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摘要：本项目对固井施工可视化监控系统开发设计展开研究，基于现场数据的接入和实时监控系统可视化的开发工作，将固井全过程的井下工作状态以高仿真数字拟合的方式还原呈现，这有利于作业人员和决策人员获得实时作业反馈，并根据可视化系统的理论模拟与现场实际观察结果来判断当前的井筒状态。
关键词：固井施工可视化监控系统；开发设计；研究
Development and Design of Visual Monitoring System for cementing construction
Wang Shu1,Ren Xiaocui1,Duan Juhua2,Yang Rui1
(1.Chengdu Chuanyou Ruifei Technology Co.,Ltd.,Chengdu Sichuan,610051;2.Communication and Information Technology Center of Southwest Oil and Gas Field Branch,Chengdu Sichuan,610051)
Abstract:In this project,through the research on the development and design of the cementing construction visualization monitoring system,through the access offield data and the development of the visualization of the real-time monitoring system,the downhole working state of the whole cementing process is restored by means of high simulation digital fitting It is helpful for operators and decision-makers to obtain real-time operation feedback,and to judge the current wellbore state according to the combination of theoretical simulation of the visualization system and actual observation results in thefield.
Key words:visualization monitoring system for cementing construction;development and design;research
一、引言
如斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯等国际化公司都相继开发了自己的工程信息综合平台,用于工程软件处理和信息化展示，尤其是斯伦贝谢和哈里伯顿在工程信息化建设方面投入非常大[1]。目前，国内各大油田在工程施工实时监控中仍处于大力探索阶段[2]。
开发一套固井施工实时监控系统用于固井施工作业的全过程远程实时监控，包括现场固井设备状态实时监控、固井施工过程中动态监控等，以进一步提升固井质量管控,是目前国内工程施工单位的当务之急。该类系统不仅能提高生产管理水平，而且可以增加企业的经济效益。
二、相关概述
(一)项目方案设计
针对固井施工，目前需要建立一套基于固井施工的实时可视化模块，要求能让现场会议室、工程院办公室电脑浏览器正常访问，并直观展示固井工艺流程，模块具体建设需求如下。
1.固井施工实时可视化模块研究数据
固井施工实时可视化模块研究的所有数据由工程院提供，该模块不依赖外网亦可独立运行，系统具备基于项目功能开发要求的数据清洗功能。
基于BS架构的固井施工实时网页可视化模块要能够满足现场会议室、工程院办公室电脑浏览器正常访问需求，并直观展示固井工艺流程，包括但不限于2D或3D呈现方式；网页可视化模块应具备数据融合处理能力，能够实时、直观地显示固井施工工艺流程。
2.引用规范管理
固井施工中可能用到的标准规范来源于现场工程数据库。
3.固井实时作业/固井工程回溯管理
主要是井的一些基础数据，应包括如下内容：套管数据、固井各阶段信息、套管串结构、固井三参曲线及固井2D/3D可视化呈现。
4.用量统计
在指定时间段中，统计固井各阶段液体使用情况，如缓凝水泥浆、快干水泥浆、隔离液、冲洗液等。
(二)软件目标
第一，研究一套固井施工可视化系统，用于固井施工作业全过程远程实时监控，包括现场固井设备状态、固井施工过程动态显示等，以进一步加强固井质量管控，满足油田数字化发展需要。
第二，建设固井施工实时可视化模块，推动油气田公司建立数据化油田，以提高固井施工效率、保证施工安全、改善施工流程，及时发现问题和下发指令。
第三，数据来源为现场工程数据库，从现场工程数据库获取井筒数据、固井施工数据等实时数据，保证数据的一致性与完整性。
(三)软件特点
根据上文的软件目标需求，项目开发完成的设计软件应具备如下特点。
第一，统一数据处理。采用面向对象软件技术，在数据接口开发技术方面采取效率高、易维护的技术手段，主要任务包括根据业务概念确定数据对象、确定数据对象的属性、规范数据对象及其属性、形成数据标准。
第二，系统兼容性。系统兼容性强，支持Win8、Win10及后期系统，64位计算处理，统一数据库表结构，后期网络应用非常方便，软件界面、语言支持更强大。
第三，先进可视化设计技术的应用。系统采用最新的数学建模处理模型，能够清晰展现不同模型，给予用户更好的视觉体验。
第四，其他。包括统一单位制、统一数据管理、指定统一用户等特点。
(四)项目架构
本项目组织架构图如下图1。
三、固井施工可视化系统功能模块
(一)系统登录模块
第一，给定指定用户名和密码进行登录，保证系统的安全性；第二，同一个账号可以同时在不同客户端登录；第三，不同客户端数据独立呈现，彼此不受影响。
(二)固井可视化管理模块
第一，实时固井施工井和历史固井施工井这两个功能组件彼此独立，不受影响；第二，实时固井施工井只显示正在固井的井名或者井名+井段；第三，历史固井施工井显示所有历史固井施工过的井段名称；第四，历史固井施工井支持按区块、钻井公司、构造、业主单位、井号等任一信息进行模糊或者精确查询。
(三)实时固井施工井模块
第一，支持井径扩大率导入；第二，支持特殊工艺“正注反挤”展示；第三，固井施工三参曲线呈现；第四，支持固井施工各阶段浆体3D可视化等；第五，固井施工各阶段浆体基本信息如名称、顶深、底深等；第六，支持注水泥施工动态3D展示。
四、固井施工可视化系统结构和接口
本系统将在MVVM模式的体系架构基础上构建智能客户端应用程序。
(一)智能客户端系统架构
为了使软件能在网络环境进行用户识别与注册，软件后期设计了网络认证与服务功能，系统由服务器端和客户端两部分组成。客户端采用窗体设计方式实现。服务器端为客户端提供Web Services，通过Web Services响应客户端的请求。Web Services在公共服务器上运行，所有应用程序都能通过网络对其进行访问。智能客户端能够实现在线和离线操作、系统自动更新、请求Web Services并由Web Services处理相关业务等功能。整个系统具有在线/离线、系统自动更新、数据自动切换、冲突检测和处理等功能[3]。
(二)模块构成
根据上述架构，可确定各模块关系构成如图2所示。
系统采用更加现代的集成式风格，将所有功能全部集成于一个统一的集成环境，以通过功能插件的组合实现不同的功能。模块化集成框架、插件式的专业软件，将使新的系统成为真正的集成平台。系统架构如图3所示。
(三)用户接口
用户需要一个友善的界面。在设计语言上，使用Visual Studio 2010进行编程，并采用国际上最优秀的专业软件控件，即DevExpress公司的DXperience Enterprise Subscription作为软件界面设计的主要框架。DXperience Enterprise Subscription(DEV企业版)是一个全球使用最多的用户界面控件套包，具有高效率和高实用性的特点，项目开发组正版应引进该设计套件，打造出专业的软件界面。
本系统按照商业化标准进行开发，采用微软最新的开发技术和平台(WPF/Prism)实现模块化并行开发，平台功能可按需配置，进而在软件设计和实现质量上达到一个较高的水平。这样，既能满足近期工程设计软件的要求，又能满足信息化建设长期发展的需要。软件开发的关键技术包括以下几方面。
1.模块化集成框架
在这种方案中，集成平台是基础,是保证信息化建设可持续发展的关键环节。平台将提供信息化应用软件所需的基础功能，包括数据接口、图形组件、通用界面组件及基础算法支持，降低应用软件开发的难度。平台的目标是将软件开发和固井算法研究逐步分离，使它们能够将精力集中在固井相关的算法或软件的研究中，做到合理分工、良性发展。为此，项目组将在统一的底层数据库及Prism的模块化框架基础上，结合商业化界面组件库，实现具有现代风格的窗口化集成框架。这种框架支持模块化方法挂接，可使各种不同的设计及算法按模块的方式灵活挂接，进而集成到统一的平台，实现独立运行。
2.统一的开发接口
统一的模块开发接口需要在大量开发实践基础上不断磨合完善，包括数据接口、模块间通信、界面集成及配置管理等接口。
3.统一的图形组件
设计数据的二维、三维图形化展示是软件中的重要功能，开发高质量的统一图形组件是一个关键的技术问题。
(四)外部接口
第一，USB接口，连接鼠标等设备；第二，DVI接口，DVI(Digital Visual Interface，数字视频接口)，它是D-SUB接口的继承，用来传输数字信号；第三，SCSI接口，SCSI(Small Computer System Interface)支持包括磁盘驱动器、磁带机、光驱、扫描仪在内的多种设备。
(五)内部接口
内部接口方面，各模块之间采用函数调用、组件调用、参数传递、返回值的方式进行信息传递。接口传递的信息将是以数据结构封装的数据，以参数传递或返回值的形式在各模块间传输。
五、小结
随着工业4.0变革时代的来临，国际石油公司纷纷致力于研发数字化技术。固井可视化引用数字孪生技术概念，通过建立高阶算法能够将不同的数据以可视化的形式展现出来，在固井不同浆体阶段，如前置液、水泥浆、后隔离液等阶段，可以实时、动态地展现不同浆体的具体深度位置，把井下不可见的顶替过程以可视化的形式展现在工程师的眼前。
【参考文献】
[1]张在平.低渗油气田完井固井技术研究与应用[D].大庆：东北石油大学,2017.
[2]彭江.提高油田固井质量的施工措施探析[J].当代化工研究,2022(03).
[3]陈明伟.固井施工中常见问题及处置措施[J].中国石油和化工标准与质量,2021(14).
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