压裂酸化施工远程指挥系统应用

0 引 言

随着公司压裂酸化队伍和施工区域的不断扩大，压裂酸化施工井场也逐步向边远地区拓展。各施工井场距离相距较远，且交通及环境恶劣，信息沟通不便，使得项目部和技术部门难以及时掌握现场的压裂动态与压裂施工参数曲线数据。鉴于水平井和大型工厂化压裂施工需要运用大规模、大砂量、大排量等施工方式，存在技术含量高、安全要求高等问题，而野外作业通信条件差，数据采集及控制较难，各方面技术专家较为分散，无法随时到现场对压裂施工作业进行指导，面对突发事件无法进行多方面专家会诊，因此设计利用远程监控系统把现场数据和视频实时传送到基地指挥中心，使远离压裂酸化现场的专家及技术人员可通过远程指挥系统对压裂酸化现场的视频监控画面和压裂动态数据进行实时共享，对提高压裂开发效益具有重要意义。

1 系统组成及设计思路

压裂酸化施工远程指挥系统按照压裂施工的流程进行搭建，利用无线网络技术，从压裂酸化的施工准备到施工结束，实现对施工全过程的现场视频监控、数据共享、施工调度及后期评价分析，形成了一套数字化压裂酸化施工远程指挥决策平台，满足施工过程的技术要求和安全要求，提高施工效率。系统由数据采集与监控子系统、数据传输子系统和多媒体调度子系统组成，每个子系统各尽其职，将压裂液混配数据、施工采集曲线、现场音视频画面等实时传输到远端指挥中心，可实时远程浏览施工曲线和数据，查看现场施工情况，并通过视频会议系统指导现场施工。多媒体调度系统采用统一的数据库管理，采集的数据可相互调用，省去了人工输入的繁琐工序，达到施工作业的高效性。远程指挥中心的专家和技术人员可实时监控现场生产数据、观看现场工作情况、指挥现场压裂施工作业，有效保障施工安全。

2 系统的功能架构

2.1 数据采集与监控系统

2.1.1 施工数据采集系统

公司的压裂仪表车数据应实时采集，并通过工控机安装的采集分析软件 FracroPT 实现对实时数据的动态显示，包括施工曲线的生成、数据记录保存、打印输出等。技术人员的后台分析软件通过卫星传输将数据曲线上传至 FracroPT 服务器，采集模块将实时施工数据进行存储，后台通过软件将数据进行回放、分析。考虑到数据的兼容性，应用该软件的数据采集模块接口将现场实时采集的数据以数据共享的方式发布。施工数据采集系统示意图如图 1 所示。

2.1.2 现场视频监控系统

目前仪表车已具备视频监控功能，车体配置 2 台可升降式监控摄像机及一台可移动式高清摄像机，可直接输出视频信号，通过配置的控制系统对摄像机进行 PTZ 控制。车内需要同指挥中心进行双向音视频会商实现对现场情况的分析、决策等，因此在车内配置摄像机进行图像拍摄、传送，共计四路摄像机。经视频矩阵进行信号切换与分配，一路进入视频会议终端，一路进入多媒体接入网关，一路进入车载 NVR，一路进入电视 ；数字音频处理器作为音频核心设备，连接本地 MIC 及远端声音进行扩声、广播 ；视频会议终端为编解码设备，支持 H.323，SIP及 H.264HP，G.719 等音视频编解码协议，负责与指挥中心进行音视频交互 ；车内配置一台 IP 调度电话，通过网络能够实现 IP 语音通话 ；数据通过 RS 232 分配器进入数据采集服务器传至指挥中心 ；显示系统采用原车电视机监视器。

仪表车集中了所有现场车辆的实时工作数据，将数据传回指挥中心是本系统的重要功能之一。将实时数据回传至指挥中心，方便专家及技术人员在第一时间做出正确的判断并下达指令，可视化数据传输系统利用远程串口服务器将仪表车数据通过卫星传输至基地，在指挥中心大屏上实时显示作业现场设备的运行状况。系统拓扑如图 2 所示。

2.2 数据传输系统

在数据传输方面，为了实现压裂施工的远程指挥决策，采用卫星点对点通信方式进行数据传输，利用卫星抗干扰、速率快、覆盖广以及传输量大等特点，有效保证数据的实时性、完整性，将压裂现场混配数据、压裂仪表车控制台数据、压裂现场音视频数据等实时传输至生产指挥中心数据服务器，再通过服务器进行发布，方便公司指挥中心人员进行数据查看和相应的操作。现场数据传输系统拓扑如图 3 所示。

2.3 多媒体调度系统

对施工现场收集的数据信息进行监测和展示，可提供预测预警、工况诊断、趋势分析、生产报表、物联设备管理等功能。通过该技术实现以上技术成果的远程中心监控、音视频会议系统，与数据的存储、发布和展示。其主要含盖显示大屏幕系统、机房网络服务器系统、网站建设、数字会议和扩声系统、摄像跟踪系统、中央集中控制系统、辅助设备、室内布局效果等的策划设计集成等。借助数据截取系统、数据传输系统、数据交换系统、井场视频监控系统、视频会议系统、电源供给系统、辅助设施等软硬件来实现井场全信息的采集与远程传输、发布查询。

3 系统应用

压裂酸化远程监控与指挥系统于 2014 年 10 月正式投产运行，目前，公司已改造 3 台多功能仪表车，并组织了多次压裂现场应急演练，实现了施工仪表车、远程指挥车和应急通信车的功能合一。

目前为止，该系统累计应用到 60 余口井，包括青海油田分公司扎哈泉区域重点水平井（扎平 2、扎平 3、扎平 4）的全程实时分析 ；苏里格气田区域勘探井、陇东气开井等全程实时分析 ；新工艺新技术推广井的全过程实时分析。实现了专家在指挥中心对压裂过程的同步远程实时监测和决策支持。

为实时掌握现场施工作业动态，强化作业现场搬安吊装、带压作业、连续油管作业、大型施工的风险管控，对井控重点井、重点工序进行实时监控，对井筒复杂、新工艺新技术井等提供远程工艺技术支撑，立足项目部、公司、指挥部三级远程监控，我们要抓住集团公司工程技术物联网（A12）和川庆公司工程技术一体化平台推广应用的良好契机，以地理信息系统（A4）为基础平台，融合自建信息系统、远程传输系统，最终建成集生产调度、安全监控、工程诊断、应急指挥、营管控等全覆盖的数字信息一体化管控平台。数字信息一体化管控平台如图 4 所示。

4 结 语

压裂酸化施工远程指挥系统的应用，旨在实现施工方案优化、远程监控、指挥调度等全过程的跟踪和管理，达到提高压裂酸化施工效率，规避施工风险，及时处理突发事件的目的。

后期将结合集团公司物联网系统，建立一套完整的流程化施工管理系统，从数据采集、传输、优化、指挥等角度实现现场作业的数字化、信息化、系统化。现场实际应用表明，该系统完全达到了预期的设计目标，能够有效、高效地显示现场施工作业状况，满足了油田建设数字化、数据化的需求。