趙昕迪,唐凱,聶靖雯
(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司西南分公司,重慶401120)
在分簇射孔泵送過(guò)程中,參數(shù)種類(lèi)多、瞬時(shí)信息量大,需要各相關(guān)崗位密切配合。整個(gè)過(guò)程在純?nèi)斯げ僮鞯沫h(huán)境下進(jìn)行,射孔槍串運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不易控制,稍有疏忽就會(huì)造成槍串落井等工程事故[1-2]。為此,開(kāi)發(fā)了分簇射孔泵送輔助軟件,該軟件是一種具有數(shù)據(jù)可視化功能的支持工具,可用于分析、顯示分簇射孔泵送過(guò)程的射孔槍串運(yùn)動(dòng)狀態(tài),具備良好的數(shù)據(jù)管理、分析、共享能力。目前在川南頁(yè)巖氣超過(guò)1 000口井的分簇射孔施工中,應(yīng)用該軟件進(jìn)行技術(shù)支持,降低了復(fù)雜井況發(fā)生的概率,提升了生產(chǎn)效率。
分簇射孔泵送輔助軟件(簡(jiǎn)稱泵送軟件)是一款基于Microsoft.Net框架的應(yīng)用程序。整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程基于敏捷開(kāi)發(fā)模式展開(kāi),在開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用迭代模型。
(1)該軟件主要業(yè)務(wù)流程由文件流完成。在泵送施工前,原始數(shù)據(jù)即射孔層位、井斜、套管數(shù)據(jù)等,由預(yù)先編寫(xiě)好的按一定數(shù)據(jù)格式的Excel文件提供。由專用函數(shù)和接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取及格式轉(zhuǎn)換。在泵送過(guò)程中實(shí)時(shí)采集井下射孔槍串的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、絞車(chē)狀態(tài)數(shù)據(jù)、井口張力感應(yīng)器數(shù)據(jù),并將之顯示到大屏幕上方便監(jiān)控。施工結(jié)束后,將所有采集到的數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)處理后以Excel格式的施工報(bào)表輸出。程序中涉及到的Excel操作方法、函數(shù),均由引用命名空間中的Excel動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件提供。軟件數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。
圖1 軟件數(shù)據(jù)處理流程
(2)該軟件的數(shù)據(jù)采集功能由獨(dú)立的程序提供。數(shù)據(jù)采集端與泵送軟件之間的通信由Socket提供支持。Socket是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上2個(gè)程序之間通信的數(shù)據(jù)通道,它通常也叫做“套接字”,用于描述IP地址和端口,可以實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)之間的通信[3]。數(shù)據(jù)采集程序通過(guò)Windows API的消息機(jī)制[4]和協(xié)作函數(shù)采集KSKS05A數(shù)控射孔地面系統(tǒng)中的深度、張力、絞車(chē)速度、接箍深度等數(shù)據(jù),并通過(guò)TCP/IP協(xié)議傳輸給泵送軟件。泵送軟件同時(shí)也通過(guò)TCP/IP協(xié)議傳遞操作指令控制數(shù)據(jù)采集程序,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作數(shù)控射孔地面系統(tǒng)。
(1)分簇射孔泵送輔助軟件通過(guò)對(duì)泵送過(guò)程進(jìn)行干預(yù)控制實(shí)現(xiàn)輔助施工的目的,具體過(guò)程如圖2所示。
圖2 軟件過(guò)程控制圖
(2)根據(jù)原始數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算并顯示基礎(chǔ)數(shù)據(jù),即射孔層位頂界、底界、射孔厚度、簇零長(zhǎng)。泵送軟件正常啟動(dòng)之后,將會(huì)根據(jù)當(dāng)前的施工井號(hào)自動(dòng)找到該井的射孔層位數(shù)據(jù)文件(Excel格式),并通過(guò)Excel動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)從數(shù)據(jù)文件中提取當(dāng)前施工層位、槍串類(lèi)型等數(shù)據(jù),再通過(guò)FileStream類(lèi)讀取對(duì)應(yīng)槍串類(lèi)型的零長(zhǎng),最后通過(guò)C#.Net的事件和委托類(lèi)[5]將數(shù)據(jù)傳遞至泵送軟件主控面板和主屏幕上。
圖3 軟件容錯(cuò)處理流程圖
(3)自動(dòng)定位,即自動(dòng)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)接箍號(hào)數(shù)、接箍根數(shù)、定位短節(jié)、簇跟蹤距、簇余距。該功能主要由粒子群算法提供計(jì)算支持。粒子群算法也稱粒子群優(yōu)化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法,是近年來(lái)由J.Kennedy等[6]開(kāi)發(fā)的一種新的進(jìn)化算法。PSO算法從隨機(jī)解出發(fā),通過(guò)追隨當(dāng)前搜索到的最優(yōu)值來(lái)尋找全局最優(yōu)解。本文通過(guò)PSO特性迭代搜索比橋塞座封位置深的第1根套管的接箍深度(即基準(zhǔn)深度),再?gòu)幕鶞?zhǔn)深度向上搜索,找到最近的套管接箍深度(即目標(biāo)深度),并以目標(biāo)深度為標(biāo)準(zhǔn)接箍深度并計(jì)算跟蹤距。
(4)數(shù)據(jù)可視化,即將通過(guò)數(shù)據(jù)采集程序得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化至數(shù)字儀表上。該軟件通過(guò)OpenGL建模和Double Buffering技術(shù)構(gòu)建了井口張力、纜頭張力、絞車(chē)速度、槍串速度這4個(gè)數(shù)字儀表,并通過(guò)專有接口獲取并顯示數(shù)控射孔地面系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。
(5)射孔動(dòng)態(tài)曲線繪制。通過(guò)原始數(shù)據(jù)和采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)繪制成曲線反映泵送過(guò)程的歷史狀態(tài)。繪圖區(qū)域由ZedGraph類(lèi)庫(kù)實(shí)現(xiàn)具體功能。繪圖區(qū)域的曲線由歷史電纜余量、井斜變化率、絞車(chē)速度、槍串速度、基準(zhǔn)余量、實(shí)時(shí)電纜余量這6條曲線組成。
(6)自動(dòng)跟蹤。通過(guò)NaSent算法將原始數(shù)據(jù)中的套管數(shù)據(jù)與數(shù)控射孔地面系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,同步反映位于定位短節(jié)之后的槍串運(yùn)行狀態(tài)和電纜狀態(tài)。
(7)語(yǔ)音提示。通過(guò)DirectX、Microsoft DirectSound和專有函數(shù)算法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)[7],即在槍串下井之后,在狀態(tài)監(jiān)測(cè)進(jìn)程中對(duì)每步操作進(jìn)行檢測(cè)同時(shí)發(fā)出相應(yīng)語(yǔ)音提示指令,在泵送關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)則會(huì)發(fā)出警告。
(8)施工報(bào)表和技術(shù)報(bào)告輸出。技術(shù)報(bào)告是通過(guò)雙向冒泡排序算法匯總節(jié)點(diǎn)速度變化量、變化深度等資料生成,用于評(píng)價(jià)施工狀態(tài)穩(wěn)定程度,同時(shí)與上段施工參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,生成下段施工參數(shù)推薦值。施工報(bào)表由軟件自動(dòng)生成,是記錄整個(gè)分簇射孔施工關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)和射孔作業(yè)參數(shù)的詳細(xì)報(bào)表,也可以通過(guò)施工報(bào)表和監(jiān)督人員確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)工作量。
軟件容錯(cuò)處理流程圖見(jiàn)圖3。在整個(gè)泵送過(guò)程中,可能由于磁性定位器的識(shí)別參數(shù)不合理或者井下套管存在干擾信號(hào)或者其他人為誤操作造成接箍深度誤識(shí)別,故開(kāi)發(fā)一套獨(dú)立的錯(cuò)誤識(shí)別和狀態(tài)回滾機(jī)制。
當(dāng)射孔層位原始數(shù)據(jù)有誤時(shí),在數(shù)據(jù)加載階段,會(huì)提示相關(guān)信息,具體到每一簇的頂?shù)捉纭⒘汩L(zhǎng)等數(shù)據(jù)。當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)有誤時(shí),程序會(huì)自動(dòng)介入進(jìn)行干預(yù),將狀態(tài)參數(shù)通過(guò)回滾事件,返回上一節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。
在泵送開(kāi)始跟蹤之后,由于磁性定位器干擾信號(hào)過(guò)強(qiáng),導(dǎo)致數(shù)控射孔地面系統(tǒng)誤識(shí)別為接箍時(shí),可以消除該干擾信號(hào),并使跟蹤狀態(tài)通過(guò)事件和委托的方式回滾至之前的泵送狀態(tài)。
圖4 主顯示界面和絞車(chē)顯示界面
(1)軟件的使用降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。分簇射孔泵送輔助軟件出現(xiàn)之前,泵送施工的所有操作由人工完成。在施工作業(yè)過(guò)程中各個(gè)施工環(huán)節(jié)信息量巨大,泵送過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)高,井下槍串狀態(tài)不易控制,跟蹤信息不夠直觀,一旦出現(xiàn)失誤極易造成槍串掉井。以往的泵送過(guò)程處理方式與員工的專業(yè)技術(shù)水平密切相關(guān);而且在分簇射孔施工中的各個(gè)環(huán)節(jié)沒(méi)有量化的標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致分簇射孔施工過(guò)度依賴絞車(chē)工、操作員及指揮之間的配合默契度。分簇射孔泵送輔助軟件的使用,有效避免了上述問(wèn)題,降低了井下射孔槍串運(yùn)動(dòng)速度與電纜下放速度不同步造成的電纜扭曲、電纜塑性形變、電纜帽弱點(diǎn)拉斷等作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。
(2)泵送軟件能夠?qū)⑺械淖鳂I(yè)數(shù)據(jù)持久存儲(chǔ)。整個(gè)泵送過(guò)程的最大絞車(chē)速度、最小絞車(chē)速度、最大槍串速度、最小槍串速度所對(duì)應(yīng)的井深都將被記錄在后臺(tái)電腦中,并且還能夠根據(jù)基準(zhǔn)電纜余量、絞車(chē)與槍串速度的匹配程度評(píng)價(jià)泵送狀態(tài),所有的數(shù)據(jù)都將按射孔層位分段記錄在Excel文件中,用于輸出技術(shù)報(bào)表和施工報(bào)表。
(3)施工狀態(tài)顯示在主屏幕和絞車(chē)屏上(見(jiàn)圖4),為指揮人員和絞車(chē)操作人員判斷井下情況提供直接依據(jù)。
(4)語(yǔ)音提示系統(tǒng),為施工人員即時(shí)播報(bào)重要施工節(jié)點(diǎn)信息。
(5)當(dāng)施工結(jié)束之后,2 min內(nèi)便可輸出施工作業(yè)報(bào)表和包含槍串運(yùn)行數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖5)的技術(shù)報(bào)告,減少了監(jiān)督人員的現(xiàn)場(chǎng)等待時(shí)間,并為作業(yè)人員下一段施工提供信息支撐。
圖5 分簇射孔泵送施工報(bào)表
分簇射孔泵送輔助軟件已部署在長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊、昭通國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)、焦石壩區(qū)塊,軟件借助計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快的優(yōu)勢(shì),幫助現(xiàn)場(chǎng)工程人員預(yù)判井下情況、展現(xiàn)槍串井下運(yùn)動(dòng)狀態(tài),最大程度地保證了管串在泵送過(guò)程中的安全。通過(guò)軟件系統(tǒng)簡(jiǎn)化人員操作,提高了施工數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及時(shí)效性,使橋射聯(lián)作泵送施工能夠在有一定參考量的情況下科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)赝瓿?提升了施工的安全性[8]。
以川南頁(yè)巖氣區(qū)塊W202HX平臺(tái)為例,1號(hào)井現(xiàn)場(chǎng)工作人員在沒(méi)有分簇射孔泵送輔助軟件的情況下,完成28段水平井泵送射孔共耗時(shí)126 h,作業(yè)人數(shù)22人。而鄰井4號(hào)井在分簇射孔泵送輔助軟件的幫助下,完成29段水平井泵送射孔共耗時(shí)92.8 h,作業(yè)人數(shù)18人。在使用分簇射孔泵送輔助軟件的情況下,耗時(shí)降低33.2 h(約占26.34%),作業(yè)人員減少4人(約占18.18%)。
(1)分簇射孔泵送輔助軟件是一款基于Microsoft.NET框架的Windows桌面應(yīng)用程序。它集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理功能于一體,顯著提升了現(xiàn)場(chǎng)操作的便捷性,并減低了工作量。
(2)該軟件具有操作簡(jiǎn)便、功能豐富、計(jì)算準(zhǔn)確度高、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)持久等特點(diǎn),可將分簇射孔施工各個(gè)階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示。軟件的使用顯著降低了射孔信息溝通的成本及作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),為“互聯(lián)網(wǎng)+射孔”升級(jí)積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。