該軟件還能進(jìn)一步研發(fā)升級(jí)到手機(jī)使用的APP 應(yīng)用程序中，將會(huì)更加便于崗位員工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。目前該軟件受光線、拍攝時(shí)角度、相機(jī)像素等因素的影響，還不能完全取代化驗(yàn)儀器常規(guī)的化驗(yàn)結(jié)果，顏色識(shí)別結(jié)果只能用于參考、輔助判斷。