0 引 言
隨著公司壓裂酸化隊伍和施工區域的系統不斷擴大，壓裂酸化施工井場也逐步向邊遠地區拓展。壓裂遠程應用各施工井場距離相距較遠，酸化施工且交通及環境惡劣，指揮信息溝通不便，使得項目部和技術部門難以及時掌握現場的壓裂動態與壓裂施工參數曲線數據。鑒于水平井和大型工廠化壓裂施工需要運用大規模、大砂量、大排量等施工方式，存在技術含量高、安全要求高等問題，而野外作業通信條件差，數據采集及控制較難，各方面技術專家較為分散，無法隨時到現場對壓裂施工作業進行指導，面對突發事件無法進行多方面專家會診，因此設計利用遠程監控系統把現場數據和視頻實時傳送到基地指揮中心，使遠離壓裂酸化現場的專家及技術人員可通過遠程指揮系統對壓裂酸化現場的視頻監控畫面和壓裂動態數據進行實時共享，對提高壓裂開發效益具有重要意義。
1 系統組成及設計思路
壓裂酸化施工遠程指揮系統按照壓裂施工的流程進行搭建，利用無線網絡技術，從壓裂酸化的施工準備到施工結束，實現對施工全過程的現場視頻監控、數據共享、施工調度及后期評價分析，形成了一套數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要求和安全要求，提高施工效率。系統由數據采集與監控子系統、數據傳輸子系統和多媒體調度子系統組成，每個子系統各盡其職，將壓裂液混配數據、施工采集曲線、現場音視頻畫面等實時傳輸到遠端指揮中心，可實時遠程瀏覽施工曲線和數據，查看現場施工情況，并通過視頻會議系統指導現場施工。多媒體調度系統采用統一的數據庫管理，采集的數據可相互調用，省去了人工輸入的繁瑣工序，達到施工作業的高效性。遠程指揮中心的專家和技術人員可實時監控現場生產數據、觀看現場工作情況、指揮現場壓裂施工作業，有效保障施工安全。
2 系統的功能架構
2.1 數據采集與監控系統
2.1.1 施工數據采集系統
公司的壓裂儀表車數據應實時采集，并通過工控機安裝的采集分析軟件 FracroPT 實現對實時數據的動態顯示，包括施工曲線的生成、數據記錄保存、打印輸出等。技術人員的后臺分析軟件通過衛星傳輸將數據曲線上傳至 FracroPT 服務器，采集模塊將實時施工數據進行存儲，后臺通過軟件將數據進行回放、分析。考慮到數據的兼容性，應用該軟件的數據采集模塊接口將現場實時采集的數據以數據共享的方式發布。施工數據采集系統示意圖如圖 1 所示。
2.1.2 現場視頻監控系統
目前儀表車已具備視頻監控功能，車體配置 2 臺可升降式監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對攝像機進行 PTZ 控制。車內需要同指揮中心進行雙向音視頻會商實現對現場情況的分析、決策等，因此在車內配置攝像機進行圖像拍攝、傳送，共計四路攝像機。經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關，一路進入車載 NVR，一路進入電視 ；數字音頻處理器作為音頻核心設備，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備，支持 H.323，SIP及 H.264HP，G.719 等音視頻編解碼協議，負責與指揮中心進行音視頻交互 ；車內配置一臺 IP 調度電話，通過網絡能夠實現 IP 語音通話 ；數據通過 RS 232 分配器進入數據采集服務器傳至指揮中心 ；顯示系統采用原車電視機監視器。
儀表車集中了所有現場車輛的實時工作數據，將數據傳回指揮中心是本系統的重要功能之一。將實時數據回傳至指揮中心，方便專家及技術人員在第一時間做出正確的判斷并下達指令，可視化數據傳輸系統利用遠程串口服務器將儀表車數據通過衛星傳輸至基地，在指揮中心大屏上實時顯示作業現場設備的運行狀況。系統拓撲如圖 2 所示。
2.2 數據傳輸系統
在數據傳輸方面，為了實現壓裂施工的遠程指揮決策，采用衛星點對點通信方式進行數據傳輸，利用衛星抗干擾、速率快、覆蓋廣以及傳輸量大等特點，有效保證數據的實時性、完整性，將壓裂現場混配數據、壓裂儀表車控制臺數據、壓裂現場音視頻數據等實時傳輸至生產指揮中心數據服務器，再通過服務器進行發布，方便公司指揮中心人員進行數據查看和相應的操作。現場數據傳輸系統拓撲如圖 3 所示。
2.3 多媒體調度系統
對施工現場收集的數據信息進行監測和展示，可提供預測預警、工況診斷、趨勢分析、生產報表、物聯設備管理等功能。通過該技術實現以上技術成果的遠程中心監控、音視頻會議系統，與數據的存儲、發布和展示。其主要含蓋顯示大屏幕系統、機房網絡服務器系統、網站建設、數字會議和擴聲系統、攝像跟蹤系統、中央集中控制系統、輔助設備、室內布局效果等的策劃設計集成等。借助數據截取系統、數據傳輸系統、數據交換系統、井場視頻監控系統、視頻會議系統、電源供給系統、輔助設施等軟硬件來實現井場全信息的采集與遠程傳輸、發布查詢。
3 系統應用
壓裂酸化遠程監控與指揮系統于 2014 年 10 月正式投產運行，目前，公司已改造 3 臺多功能儀表車，并組織了多次壓裂現場應急演練，實現了施工儀表車、遠程指揮車和應急通信車的功能合一。
目前為止，該系統累計應用到 60 余口井，包括青海油田分公司扎哈泉區域重點水平井（扎平 2、扎平 3、扎平 4）的全程實時分析 ；蘇里格氣田區域勘探井、隴東氣開井等全程實時分析 ；新工藝新技術推廣井的全過程實時分析。實現了專家在指揮中心對壓裂過程的同步遠程實時監測和決策支持。
為實時掌握現場施工作業動態，強化作業現場搬安吊裝、帶壓作業、連續油管作業、大型施工的風險管控，對井控重點井、重點工序進行實時監控，對井筒復雜、新工藝新技術井等提供遠程工藝技術支撐，立足項目部、公司、指揮部三級遠程監控，我們要抓住集團公司工程技術物聯網（A12）和川慶公司工程技術一體化平臺推廣應用的良好契機，以地理信息系統（A4）為基礎平臺，融合自建信息系統、遠程傳輸系統，最終建成集生產調度、安全監控、工程診斷、應急指揮、營管控等全覆蓋的數字信息一體化管控平臺。數字信息一體化管控平臺如圖 4 所示。
4 結 語
壓裂酸化施工遠程指揮系統的應用，旨在實現施工方案優化、遠程監控、指揮調度等全過程的跟蹤和管理，達到提高壓裂酸化施工效率，規避施工風險，及時處理突發事件的目的。
后期將結合集團公司物聯網系統，建立一套完整的流程化施工管理系統，從數據采集、傳輸、優化、指揮等角度實現現場作業的數字化、信息化、系統化。現場實際應用表明，該系統完全達到了預期的設計目標，能夠有效、高效地顯示現場施工作業狀況，滿足了油田建設數字化、數據化的需求。
