大型壓裂曲線實時監(jiān)控系統(tǒng)

1、大型壓裂曲線實時監(jiān)控系統(tǒng) 1. 緒論 隨著油田勘探開發(fā)的深入， 油水井壓裂工作量越來越多， 其 對增儲上產作用越來越巨大， 但是部分區(qū)塊的普通壓裂施工成本 和施工復雜程度越來越高， 壓裂效益卻不理想， 大型壓裂因其高 效益性將成為新的施工重點。 然而大型壓裂往往需要多套壓裂車 組配合施工， 每套壓裂車組有自己獨立的儀表車監(jiān)測各自的壓裂 數(shù)據(jù)，每套儀表車的數(shù)據(jù)只能在儀表車內監(jiān)測， 不能遠程傳輸更 不能和其他儀表車數(shù)據(jù)整合。 在本論文中，基于 VC+環(huán)境下我提出了一整套的技術解決 方案來實現(xiàn)多車組壓裂數(shù)據(jù)的整合并遠程實時監(jiān)控。 首先，通過 各套壓裂儀表車的串口讀取實時壓裂數(shù)據(jù)； 其次， 通過小型局

2、域 網(wǎng)把讀取到的各套壓裂數(shù)據(jù)匯總； 其次，通過本文的算法把各套 壓裂數(shù)據(jù)進行整合，并通過 3G網(wǎng)絡遠程發(fā)送到后臺服務器；再 其次，服務器把數(shù)據(jù)備份到數(shù)據(jù)庫的同時，通過vspm軟件把計 算機端口虛擬成串口以實時轉發(fā)數(shù)據(jù)給內網(wǎng)的監(jiān)測終端機；最 后，監(jiān)測終端機使用專業(yè)的壓裂分析軟件 FracProPT 接收整合后 的數(shù)據(jù)，并實時顯示壓裂曲線。方案設計圖見圖 1-1 。 2. 系統(tǒng)模塊的實現(xiàn) 本系統(tǒng)主要分為串口通信，網(wǎng)絡收發(fā)，數(shù)據(jù)同步處理，虛擬 串口共四個模塊，下面分別介紹各模塊的實現(xiàn)。 2.1 串口通信 目前，串口通信是工業(yè)控制機與底層硬件芯片的主要通信方 式，串口一共有RS232和RS485兩種物

3、理接口標準，壓裂大隊的 儀表車串口是RS232標準的。在VC+環(huán)境下，有兩種編程方式 實現(xiàn)串口通信：一是調用 Windows的API函數(shù)，這種方法雖然具 有很強的靈活性，但是使用方法及其復雜；二是使用 Microsoft 提供的ActiveX 控件 MSComm通過 MSCom控件的屬性，方 法和事件實現(xiàn)串口操作，可以簡化串口程序的開發(fā) 1 。在本系 統(tǒng)中，我選擇了 MSCom控件。 使用MSCom控件操作串口需要四步：（1 ）把MSCom控件 導入到開發(fā)的工程中；（ 2）打開并配置串口的函數(shù)編程；（ 3） 響應MSCom控件的On Com事件的函數(shù)編程，以便截獲串口數(shù)據(jù)； （ 4）對串口數(shù)據(jù)

4、分析函數(shù)的編程。 其中，在第（ 3）步編程中，需要注意調用第（ 4）步的分析 函數(shù)。這樣，當串口有數(shù)據(jù)時，MSCom控件會自動響應 On Comm 事件的函數(shù)完成對數(shù)據(jù)的截獲，然后程序轉入分析函數(shù)， 在分析 函數(shù)里針對壓裂數(shù)據(jù)做專門的解析， 并在內存中開辟空間做好備 份副本的工作，等待網(wǎng)絡模塊的轉發(fā)。 2.2網(wǎng)絡收發(fā) 網(wǎng)絡通信連接主要有3個參數(shù)：通信的目的IP ;使用的傳 輸層協(xié)議（TCP或 UDP和使用的端口號。傳輸層使用TCP或UDP 同時為多個應用程序進程提供并發(fā)服務時需要區(qū)分不同應用程 序進程間的連接。套接字 Socket 就是通過綁定網(wǎng)絡通信連接的 3 個參數(shù)，以實現(xiàn)多個程序進程的數(shù)

5、據(jù)傳輸?shù)牟l(fā)服務 2 。 套接字 Socket 可以看成在兩個程序進行通訊連接中的一個 端點，是連接應用程序和網(wǎng)絡驅動程序的橋梁， Socket 在應用 程序中創(chuàng)建，通過綁定與網(wǎng)絡驅動建立關系。此后，應用程序送 給 Socket 的數(shù)據(jù)，由 Socket 交網(wǎng)絡驅動程序向網(wǎng)絡上發(fā)送出去。 計算機從網(wǎng)絡上收到與該 Socket 綁定的 IP 地址和端口號相關的 數(shù)據(jù)后，由網(wǎng)絡驅動程序交給 Socket ，應用程序便可從該 Socket 中提取接收到的數(shù)據(jù)。 套接字Socket是網(wǎng)絡通信的基本構件，無論是3G網(wǎng)絡通信 還是局域網(wǎng)通信，都要使用 Socket 技術。為了簡化利用套接字 進行網(wǎng)絡應用程

6、序開發(fā)，微軟的MFC對底層的套接字函數(shù)進行了 封裝，提供了 CAsyncSocket 類和 CSocket 類2 。其中 CAsyncSocket 類只是對套接字進行簡單的封裝，使用起來比較 繁瑣。本系統(tǒng)選擇使用更高級封裝的CSocket類編程。 使用CSocket類開發(fā)網(wǎng)絡程序需要四步：（1）在發(fā)送端配 置好目標機的 IP 和端口，并編寫建立套接字的代碼；（ 2）在發(fā) 送端編寫要發(fā)送數(shù)據(jù)的代碼，并使用CSocket類的Send函數(shù)發(fā) 送3 ；（3）在接收端配置計算機端口，并編寫建立套接字的代 碼；（ 4）在接收端利用 CSocket 類的 Accept 函數(shù)接收數(shù)據(jù)，并 編寫數(shù)據(jù)處理代碼 3

7、 。 其中，在第（ 2）步中要把 2.1 中實時截獲的串口數(shù)據(jù)引入 進來，并實時使用 CSocket 類的 Send 函數(shù)發(fā)送給目標機。在第 （4）步中，要實時處理好接收到的串口數(shù)據(jù)，并在內存中開辟 空間做好存儲工作，等待下一模塊的調用。 2.3 數(shù)據(jù)同步處理 數(shù)據(jù)同步處理模塊是本系統(tǒng)的核心模塊。 因為在實際試驗中 發(fā)現(xiàn)，各壓裂儀表車每次發(fā)出的串口數(shù)據(jù)個數(shù)是不一致的， 而且 每臺儀表車發(fā)出的串口數(shù)據(jù)個數(shù)也是無規(guī)律性的，隨機性很強。 數(shù)據(jù)同步處理模塊就是要把從多臺儀表車采集的串口數(shù)據(jù)在秒 級時間上統(tǒng)一同步為一個數(shù)據(jù)組。 這樣再使用網(wǎng)絡模塊傳輸回后 方后，經后方機的拆分就可還原出同步的兩個數(shù)據(jù)源，

8、 可以進一 步的數(shù)據(jù)整合處理。 因油田的大型壓裂一般使用兩套壓裂車組， 本模塊的核心設 計就是使用兩個循環(huán)隊列 45 作為兩個數(shù)據(jù)容器。 把每臺儀表 車獲得的數(shù)據(jù)分別存入各自的循環(huán)隊列， 然后再把兩個隊列中同 步的數(shù)據(jù)使用網(wǎng)絡模塊發(fā)送出去， 留下非同步數(shù)據(jù)等待下次的同 步處理。詳細設計如下：（ 1）開辟兩個線程專門監(jiān)聽兩個壓裂 儀表車的數(shù)據(jù)源；（ 2）對兩個數(shù)據(jù)源實時傳來的數(shù)據(jù)分別做分 析處理；（ 3）把（ 2）中分析的完整數(shù)據(jù)存入各自的循環(huán)隊列； （4）開辟一個新線程檢查兩個隊列的同步情況，把已經同步的 數(shù)據(jù)編組發(fā)送出去。 其中需要注意三個子線程和主線程 的耦合關系，各線程的開關變量設計。對

9、第（ 2）步中的數(shù)據(jù)處 理，需要分析數(shù)據(jù)是否完整，把完整的數(shù)據(jù)要保存好的同時，殘 片的數(shù)據(jù)也要保存好等待下次殘片數(shù)據(jù)傳來時的拼接處理。 此外 還要維護好兩個循環(huán)隊列的指針移動， 特別是進， 出隊列時需要 判斷隊列的空與滿，并做相應的處理。 2.4 虛擬串口 通過網(wǎng)絡發(fā)送回后方的數(shù)據(jù)是進入計算機端口的， 而專業(yè)的 壓裂軟件 FracproPT 只能接收串口的數(shù)據(jù)。使用 vspm 虛擬串口 軟件可以通過計算機端口成功完成服務器和客戶端的虛擬串口 連接及數(shù)據(jù)通信。原理圖如圖 2-1 所示： 通過vspm把服務器的端口 A虛擬成串口 C,把客戶端的端 口 B虛擬成串口 D,虛擬串口 C, D通過服務器

10、和客戶端的計算 機端口實現(xiàn)了雙向通信。其中虛擬串口 C和D需要接2-1的串口 通信代碼。 3. 系統(tǒng)測試 為了測試本系統(tǒng)的功能， 我通過讀取并解析兩個含有原始壓 裂數(shù)據(jù)的二進制 dbs 文件，把其中的二進制壓裂數(shù)據(jù)重新轉換成 十進制流式的串口數(shù)據(jù)，以模擬兩個壓裂儀表車的串口數(shù)據(jù)源。 其中，圖 3-1 是實時獲取的兩個數(shù)據(jù)源的組合數(shù)據(jù)，圖 3-2 是兩個數(shù)據(jù)源的壓裂曲線組合。 經過與原始兩個獨立數(shù)據(jù)源的嚴 格分析和對比， 1 小時 09分 55秒的模擬采集共 41 95條數(shù)據(jù)記 錄無差錯，測試取得成功。 4. 總結 針對大型壓裂多套壓裂儀表車的數(shù)據(jù)不能無線傳回后方， 更 不能數(shù)據(jù)整合的問題，本文提出了一整套技術解決方案， 使得大 型壓裂