丁 偉 （南陽理工學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系，河南南陽473004）

石油測井車井上監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

丁 偉 （南陽理工學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)系，河南南陽473004）

油井的綜合測試施工作業(yè)安全在石油產(chǎn)業(yè)中占據(jù)舉足輕重的地位，而鋼絲繩在其中起到非常重要的作用。石油測井車井上監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)是一種能在線實時測量鋼絲繩的拉力并進(jìn)行狀態(tài)分析的測量裝置，它是在測井過程中測量測井儀器在油井中運動的速度、深度以及對下井電纜的張力進(jìn)行監(jiān)測和控制的一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)的完成，不僅可以實現(xiàn)對石油開采等各種設(shè)備工況的實時監(jiān)測，還可為現(xiàn)場作業(yè)提供準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)；它創(chuàng)新地將LabVIEW虛擬軟件系統(tǒng)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到該系統(tǒng)中去，對整個系統(tǒng)的程序塊進(jìn)行設(shè)計、優(yōu)化及完善，打破了國內(nèi)傳統(tǒng)單一編程的缺陷。該系統(tǒng)具有極強的可擴展性，可被廣泛應(yīng)用于其他任何相關(guān)測試系統(tǒng)中去。

石油測井車；虛擬儀器；面向?qū)ο蟮脑O(shè)計；數(shù)據(jù)采集

目前，隨著我國石油行業(yè)開采水平的提高，石油測井車在鉆井機、修井機、采油車等石油機械上得到更加廣泛的應(yīng)用。測井車鋼絲繩作為其主要傳動部件，特別是在復(fù)雜惡劣的工況下，它在測井車上能否安全穩(wěn)定的運行顯得尤為重要。但目前石油測井車的設(shè)計中，存在地面采集數(shù)據(jù)工作任務(wù)單一，工作量大、計算精度和效率低等問題。所以，設(shè)計開發(fā)一種在線實時監(jiān)測鋼絲繩拉力并進(jìn)行狀態(tài)分析的動態(tài)測量裝置系統(tǒng)軟件很有必要［1］。該次研究采用LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺設(shè)計出一套具有自動記錄、自動顯示測井車鋼絲繩拉力，并能在載荷或速度超過用戶設(shè)定的限制時迅速啟動報警裝置［2］。

石油測井車井上監(jiān)測系統(tǒng)是以圖形化編程語言LabVIEW 8．0為開發(fā)平臺，采用Microsoft Access為數(shù)據(jù)庫的一個系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)在作業(yè)期間進(jìn)行實時測井控制、數(shù)據(jù)庫管理控制、系統(tǒng)服務(wù)控制等，以完成測井資料的采集、處理、顯示和記錄。該系統(tǒng)通過專用井深張力傳感器能對特車所用鋼絲繩的下井深度、下井速度、張力、張力梯度進(jìn)行實時采樣、分析，并且把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工程值，最后形成記錄文件，從而準(zhǔn)確地為石油測井車測井、試井、修井等作業(yè)提供下井深度、鋼絲繩張力等參數(shù)；同時，通過實時監(jiān)測，可及時對石油測井車測井、試井、修井等作業(yè)過程中的遇阻、遇卡、近井口等情況進(jìn)行報警，避免人為操作帶來的事故，做到安全生產(chǎn)；此外還可以實現(xiàn)對記錄文件的回放，便于事后分析和管理［3，4］。

1 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

石油測井車井上監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)是一個以數(shù)據(jù)為中心的實時測井系統(tǒng)，在作業(yè)期間進(jìn)行實時測井控制、數(shù)據(jù)庫管理控制、系統(tǒng)服務(wù)控制，以完成測井資料的采集、處理、顯示和記錄。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，該系統(tǒng)采用上位機軟件開發(fā)平臺，采集卡主要執(zhí)行控制、采集和通信任務(wù)。上位機程序的主要數(shù)據(jù)流程圖如圖1所示。

在主體框架中，應(yīng)該有兩條主要數(shù)據(jù)流：一條是從串行端口接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行各種處理，包括數(shù)據(jù)的分析、顯示、分解、保存、再現(xiàn)等功能；另一條數(shù)據(jù)流是由用戶定義的測試參數(shù)，如剎車時速、制動壓力等，對它們進(jìn)行顯示、封裝、保存，仍由串行端口發(fā)送出去。

圖1 上位機程序的主要數(shù)據(jù)流程圖

2 系統(tǒng)總體框架設(shè)計

石油測井車井上監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計運用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思路，采用功能模塊化的方法［5］，其軟件程序流程圖如圖2所示。因為該系統(tǒng)的核心部分是測試鋼絲繩的張力和鋼絲繩的下潛深度，所以需要對這部分做詳細(xì)測試，并能推出其原理，便于工程人員根據(jù)情況進(jìn)行微調(diào)。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計與實現(xiàn)

在該系統(tǒng)中，接口設(shè)計采用NI公司的LabVIEW 8．0虛擬儀器開發(fā)平臺，設(shè)計出虛擬壓力表、深度計、實時速度計等儀器面板，采用功能模塊化的方法，將虛擬的儀器指示面板和其他的狀態(tài)顯示命令按鈕集成在一起，給用戶一種直觀和全新的視覺。石油測井車井上監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計包括程序主接口及主程序模塊、井深測量模塊、壓力測量模塊、數(shù)據(jù)管理模塊。在該次研究中主要以井深測量模塊和數(shù)據(jù)管理模塊為例詳細(xì)介紹了其實現(xiàn)過程。

1）程序主接口及主程序模塊設(shè)計 該接口是整個程序的主程序接口，在這里，可以看到張力、井深、速度等各種數(shù)據(jù)的實時狀態(tài)，并能進(jìn)行聲光報警。在程序的中間部分是張力數(shù)據(jù)的實時圖像，該圖像是沒有經(jīng)過處理的原始圖像，處理過的圖像在后面的單個模塊中顯示。

圖2 軟件程序流程圖

圖3 井深測量模塊流程圖

2）井深測量模塊的設(shè)計與實現(xiàn) 井深測量本質(zhì)是長度（角度）的測量，該模塊位移－電變換采用光電編碼器，把井深變成電脈沖，與光電編碼器同軸相連的計量輪把繞在計量輪上的鋼絲繩長度變成電信號，電子線路實現(xiàn)計數(shù)、計算、方向、符號、加／減邏輯判別顯示等項技術(shù)要求。在該系統(tǒng)中，采用的是增量式光電編碼器［6］。井深測量模塊流程圖如圖3所示。對于脈沖量操作主要通過WriteRegisterX或ReadRegisterX對PCI設(shè)備映射寄存器的脈沖量單元進(jìn)行讀寫實現(xiàn)。

3）數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)計與實現(xiàn) ①數(shù)據(jù)管理前面板程序。該程序為查看歷史記錄程序，該程序首先選擇歷史數(shù)據(jù)或標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，然后在此基礎(chǔ)上選擇日期，此時會出現(xiàn)一個該時間段的數(shù)據(jù)。其前面板界面如圖4所示。②磁盤空間管理子程序。對于硬盤來說，長時間執(zhí)行自動監(jiān)測任務(wù)的系統(tǒng)，如果長時間記錄數(shù)據(jù)，有可能造成磁盤空間不足，如圖4的程序自動檢查保存數(shù)據(jù)的磁盤空間，當(dāng)磁盤空間不足30M的時候，會對操作者進(jìn)行提示；不足10M的時候，自動從最早的數(shù)據(jù)記錄文件開始刪除文件。磁盤空間管理子程序如圖5所示。

圖4 數(shù)據(jù)管理前面板界面

圖5 磁盤空間管理子程序

4 軟件系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)及處理

該軟件系統(tǒng)研制完畢后，為了測試其工作性能，已在河南油田現(xiàn)場試驗完畢，基本完成井深的測量和功能曲線的繪制。從現(xiàn)場測得的各種資料如圖6、7所示。經(jīng)過對比現(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)，符合設(shè)計要求。

圖6 深度－時間放大曲線副本

圖7 張力－時間放大曲線

5 結(jié) 語

石油測井車井上監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，較之類似的產(chǎn)品有許多優(yōu)勢：①直接利用計算機平臺，采用LabVIEW軟件平臺進(jìn)行編程，與以往的51系列的單片機相比，該系統(tǒng)的軟件編程具有執(zhí)行速度快、代碼效率高、精度高、開發(fā)周期短、可在線編程等眾多優(yōu)勢；②該系統(tǒng)采用了多種顯示方法，不僅能做到井深、張力、速度、張力梯度的儀表指針式直觀顯示，同時可進(jìn)行4種測量曲線的實時顯示，還可利用計算機的強大功能對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理、回放、打印，便于對測量結(jié)果的分析；③公英制單位互換簡便，方便國內(nèi)和國外使用；④數(shù)據(jù)的保存和傳輸采用了可靠的校驗檢驗方法，保證了數(shù)據(jù)的可靠性。

［1］許!．測井系統(tǒng)軟件設(shè)計［D］．西安：西北工業(yè)大學(xué)，2006．

［2］李光亞．基于LabVIEW的模擬實驗數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)開發(fā)［J］．電子測試，2008，（1）：19～22．

［3］沈蘭蓀．?dāng)?shù)據(jù)采集技術(shù)［M］．合肥：中國科技大學(xué)出版社，1990．72～89．

［4］殷修剛．?dāng)?shù)控測井簡明教程［M］．北京：石油大學(xué)出版社，1990．6～20．

［5］汪康康．面向?qū)ο蟮恼{(diào)度命令票專家系統(tǒng)［D］．成都：四川大學(xué)，2004．

［6］鄧方，陳杰，陳文頡，等．一種高精度的光電編碼器檢測方法及其裝置［J］．北京理工大學(xué)學(xué)報，2007，27（11）：26～29．

［編輯］ 龍 舟

P631．84

A

1000－9752（2012）06－0100－04

2012－02－10

丁偉（1977－），男，1999年大學(xué)畢業(yè)，碩士，講師，現(xiàn)主要從事計算機技術(shù)及應(yīng)用工作。

[收稿日期]2009-12-03

國家科技重大專項項目(2008ZX050052002201)。

[作者簡介]尤東華(19802),男,2003年大學(xué)畢業(yè),工程師,碩士生,現(xiàn)主要從事碳酸鹽巖成巖與儲層研究工作。