大型壓裂曲線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

1、大型壓裂曲線實(shí)時(shí)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(duì)增儲(chǔ)上產(chǎn)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(fù)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(diǎn)。 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(dú)立的儀表車監(jiān)測(cè)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(nèi)監(jiān)測(cè)， 不能遠(yuǎn)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(shù)解決 方案來實(shí)現(xiàn)多車組壓裂數(shù)據(jù)的整合并遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。 首先，通過 各套壓裂儀表車的串口讀取實(shí)時(shí)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(jìn)行整合，并通過 3G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器；再 其次，服務(wù)器把數(shù)據(jù)備份到數(shù)據(jù)庫的同時(shí)，通過vspm軟件把計(jì) 算機(jī)端口虛擬成串口以實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給內(nèi)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)終端機(jī)；最 后，監(jiān)測(cè)終端機(jī)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(shí)時(shí)顯示壓裂曲線。方案設(shè)計(jì)圖見圖 1-1 。 2. 系統(tǒng)模塊的實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)主要分為串口通信，網(wǎng)絡(luò)收發(fā)，數(shù)據(jù)同步處理，虛擬 串口共四個(gè)模塊，下面分別介紹各模塊的實(shí)現(xiàn)。 2.1 串口通信 目前，串口通信是工業(yè)控制機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，壓裂大隊(duì)的 儀表車串口是RS232標(biāo)準(zhǔn)的。在VC+環(huán)境下，有兩種編程方式 實(shí)現(xiàn)串口通信：一是調(diào)用 Windows的API函數(shù)，這種方法雖然具 有很強(qiáng)的靈活性，但是使用方法及其復(fù)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(shí)現(xiàn)串口操作，可以簡(jiǎn)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(dǎo)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(yīng)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(duì)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(diào)用第（ 4）步的分析 函數(shù)。這樣，當(dāng)串口有數(shù)據(jù)時(shí)，MSCom控件會(huì)自動(dòng)響應(yīng) On Comm 事件的函數(shù)完成對(duì)數(shù)據(jù)的截獲，然后程序轉(zhuǎn)入分析函數(shù)， 在分析 函數(shù)里針對(duì)壓裂數(shù)據(jù)做專門的解析， 并在內(nèi)存中開辟空間做好備 份副本的工作，等待網(wǎng)絡(luò)模塊的轉(zhuǎn)發(fā)。 2.2網(wǎng)絡(luò)收發(fā) 網(wǎng)絡(luò)通信連接主要有3個(gè)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(hào)。傳輸層使用TCP或UDP 同時(shí)為多個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程提供并發(fā)服務(wù)時(shí)需要區(qū)分不同應(yīng)用程 序進(jìn)程間的連接。套接字 Socket 就是通過綁定網(wǎng)絡(luò)通信連接的 3 個(gè)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)程序進(jìn)程的數(shù)

5、據(jù)傳輸?shù)牟l(fā)服務(wù) 2 。 套接字 Socket 可以看成在兩個(gè)程序進(jìn)行通訊連接中的一個(gè) 端點(diǎn)，是連接應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的橋梁， Socket 在應(yīng)用 程序中創(chuàng)建，通過綁定與網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)建立關(guān)系。此后，應(yīng)用程序送 給 Socket 的數(shù)據(jù)，由 Socket 交網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送出去。 計(jì)算機(jī)從網(wǎng)絡(luò)上收到與該 Socket 綁定的 IP 地址和端口號(hào)相關(guān)的 數(shù)據(jù)后，由網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序交給 Socket ，應(yīng)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(luò)通信的基本構(gòu)件，無論是3G網(wǎng)絡(luò)通信 還是局域網(wǎng)通信，都要使用 Socket 技術(shù)。為了簡(jiǎn)化利用套接字 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程

6、序開發(fā)，微軟的MFC對(duì)底層的套接字函數(shù)進(jìn)行了 封裝，提供了 CAsyncSocket 類和 CSocket 類2 。其中 CAsyncSocket 類只是對(duì)套接字進(jìn)行簡(jiǎn)單的封裝，使用起來比較 繁瑣。本系統(tǒng)選擇使用更高級(jí)封裝的CSocket類編程。 使用CSocket類開發(fā)網(wǎng)絡(luò)程序需要四步：（1）在發(fā)送端配 置好目標(biāo)機(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)截獲的串口數(shù)據(jù)引入 進(jìn)來，并實(shí)時(shí)使用 CSocket 類的 Send 函數(shù)發(fā)送給目標(biāo)機(jī)。在第 （4）步中，要實(shí)時(shí)處理好接收到的串口數(shù)據(jù)，并在內(nèi)存中開辟 空間做好存儲(chǔ)工作，等待下一模塊的調(diào)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?yàn)樵趯?shí)際試驗(yàn)中 發(fā)現(xiàn)，各壓裂儀表車每次發(fā)出的串口數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)是不一致的， 而且 每臺(tái)儀表車發(fā)出的串口數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)也是無規(guī)律性的，隨機(jī)性很強(qiáng)。 數(shù)據(jù)同步處理模塊就是要把從多臺(tái)儀表車采集的串口數(shù)據(jù)在秒 級(jí)時(shí)間上統(tǒng)一同步為一個(gè)數(shù)據(jù)組。 這樣再使用網(wǎng)絡(luò)模塊傳輸回后 方后，經(jīng)后方機(jī)的拆分就可還原出同步的兩個(gè)數(shù)據(jù)源，

8、 可以進(jìn)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(shè) 計(jì)就是使用兩個(gè)循環(huán)隊(duì)列 45 作為兩個(gè)數(shù)據(jù)容器。 把每臺(tái)儀表 車獲得的數(shù)據(jù)分別存入各自的循環(huán)隊(duì)列， 然后再把兩個(gè)隊(duì)列中同 步的數(shù)據(jù)使用網(wǎng)絡(luò)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(xì)設(shè)計(jì)如下：（ 1）開辟兩個(gè)線程專門監(jiān)聽兩個(gè)壓裂 儀表車的數(shù)據(jù)源；（ 2）對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)源實(shí)時(shí)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(duì)列； （4）開辟一個(gè)新線程檢查兩個(gè)隊(duì)列的同步情況，把已經(jīng)同步的 數(shù)據(jù)編組發(fā)送出去。 其中需要注意三個(gè)子線程和主線程 的耦合關(guān)系，各線程的開關(guān)變量設(shè)計(jì)。對(duì)

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(shí)，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(shí)的拼接處理。 此外 還要維護(hù)好兩個(gè)循環(huán)隊(duì)列的指針移動(dòng)， 特別是進(jìn)， 出隊(duì)列時(shí)需要 判斷隊(duì)列的空與滿，并做相應(yīng)的處理。 2.4 虛擬串口 通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送回后方的數(shù)據(jù)是進(jìn)入計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)端口成功完成服務(wù)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(wù)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(wù)器

10、和客戶端的計(jì)算 機(jī)端口實(shí)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(cè)試 為了測(cè)試本系統(tǒng)的功能， 我通過讀取并解析兩個(gè)含有原始?jí)?裂數(shù)據(jù)的二進(jìn)制 dbs 文件，把其中的二進(jìn)制壓裂數(shù)據(jù)重新轉(zhuǎn)換成 十進(jìn)制流式的串口數(shù)據(jù)，以模擬兩個(gè)壓裂儀表車的串口數(shù)據(jù)源。 其中，圖 3-1 是實(shí)時(shí)獲取的兩個(gè)數(shù)據(jù)源的組合數(shù)據(jù)，圖 3-2 是兩個(gè)數(shù)據(jù)源的壓裂曲線組合。 經(jīng)過與原始兩個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)源的嚴(yán) 格分析和對(duì)比， 1 小時(shí) 09分 55秒的模擬采集共 41 95條數(shù)據(jù)記 錄無差錯(cuò)，測(cè)試取得成功。 4. 總結(jié) 針對(duì)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(shù)解決方案， 使得大 型壓裂