0 引 言

隨著公司壓裂酸化隊伍和施工區(qū)域的不斷擴大，壓裂酸化施工井場也逐步向邊遠地區(qū)拓展。各施工井場距離相距較遠，且交通及環(huán)境惡劣，信息溝通不便，使得項目部和技術(shù)部門難以及時掌握現(xiàn)場的壓裂動態(tài)與壓裂施工參數(shù)曲線數(shù)據(jù)。鑒于水平井和大型工廠化壓裂施工需要運用大規(guī)模、大砂量、大排量等施工方式，存在技術(shù)含量高、安全要求高等問題，而野外作業(yè)通信條件差，數(shù)據(jù)采集及控制較難，各方面技術(shù)專家較為分散，無法隨時到現(xiàn)場對壓裂施工作業(yè)進行指導(dǎo)，面對突發(fā)事件無法進行多方面專家會診，因此設(shè)計利用遠程監(jiān)控系統(tǒng)把現(xiàn)場數(shù)據(jù)和視頻實時傳送到基地指揮中心，使遠離壓裂酸化現(xiàn)場的專家及技術(shù)人員可通過遠程指揮系統(tǒng)對壓裂酸化現(xiàn)場的視頻監(jiān)控畫面和壓裂動態(tài)數(shù)據(jù)進行實時共享，對提高壓裂開發(fā)效益具有重要意義。

1 系統(tǒng)組成及設(shè)計思路

壓裂酸化施工遠程指揮系統(tǒng)按照壓裂施工的流程進行搭建，利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從壓裂酸化的施工準備到施工結(jié)束，實現(xiàn)對施工全過程的現(xiàn)場視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享、施工調(diào)度及后期評價分析，形成了一套數(shù)字化壓裂酸化施工遠程指揮決策平臺，滿足施工過程的技術(shù)要求和安全要求，提高施工效率。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)和多媒體調(diào)度子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)各盡其職，將壓裂液混配數(shù)據(jù)、施工采集曲線、現(xiàn)場音視頻畫面等實時傳輸?shù)竭h端指揮中心，可實時遠程瀏覽施工曲線和數(shù)據(jù)，查看現(xiàn)場施工情況，并通過視頻會議系統(tǒng)指導(dǎo)現(xiàn)場施工。多媒體調(diào)度系統(tǒng)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理，采集的數(shù)據(jù)可相互調(diào)用，省去了人工輸入的繁瑣工序，達到施工作業(yè)的高效性。遠程指揮中心的專家和技術(shù)人員可實時監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)、觀看現(xiàn)場工作情況、指揮現(xiàn)場壓裂施工作業(yè)，有效保障施工安全。

2 系統(tǒng)的功能架構(gòu)

2.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)

2.1.1 施工數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

公司的壓裂儀表車數(shù)據(jù)應(yīng)實時采集，并通過工控機安裝的采集分析軟件 FracroPT 實現(xiàn)對實時數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示，包括施工曲線的生成、數(shù)據(jù)記錄保存、打印輸出等。技術(shù)人員的后臺分析軟件通過衛(wèi)星傳輸將數(shù)據(jù)曲線上傳至 FracroPT 服務(wù)器，采集模塊將實時施工數(shù)據(jù)進行存儲，后臺通過軟件將數(shù)據(jù)進行回放、分析?？紤]到數(shù)據(jù)的兼容性，應(yīng)用該軟件的數(shù)據(jù)采集模塊接口將現(xiàn)場實時采集的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)共享的方式發(fā)布。施工數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖如圖 1 所示。

2.1.2 現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)

目前儀表車已具備視頻監(jiān)控功能，車體配置 2 臺可升降式監(jiān)控攝像機及一臺可移動式高清攝像機，可直接輸出視頻信號，通過配置的控制系統(tǒng)對攝像機進行 PTZ 控制。車內(nèi)需要同指揮中心進行雙向音視頻會商實現(xiàn)對現(xiàn)場情況的分析、決策等，因此在車內(nèi)配置攝像機進行圖像拍攝、傳送，共計四路攝像機。經(jīng)視頻矩陣進行信號切換與分配，一路進入視頻會議終端，一路進入多媒體接入網(wǎng)關(guān)，一路進入車載 NVR，一路進入電視 ；數(shù)字音頻處理器作為音頻核心設(shè)備，連接本地 MIC 及遠端聲音進行擴聲、廣播 ；視頻會議終端為編解碼設(shè)備，支持 H.323，SIP及 H.264HP，G.719 等音視頻編解碼協(xié)議，負責(zé)與指揮中心進行音視頻交互 ；車內(nèi)配置一臺 IP 調(diào)度電話，通過網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn) IP 語音通話 ；數(shù)據(jù)通過 RS 232 分配器進入數(shù)據(jù)采集服務(wù)器傳至指揮中心 ；顯示系統(tǒng)采用原車電視機監(jiān)視器。

儀表車集中了所有現(xiàn)場車輛的實時工作數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳回指揮中心是本系統(tǒng)的重要功能之一。將實時數(shù)據(jù)回傳至指揮中心，方便專家及技術(shù)人員在第一時間做出正確的判斷并下達指令，可視化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)利用遠程串口服務(wù)器將儀表車數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星傳輸至基地，在指揮中心大屏上實時顯示作業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況。系統(tǒng)拓撲如圖 2 所示。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)傳輸方面，為了實現(xiàn)壓裂施工的遠程指揮決策，采用衛(wèi)星點對點通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸，利用衛(wèi)星抗干擾、速率快、覆蓋廣以及傳輸量大等特點，有效保證數(shù)據(jù)的實時性、完整性，將壓裂現(xiàn)場混配數(shù)據(jù)、壓裂儀表車控制臺數(shù)據(jù)、壓裂現(xiàn)場音視頻數(shù)據(jù)等實時傳輸至生產(chǎn)指揮中心數(shù)據(jù)服務(wù)器，再通過服務(wù)器進行發(fā)布，方便公司指揮中心人員進行數(shù)據(jù)查看和相應(yīng)的操作。現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)拓撲如圖 3 所示。

2.3 多媒體調(diào)度系統(tǒng)

對施工現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)信息進行監(jiān)測和展示，可提供預(yù)測預(yù)警、工況診斷、趨勢分析、生產(chǎn)報表、物聯(lián)設(shè)備管理等功能。通過該技術(shù)實現(xiàn)以上技術(shù)成果的遠程中心監(jiān)控、音視頻會議系統(tǒng)，與數(shù)據(jù)的存儲、發(fā)布和展示。其主要含蓋顯示大屏幕系統(tǒng)、機房網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器系統(tǒng)、網(wǎng)站建設(shè)、數(shù)字會議和擴聲系統(tǒng)、攝像跟蹤系統(tǒng)、中央集中控制系統(tǒng)、輔助設(shè)備、室內(nèi)布局效果等的策劃設(shè)計集成等。借助數(shù)據(jù)截取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、井場視頻監(jiān)控系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)、電源供給系統(tǒng)、輔助設(shè)施等軟硬件來實現(xiàn)井場全信息的采集與遠程傳輸、發(fā)布查詢。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

壓裂酸化遠程監(jiān)控與指揮系統(tǒng)于 2014 年 10 月正式投產(chǎn)運行，目前，公司已改造 3 臺多功能儀表車，并組織了多次壓裂現(xiàn)場應(yīng)急演練，實現(xiàn)了施工儀表車、遠程指揮車和應(yīng)急通信車的功能合一。

目前為止，該系統(tǒng)累計應(yīng)用到 60 余口井，包括青海油田分公司扎哈泉區(qū)域重點水平井（扎平 2、扎平 3、扎平 4）的全程實時分析 ；蘇里格氣田區(qū)域勘探井、隴東氣開井等全程實時分析 ；新工藝新技術(shù)推廣井的全過程實時分析。實現(xiàn)了專家在指揮中心對壓裂過程的同步遠程實時監(jiān)測和決策支持。

為實時掌握現(xiàn)場施工作業(yè)動態(tài)，強化作業(yè)現(xiàn)場搬安吊裝、帶壓作業(yè)、連續(xù)油管作業(yè)、大型施工的風(fēng)險管控，對井控重點井、重點工序進行實時監(jiān)控，對井筒復(fù)雜、新工藝新技術(shù)井等提供遠程工藝技術(shù)支撐，立足項目部、公司、指揮部三級遠程監(jiān)控，我們要抓住集團公司工程技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)（A12）和川慶公司工程技術(shù)一體化平臺推廣應(yīng)用的良好契機，以地理信息系統(tǒng)（A4）為基礎(chǔ)平臺，融合自建信息系統(tǒng)、遠程傳輸系統(tǒng)，最終建成集生產(chǎn)調(diào)度、安全監(jiān)控、工程診斷、應(yīng)急指揮、營管控等全覆蓋的數(shù)字信息一體化管控平臺。數(shù)字信息一體化管控平臺如圖 4 所示。

4 結(jié) 語

壓裂酸化施工遠程指揮系統(tǒng)的應(yīng)用，旨在實現(xiàn)施工方案優(yōu)化、遠程監(jiān)控、指揮調(diào)度等全過程的跟蹤和管理，達到提高壓裂酸化施工效率，規(guī)避施工風(fēng)險，及時處理突發(fā)事件的目的。

后期將結(jié)合集團公司物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，建立一套完整的流程化施工管理系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集、傳輸、優(yōu)化、指揮等角度實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)的數(shù)字化、信息化、系統(tǒng)化?，F(xiàn)場實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)完全達到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)，能夠有效、高效地顯示現(xiàn)場施工作業(yè)狀況，滿足了油田建設(shè)數(shù)字化、數(shù)據(jù)化的需求。