分簇射孔泵送辅助软件开发

2022-06-06赵昕迪唐凯聂靖雯

测井技术 2022年2期

赵昕迪,唐凯,聂靖雯

(中国石油集团测井有限公司西南分公司,重庆401120)

0 引言

在分簇射孔泵送过程中,参数种类多、瞬时信息量大,需要各相关岗位密切配合。整个过程在纯人工操作的环境下进行,射孔枪串运动状态不易控制,稍有疏忽就会造成枪串落井等工程事故[1-2]。为此,开发了分簇射孔泵送辅助软件,该软件是一种具有数据可视化功能的支持工具,可用于分析、显示分簇射孔泵送过程的射孔枪串运动状态,具备良好的数据管理、分析、共享能力。目前在川南页岩气超过1 000口井的分簇射孔施工中,应用该软件进行技术支持,降低了复杂井况发生的概率,提升了生产效率。

1 软件概述

分簇射孔泵送辅助软件(简称泵送软件)是一款基于Microsoft.Net框架的应用程序。整个软件开发过程基于敏捷开发模式展开,在开发过程中采用迭代模型。

(1)该软件主要业务流程由文件流完成。在泵送施工前,原始数据即射孔层位、井斜、套管数据等,由预先编写好的按一定数据格式的Excel文件提供。由专用函数和接口实现数据的获取及格式转换。在泵送过程中实时采集井下射孔枪串的运行状态数据、绞车状态数据、井口张力感应器数据,并将之显示到大屏幕上方便监控。施工结束后,将所有采集到的数据,经过处理后以Excel格式的施工报表输出。程序中涉及到的Excel操作方法、函数,均由引用命名空间中的Excel动态链接库文件提供。软件数据处理流程如图1所示。

图1 软件数据处理流程

(2)该软件的数据采集功能由独立的程序提供。数据采集端与泵送软件之间的通信由Socket提供支持。Socket是实现网络上2个程序之间通信的数据通道,它通常也叫做“套接字”,用于描述IP地址和端口,可以实现不同计算机之间的通信[3]。数据采集程序通过Windows API的消息机制[4]和协作函数采集KSKS05A数控射孔地面系统中的深度、张力、绞车速度、接箍深度等数据,并通过TCP/IP协议传输给泵送软件。泵送软件同时也通过TCP/IP协议传递操作指令控制数据采集程序,实现自动操作数控射孔地面系统。

2 软件功能描述

(1)分簇射孔泵送辅助软件通过对泵送过程进行干预控制实现辅助施工的目的,具体过程如图2所示。

图2 软件过程控制图

(2)根据原始数据自动计算并显示基础数据,即射孔层位顶界、底界、射孔厚度、簇零长。泵送软件正常启动之后,将会根据当前的施工井号自动找到该井的射孔层位数据文件(Excel格式),并通过Excel动态链接库从数据文件中提取当前施工层位、枪串类型等数据,再通过FileStream类读取对应枪串类型的零长,最后通过C#.Net的事件和委托类[5]将数据传递至泵送软件主控面板和主屏幕上。

图3 软件容错处理流程图

(3)自动定位,即自动设定标准接箍号数、接箍根数、定位短节、簇跟踪距、簇余距。该功能主要由粒子群算法提供计算支持。粒子群算法也称粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法,是近年来由J.Kennedy等[6]开发的一种新的进化算法。PSO算法从随机解出发,通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优解。本文通过PSO特性迭代搜索比桥塞座封位置深的第1根套管的接箍深度(即基准深度),再从基准深度向上搜索,找到最近的套管接箍深度(即目标深度),并以目标深度为标准接箍深度并计算跟踪距。

(4)数据可视化,即将通过数据采集程序得到的数据转化至数字仪表上。该软件通过OpenGL建模和Double Buffering技术构建了井口张力、缆头张力、绞车速度、枪串速度这4个数字仪表,并通过专有接口获取并显示数控射孔地面系统的实时运行数据。

(5)射孔动态曲线绘制。通过原始数据和采集到的实时数据绘制成曲线反映泵送过程的历史状态。绘图区域由ZedGraph类库实现具体功能。绘图区域的曲线由历史电缆余量、井斜变化率、绞车速度、枪串速度、基准余量、实时电缆余量这6条曲线组成。

(6)自动跟踪。通过NaSent算法将原始数据中的套管数据与数控射孔地面系统中的实时数据进行对比分析,同步反映位于定位短节之后的枪串运行状态和电缆状态。

(7)语音提示。通过DirectX、Microsoft DirectSound和专有函数算法实现实时语音播报[7],即在枪串下井之后,在状态监测进程中对每步操作进行检测同时发出相应语音提示指令,在泵送关键节点则会发出警告。

(8)施工报表和技术报告输出。技术报告是通过双向冒泡排序算法汇总节点速度变化量、变化深度等资料生成,用于评价施工状态稳定程度,同时与上段施工参数进行对比,生成下段施工参数推荐值。施工报表由软件自动生成,是记录整个分簇射孔施工关键时间点和射孔作业参数的详细报表,也可以通过施工报表和监督人员确认现场工作量。

3 软件容错性能

软件容错处理流程图见图3。在整个泵送过程中,可能由于磁性定位器的识别参数不合理或者井下套管存在干扰信号或者其他人为误操作造成接箍深度误识别,故开发一套独立的错误识别和状态回滚机制。

当射孔层位原始数据有误时,在数据加载阶段,会提示相关信息,具体到每一簇的顶底界、零长等数据。当实时数据有误时,程序会自动介入进行干预,将状态参数通过回滚事件,返回上一节点的状态。

在泵送开始跟踪之后,由于磁性定位器干扰信号过强,导致数控射孔地面系统误识别为接箍时,可以消除该干扰信号,并使跟踪状态通过事件和委托的方式回滚至之前的泵送状态。

图4 主显示界面和绞车显示界面

4 软件特点

(1)软件的使用降低了作业风险。分簇射孔泵送辅助软件出现之前,泵送施工的所有操作由人工完成。在施工作业过程中各个施工环节信息量巨大,泵送过程风险高,井下枪串状态不易控制,跟踪信息不够直观,一旦出现失误极易造成枪串掉井。以往的泵送过程处理方式与员工的专业技术水平密切相关;而且在分簇射孔施工中的各个环节没有量化的标准,导致分簇射孔施工过度依赖绞车工、操作员及指挥之间的配合默契度。分簇射孔泵送辅助软件的使用,有效避免了上述问题,降低了井下射孔枪串运动速度与电缆下放速度不同步造成的电缆扭曲、电缆塑性形变、电缆帽弱点拉断等作业风险。

(2)泵送软件能够将所有的作业数据持久存储。整个泵送过程的最大绞车速度、最小绞车速度、最大枪串速度、最小枪串速度所对应的井深都将被记录在后台电脑中,并且还能够根据基准电缆余量、绞车与枪串速度的匹配程度评价泵送状态,所有的数据都将按射孔层位分段记录在Excel文件中,用于输出技术报表和施工报表。

(3)施工状态显示在主屏幕和绞车屏上(见图4),为指挥人员和绞车操作人员判断井下情况提供直接依据。

(4)语音提示系统,为施工人员即时播报重要施工节点信息。

(5)当施工结束之后,2 min内便可输出施工作业报表和包含枪串运行数据(见图5)的技术报告,减少了监督人员的现场等待时间,并为作业人员下一段施工提供信息支撑。

图5 分簇射孔泵送施工报表

5 软件应用效果

分簇射孔泵送辅助软件已部署在长宁—威远页岩气区块、昭通国家级页岩气示范区、焦石坝区块,软件借助计算机运算速度快的优势,帮助现场工程人员预判井下情况、展现枪串井下运动状态,最大程度地保证了管串在泵送过程中的安全。通过软件系统简化人员操作,提高了施工数据的准确性及时效性,使桥射联作泵送施工能够在有一定参考量的情况下科学严谨地完成,提升了施工的安全性[8]。

以川南页岩气区块W202HX平台为例,1号井现场工作人员在没有分簇射孔泵送辅助软件的情况下,完成28段水平井泵送射孔共耗时126 h,作业人数22人。而邻井4号井在分簇射孔泵送辅助软件的帮助下,完成29段水平井泵送射孔共耗时92.8 h,作业人数18人。在使用分簇射孔泵送辅助软件的情况下,耗时降低33.2 h(约占26.34%),作业人员减少4人(约占18.18%)。