李 敏 歐莽平 梁國武 孟悅新

(中海油田服務股份有限公司 河北燕郊)

ELIS成像測井地面系統(tǒng)硬件的設計與實現(xiàn)

李 敏 歐莽平 梁國武 孟悅新

(中海油田服務股份有限公司 河北燕郊)

ELIS成像測井地面系統(tǒng)利用當今先進的計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù),以CPCI工業(yè)總線為核心,采用嵌入式實時操作系統(tǒng)和高性能處理器,解決了成像測井系統(tǒng)要求的可靠性高、實時性強、多任務并行處理等技術(shù)難題。文章介紹了ELIS成像測井地面系統(tǒng)硬件的設計思想、功能、特點和系統(tǒng)的實現(xiàn)方式。

成像測井;地面系統(tǒng);數(shù)據(jù)采集

0 引 言

中海油田服務股份有限公司從2000年開始立項研制成像測井系統(tǒng)。經(jīng)過近十年的研制、實驗、完善,至今已經(jīng)形成了ELIS(Enhanced Logging Imaging System)整裝測井系統(tǒng),涵蓋了地面系統(tǒng)、常規(guī)井下儀器和成像儀器、以及地層測試和井壁取芯等高端測井儀器。經(jīng)過多次海內(nèi)外現(xiàn)場作業(yè),證明該測井系統(tǒng)在主要技術(shù)指標上達到了設計要求,在技術(shù)體系上接近世界先進水平,滿足海上作業(yè)要求,為我們開拓海內(nèi)外測井市場提供了必要的技術(shù)手段。

1 設計思想

ELIS成像測井地面系統(tǒng)方案設計基于windows操作系統(tǒng),采用前后臺方式(客戶端/服務器),通過網(wǎng)絡與前端數(shù)據(jù)采集面板通訊。

前端機為服務器,完成實時數(shù)據(jù)采集和預處理等功能,后臺主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和顯示,用戶接口,為操作工程師提供各種井下儀器的實時控制界面,完成服務表的編輯和加載,數(shù)據(jù)的處理和顯示、存儲、出圖等功能。

前端機采用CPCI總線[1]和基于PowerPC處理器的單板機,以及PMC方式的數(shù)據(jù)采集模塊,軟件開發(fā)采用Vxworks嵌入式實時操作系統(tǒng)[2]。后臺主機基于Windows2000操作系統(tǒng),利用網(wǎng)絡技術(shù)和TCP/IP協(xié)議,用面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)系統(tǒng)軟件。

電纜數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)速率達到230kbps,可以滿足各種成像測井儀器的需要。井下儀器總線采用統(tǒng)一的EDIB(ELIS Downhole Instrument Bus)總線標準,組合能力強。同時也能處理模擬傳輸信號,以及其他類型的電纜通訊信號。

2 系統(tǒng)功能及特點

2.1 主要功能

1)具備常規(guī)測井服務和高端成像測井服務的全部功能;

2)能提供多種組合測井方式,如聲感系列、側(cè)向系列、放射性系列、傾角系列測井等;

3)能進行工程測井,射孔、取芯、解卡等作業(yè);

4)能夠進行地層測試儀器和旋轉(zhuǎn)井壁取芯儀器等作業(yè);

5)系統(tǒng)標配多灰度級熱敏繪圖儀及彩色繪圖儀,滿足成像測井的出圖要求;

6)系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求配置。

2.2 主要特點

1)采用工業(yè)化的、完全開放的標準系統(tǒng)總線—Compact PCI總線。Compact PCI(簡稱CPCI),中文又稱緊湊型PCI,是國際工業(yè)計算機制造者聯(lián)合會[1]于1994提出來的一種總線接口標準。是以PCI電氣規(guī)范[3]為標準的高性能工業(yè)用總線。CPCI總線具有高開放性、高可靠性、高數(shù)據(jù)帶寬,廣泛應用在通訊、網(wǎng)絡、實時系統(tǒng)控制、實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等領(lǐng)域。

2)主機和前端機通過TCP/IP網(wǎng)絡連接。在成像測井地面儀中,由于采用了將數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理進行前后臺分離的方法,因此系統(tǒng)配置非常靈活,既可以用系統(tǒng)配套的工控機進行測井作業(yè),也可以利用外接筆記本電腦進行作業(yè),這種配置對于系統(tǒng)的測試和調(diào)試,以及為其他系統(tǒng)配套作業(yè)提供了很大的方便。

3)電纜傳輸采用230 kbps遙傳方式,地面系統(tǒng)用DSP軟件解碼。井下儀器采用EDIB總線,系統(tǒng)組合能力強。

4)深度系統(tǒng)采用以DSP為核心的深度張力采集和處理方式,采用硬件電路抗干擾技術(shù),有效消除干擾脈沖引起的深度誤差,實現(xiàn)了YOYO校正和自動深度校正功能,提高了系統(tǒng)深度的可靠度和精確度。處理軟件實現(xiàn)了公制和英制的任意轉(zhuǎn)換。既支持公制或英制采樣,又能夠?qū)崿F(xiàn)時間采樣方式。

5)絞車面板采用帶觸摸屏的嵌入式計算機,通過RS232端口與采集系統(tǒng)通訊,接收深度和張力數(shù)據(jù),以圖形方式實時顯示,并實現(xiàn)了深度和張力的超限報警功能。

6)采集系統(tǒng)主機配置了2臺高性能工控機;一臺負責實時數(shù)據(jù)采集,另一臺作為后續(xù)處理計算機,實現(xiàn)曲線數(shù)據(jù)的處理和出圖。兩臺計算機實現(xiàn)測井記錄和數(shù)據(jù)處理分開,雙機同時工作,節(jié)省了作業(yè)時間。大數(shù)據(jù)量的存儲采用了直接刻錄CD或DVD的方式,同時系統(tǒng)提供USB接口,以及ftp文件傳輸接口。此外,用戶還可以選擇配置磁帶機。

3 實現(xiàn)方式

成像測井地面系統(tǒng)硬件由系統(tǒng)主機及通用外設、數(shù)據(jù)采集面板、纜芯分配面板,安全開關(guān)面板、網(wǎng)絡集線器、交流電源、直流電源、示波器、深度張力信號接口板等構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 ELIS成像測井地面系統(tǒng)組成

ELIS地面系統(tǒng)的主要部分是數(shù)據(jù)采集面板DAU和纜芯分配面板LSP。數(shù)據(jù)采集面板完成數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸,接收主機的控制命令,編碼并發(fā)送到井下儀器。纜芯分配面板完成電纜信號的分離,以及交直流供電在纜芯上的切換。

ELIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是以CompactPCI總線為核心的多個功能處理單元組成的,如圖2所示,主要包括:CPCI系統(tǒng)控制器、實時信號處理板、信號調(diào)理板、深度張力處理板。

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

CPCI總線系統(tǒng)控制器,采用成熟的CPCI系統(tǒng)單板機,運行Vxworks實時操作系統(tǒng)和用戶軟件[2]主要完成系統(tǒng)采集的控制、與主機的網(wǎng)絡通訊、以及對信號調(diào)理板和深度處理板的控制。

實時信號處理板,采用一個高性能的CPCI單板機,上面扣兩個PMC方式的ADC數(shù)據(jù)采集模塊,完成電纜通訊信號的數(shù)字化,以及軟件濾波和解碼。

信號調(diào)理板主要完成采集命令的編碼驅(qū)動和電纜信號的調(diào)理,包括輸入通道的選擇,信號的程控增益放大,低通濾波,以及示波器信號的選擇。

深度處理板完成深度信號的處理,深度的計算和校正,以及張力和MMD(電纜磁記號)的采集和處理。并且定時向絞車面板發(fā)送深度張力數(shù)據(jù),接收絞車面板傳來的命令和參數(shù),修改或設置深度。

4 結(jié)束語

ELIS測井系統(tǒng)從2003年開始陸續(xù)在遼河、大港、勝利、及長慶油田進行了試驗,均取得了合格的測井資料。經(jīng)過近幾年的不斷完善與發(fā)展,系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性得到很大提升;另一方面,隨著中海油服成像儀器和地層測試儀器的研發(fā)成功,ELIS成像測井地面系統(tǒng)的服務能力也得到較大提升,目前已經(jīng)在中海油服的各個海外基地以及國內(nèi)的作業(yè)市場得到廣泛應用。

[1] PICMG.PICMG2.0 R3.0 Compact PCI specification.1999(資料)

[2] 程敬原.Vxworks軟件開發(fā)項目實例完全解析[M].北京:中國電力出版社.2005

[3] PCISIG.PCI Local Bus specification 2.2.1998(資料)

PI,2010(6):12～13

According to the need of complicated exploration and development in oil fields,China Oilfield Service Limited developed the ELIS(Enhanced Logging Imaging System)logging system.ELIS surface system hardware was based on the Compact PCI bus and Vxworks realtime operation system,using high performance dsp for data acquisition and signal processing.It can provide openhole and casing hole logging service.

Key words:imaging logging;surface system;data acquisition

Design and realization of hardware in ELIS imaging logging surface system.

Li Min,Ou Mangping,Liang Guowu and Meng Yuexin.

P613.8

B

1004-9134(2010)06-0012-02

李 敏,男,1975年生,1999年碩士研究生畢業(yè)于西安石油學院測量技術(shù)與儀器專業(yè),現(xiàn)在中海油田服務股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部從事測井地面系統(tǒng)開發(fā)工作。郵編:101149

2010-07-16編輯:姜 婷)