固井实时监测系统（监测模块）的开发探讨

摘要：在固井施工过程中，对注入水泥过程的动态参数进行实时监测有助于及时了解井内实际情况，完善施工技术措施，所以合理控制固井施工参数是固井施工成功的关键。为了保障固井施工安全和提高固井质量，客观上需要对固井注水泥过程的动态参数及时了解和分析，并采取合理的施工措施。着眼于这一目标，关注固井过程中的最重要的参数泥浆密度、压力和流量，针对此开发了固井实时监测系统，以便及时掌握固井关键参数的变化情况。

关键词：固井；实时监测系统；动态参数；图形设备接口；施工过程 文献标识码：A

中图分类号：TE256 文章编号：1009-2374（2015）06-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0439

固井是钻井过程中的重要作业。而固井过程中的最重要的参数是泥浆密度、压力和流量，传统方法是用人工控制的，目前主要是用智能仪表系统控制的。由于油田开采的特殊性，许多油井分布在一些恶劣的环境中，如高温（60℃）和低温（-40℃）环境，强振动和冲击等，仪表系统故障频频，致使固井失败，严重影响生产。为了保障固井施工安全和提高固井质量，客观上需要对固井注水泥过程的动态参数及时了解和分析，并进行控制，采取合理的施工措施。着眼于这一目标，本文通过调研有关油气井的固井过程和影响固井质量的主要参数，开发了固井实时监测系统（监测模块）。该模块主要实现固井施工参数（流量、密度和压力）的实时监测功能。固井实时监测系统的开发，为保障固井质量和作业安全提供了一种科学的手段。

1 系统设计原则

固井实时监测系统是一个系统建设，随着时间的推移，系统的功能会越来越丰富。所以在设计时应充分考虑到将来应用的需求，在设计时间未详细考虑会为以后的系统运行留下隐患。因此在设计时我们严格遵循了以下原则：

1.1 实用性和适用性原则

本系统使用人员范围广，使用人员的计算机水平层次不一，部分基层单位计算机使用水平较低，很多单位缺少计算机专业人员，系统应尽可能操作简便、维护简单。同时该系统也应该在各个油田的固井过程中都能使用，所以应保证其适用性。

1.2 可行性和适应性原则

固井实时监测系统的设计应使系统具有在技术上的可行性和经济上的可能性。

1.3 可靠性和稳定性原则

在考虑技术先进性和开放性的同时，应从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理及维修能力等方面着手，确保系统运行的可靠性和稳定性，使系统达到最大的平均无故障时间。

1.4 安全性和保密性原则

在系统设计中，既要考虑信息资源的充分共享，更要注意系统的保护和隔离，包括系统安全机制、数据存储控制等。

1.5 灵活性与扩展性原则

固井实时监测系统是一个在固井施工现场进行实时监测的系统，所以必须具备良好的灵活性，能够满足施工现场的各种突发情况。固井实时监测系统是一个不断发展的系统，所以它必须具有良好的扩展性。能够根据将来信息化的不断深入发展的需要，方便地扩展监测覆盖范围、扩大监测内容的功能。具备支持多种语言、数据库扩充、功能增加等能力，提供技术升级、更新的灵活性。

1.6 经济性与投资保护原则

应以较高的性能价格比构建固井实时监测系统，使资金的产出投入比达到最大值。能以较低的成本、较少的人员投入来维持系统运转，提供高效能与高效益。尽可能保留并延长已有系统的投资，充分利用以往在资金与技术方面的投入。

2 系统需求分析

“固井实时监测系统”（监测模块）应具备以下功能：（1）固井施工参数（流量、密度和压力）的实时监测功能：固井实时监测系统是对固井作业中影响施工质量的参数（流量、密度和压力）进行监测和管理。监测系统将传感器传来的电信号还原为真实值，并以数据和曲线等形式显示流量、累计流量、井口压力、浆体密度等施工参数的动态变化。

2.1 流量、密度和压力的监测

将参数的电信号还原为真实值的公式为y=kx+b，y为参数真实值；x为参数采集值；k为标定系数；b为补偿值。累积流量的监测：累计流量即总注入量，计算公式为Y=∫fyflow（t）dt，t为时间；Y为累积流量；yflow为流量。由于采集周期较小，Y=yflow1*T+yflow2*T+yflow3*T+……（T为采集周期）得到的真实值与实际误差很小，故利用该式进行计算。因采集周期为1s，也可写成Y=yflow1+yflow2+yflow3+……

2.2 信号测试功能

在进行监测工作之前对流量、密度和压力信号进行测试，查看信号是否有效，以便监测系统能够正常工作。

2.3 数据回放功能

数据回放可以从数据库中调出施工监测数据，回放施工参数的变化过程，以便对固井作业过程进行技术分析，总结施工经验。

3 数据库概念模型

根据对固井实时监测系统的分析、系统设计，规划出本系统使用的数据库实体。传感器是整个系统的关键，需要对输入的信号进行采集转换，因此需要规划传感器的信息实体。该实体包括名称、标定系数、补偿值等属性。

4 信号测试

在监测模块运行之前，有必要检查收集到的信号是否有效，因而设计信号测试模块。传感器由于使用时间较长造成损耗，产生了一定程度的误差，可以通过修改参数对公式进行维护，对数据的真实值进行校正。将参数修改放入信号测试接口中，方便观察对信号进行

校正。

5 黑盒测试

黑盒测试也称功能测试或数据驱动测试，它是在已知产品所应具有的功能，通过测试来检测每个功能是否都能正常使用。在功能测试中，软件的输入域和输出域往往是无限域，因此穷举测试通常是不可行的。必须以某种策略分析软件规格说明，从而得出测试用例集，尽可能全面而又高效地对软件进行测试。

6 结语

本文是在设计过程中密切联系实际，通过研究固井过程中监测参数的方法，认真阅读各类文献数据，并综合自己的看法所形成的一套符合固井实际情况的可操作的固井实时监测系统。固井实时监测系统针对固井施工作业的要求，根据软件体系结构发展的模式，介绍了固井实时监测系统的需求分析及各个功能模块分析，并详细阐述了系统的开发任务及要求。最后，介绍了系统的详细设计与实现，包括各模块的设计与实现。系统通过部分调试运行，能够满足固井参数实时监测的基本需求。该系统的监测模块已经能够实现信号测试、实时监测和数据回放与分析功能，而且整个系统具有良好的扩展性，为后续进行功能扩展打下基础。

参考文献：

[1] 刘瑞文，宋询成，邹德永.固井优化设计与实时监测[J].石油钻探技术，2007，35（1）.

[2] 王保记.平衡压力固井优化设计与实时监测技术[M].北京：石油工业出版社，1999.

[3] 固井设计规范（SY/T 5480-2007）[S].

[4] 陈会年.注水泥动态过程实时监测技术研究[D].中国石油大学，2007.

作者简介：张文璐（1990-），男，黑龙江大庆人，西南石油大学计算机科学学院助理工程师，研究方向：软件开发与测试。

（责任编辑：周 琼）