石油工程师论文测井系统数据采集质量

期刊目录网化学论文发表2017-09-20 14:59关注(1)

　　在目前常用的测井技术中，本篇石油工程师论文探讨超声成像测井技术和可见光成像测井技术应用较为广泛，其数据采集的主流技术主要有网络技术、嵌入式实时操作系统开发技术、大容量可编程逻辑阵列器件的开发技术、现代软件开发技术、通用测井软件平台技术五种，数据采集质量影响数据的准确性，对油井勘探和开发影响重大，《中国石油石化》China Petrochem(半月刊)曾用刊名：中国石油，1998年创刊，始终秉承“品质至高，读者至尊，服务至上”的宗旨，以推动我国石油石化行业持续稳定发展为已任，以“大石油、大创意、大视角、大办度”为目标，深刻解析我国石油石化行业疑点、难点、重点、热点问题，权威发布石油石化大政方针。

　　摘要油田测井作业的环境复杂且具有特殊性，具有较高的技术难度和较大的风险，但是测井系统数据采集工作能为油气勘探提供准确的地质信息，对油井开发具有重要的作用。本文介绍目前应用较为广泛的测井技术，以及测井系统数据采集的主流技术，如网络技术、嵌入式实时操作系统开发技术、大容量可编程逻辑阵列器件的开发技术、现代软件开发技术、通用测井软件平台技术，并从技术方面提出了提高数据采集质量的几点建议。

　　关键词测井系统;测井系统数据采集技术;建议

　　一、引言

　　石油是世界各国国民经济发展的主要能源，是各国争抢的战略物资，随着经济发展，石油的需求量与日俱增，给石油开采提出了较高的要求。石油开采的前提是要进行油井的准确的勘探和开发，测井技术是进行井孔观测的方法之一，对油气资源勘探和开发具有重要的作用。测井系统数据采集是测井技术的关键部分，直接关系测井数据的准确以及后续开发的有关决策，测井数据采集是对油气层进行正确认识和实施动态检测，是对油气层进行改造的原始依据，也是检测油井技术状况、套管状况、对油井进行检修的重要依据，所以提高测井系统的数据采集质量意义重大。

　　二、测井系统的发展现状

　　测井技术是研究地球科学手段中的井孔观测的方法之一，石油测井技术是综合利用物理学的各种方法对油井储层的地层地质特点和油气特性及其环境进行检测和研究，是油气资源勘探和开发的主要手段，测井技术目前已经历了数字测井技术、数控测井技术和成像测井技术三个阶段，成像测井技术是上世纪90年展起来的，是目前应用最广、最成熟的技术，我国在本世纪初开始引进此技术，正在处于完善和发展阶段，其中比较有代表性的技术为超声成像测井技术和可见光成像测井技术。

　　(一)超声成像测井技术

　　超声成像测井技术与传统的测井技术最大的不同之处就是能够将测井结果直观的展现出来，其利用声波在油井中的各种介质中进行传播时幅度、速度、频率会根据介质的不同而变化的特性，采用超声波对井壁进行全方位的扫描，通过声信号和电信号以及图像的转换，将油井剖面的情况以图像的形式显示出来。此技术在具体操作时是由井下仪器发射超声波，声波到达井壁后会形成反射回波，地面仪器将接收到的反射回波进行处理，将声信号转换为电信号，并经过转换系统转换为图像呈现出来，并将数据进行保存，反射回波中的信息包括套管的信息和套管外水泥环的信息，通过对这些信息进行处理就可以得到井壁或者套管内壁的具体情况，还包括套管的厚度和套管外水泥环的空间分布情况。

　　(二)可见光成像测井技术

　　可见光成像测井技术是随着微型化CCD摄像机技术和高质量视频传输技术的发展而兴起的，井下的探测部分包括CCD摄像机、压力和温度等各种传感器，通过视频电视技术可以清晰地观测到管道内的视频图像，比传统测井技术具有更加准确、真实、直观、操作和原理简单、测量结果容易理解等优势，与声波成像测井技术相比，不需要建立复杂的解释系统对测井信息进行解释工作。

　　三、现代测井数据采集系统主流技术

　　现代测井数据采集系统通常由主机、前端机、电缆传输系统和各类井下仪器组成，主机通常为带有操作系统的高性能计算机，主要进行人机交互，采集数据的保存、处理、分析、显示等，前端机就是负责数据采集的主要仪器，并将采集到的数据通过电缆传输系统传给主机，主机下达的各种指令也是通过电缆传输系统传输给井下仪器，对井下仪器进行控制。虽然测井数据采集系统的各部件在设计制作时的设计思想和实现方式会有所不同，但是所采用的关键技术却大致相同。现代测井数据采集系统利用了现代化的先进的科学及技术，其主流技术主要体现在网络技术、嵌入式实时操作系统开发技术、大容量可编程逻辑阵列器件的开发技术、现代软件开发技术、通用测井软件平台技术等几方面。

　　(一)网络技术

　　测井数据采集系统的主机与前端机之间的连接方式有很多，但是都需要网络协议支持，所以要用到网络技术。前端机的数量根据实际需要确定，但是每台机器都有位移的IP地址和主名，两台机器之间的连接方式有很多种，可以通过串口或并口，也可以利用网卡连接，或者使用USBLink电缆通过USB接口进行连接。这样在数据采集过程中，前端机将井下仪器收集的各种数据过程数据包传输给主机，而地面系统也是通过主机以网络数据包的形式将指令发送给井下的仪器，对井下仪器进行控制。目前应用较广的是电缆传输系统，采用先进的网络接入技术将井下仪器与地面主机进行连接，并要全面考虑井下的噪声、信号衰减、串扰、码间干扰等对信号造成的影响，采取有效措施消除干扰。

　　(二)嵌入式实时操作系统开发技术

　　传统的通用操作系统的实时性较差，应用的局限性较大，不适用于对实时性要求较高的高速数据采集，而实时的嵌入式系统则可以进行数据的高速采集，并将采集到的数据传输给主机进行处理、显示、保存、人机交互等。以VxWorks系统为例，主机上运行其公司开发的对应的软件，其软件是由公司开发并采用紧凑、高效的操作系统和软件结合的方式，与目标机连接并将数据传输给目标机，完成系统的开发，嵌入式系统可以进行独立运行，可以通过网络技术从任一终端机上进行远程命令执行和调用，并且能从目标机中获取采集数据信息，实现数据采集的实时性。

　　(三)大容量可编程逻辑阵列器件的开发技术

　　随着现代测井技术和测井数据采集系统的发展，电缆传输系统和井下仪器的功能越来越多，复杂程度越来越高，对软件的依赖性增加，仅从硬件方面已经无法降低其复杂性并且提高其系统的可靠性，所以在主机系统中使用大容量可编程逻辑器件，在井下仪器中采用无操作系统支持的低级嵌入式系统，可以有效降低系统的复杂性，提高系统的性能和可靠性，且大大减少系统元器件的数量，并缩小了地面系统的体积以及井下仪器的长度，使得系统的安装和操作简单便捷。

　　(四)现代软件开发技术

　　开发测井数据采集系统时，对操作系统的驱动程序的开发非常重要，不同的操作系统对驱动程序的开发影响很大，所以利用现代软件开发技术，采用面向对象的编程语言，结合其集成开发环境、类库、组件及控件等进行系统设计，编程者采用此方法只需考虑自己要解决的问题，能够准确迅速的形成自己的系统。例如DriverWorks软件，它为用户提供一个驱动程序的框架，其中包含了所有操作系统的类驱动和总线驱动程序，用户根据自己的需要进行选择，在设备驱动程序框架中添加自己的控制代码即可。

　　(五)通用测井软件平台技术

　　国外先进的测井系统和技术都是封闭式的，而国内的测井数据采集系统则属于开放的系统，这也是目前测井系统的发展趋势。目前国内的UL-2000通用测井软件平台将测井系统分为井下仪器及处理方法、地面硬件接口板、通用测井软件平台开发工具等组成部分，且这些部分之间是独立存在的，由于目前的测井系统专业化较强，且向智能化和自动化发展，而且测井数据采集、显示、保存等步骤都是固定的，影响地面系统的主要是电缆遥测系统的数据传输能力，所以针对此特点，UL-2000平台编制了不同的仪器动态库和板卡库，将这些固定的东西集成起来，形成一个软件开发环境，用户不需要去设计研发这些固定的内容和系统，只需要对自己所需要的系统及其技术进行研究，编制属于自己的仪器类和仪器库，结合UL-2000平台的仪器动态库和板卡库，实现自身系统的个性化设置和使用，通过编译和连接，完成整个数据采集系统的建设。

　　四、提高数据采集质量的几点建议

　　数据采集就是要获取井下的各种信息，而数据采集的质量直接影响着测井数据的质量和后续依据测井数据所做出的决策的正确性，随着现代科技的发展和计算机信息技术的进步，许多先进的技术应用在测井数据采集的过程中可以有效提高数据采集的质量，针对目前应用较为广泛的先进技术，本文提出了提高数据采集质量的几点建议，主要有选用适合的数字滤波技术、采取正确的抗干扰处理方法、采用可靠的电路及其接口方式、妥善处理电源供电干扰、选择ASIC和DSP等新技术等。

　　(一)选用适合的数字滤波技术

　　由于油井内部的环境和地质结构的复杂性，在进行数据采集时，由于信号经电缆进行传输，而电缆具有阻抗、容抗和感抗，所以信号在传输时会存在衰减和畸变的情况，干扰信号是不可避免的，而且有时还会存在幅度较大的干扰信号，甚至会超过有用信号，干扰信号会对数据采集的精度有较大的影响，所以需要采取措施将干扰信号进行过滤处理。传统的信号调理方法是采用硬件滤波器，对信号的类型和频率进行过滤，但是这种滤波技术通常无法消除所有的干扰，所以需要采取数字滤波的方式进行信号调理，数字滤波的方法有很多种，有算术平均值法、超值滤波法、比较取舍法、滑动算术平均法、竞赛评分法以及一阶低通滤波法等，在实际的测井作业中，要根据转换器的类型、信号的类型、测量机理、测井数据的误差分布规律、具体的测量环境等来确定数字滤波的方法。

　　(二)采取正确的抗干扰处理方法

　　在数据采集时干扰的产生与印制电路板的设计有直接的关系，但是还应注意以下几点：电路的排列要考虑信号的走向和指令流程，由指令的前级到末级进行排列，尤其是目前的测井系统通常采用的是高增益的舵机放大器和高频电路，更应该注意其排列方式，不能往返排列，以防出现无益的反馈和自激现象;为了减少分布电容，通常将高频元器件布置在电路板中间，公共地线布置在电路板的边沿，滤波电容也要贴近边缘进行布置;对于元器件的布置应考虑电路板的受力情况，将体积大重量大的元器件布置在电路板的稳固部位，对于会使电路板变形的元器件可以采取额外的固定措施;发热的元器件应布置在散热良好的部位，而且将发热元件进行分散布置，如果整个电路板的发热量较大，则要采取有效的布局方式尽量减少热阻，而且热敏元件要远离发热元件。

　　(三)采用可靠的电路及其接口方式

　　信号处理电路中的数字电路器件，如果存在暂时不用的引脚，应该按照规定将其接地或者接电源，不能悬空;组合逻辑电路应采取有效措施减少门电路的延迟时间和信号变化的过渡时间，以保持电路的稳定运行;对于电路中工作电源不同或者电平高低不同的组件，要采用相互转换的接口来保证电路的稳定性。

　　(四)妥善处理电源供电干扰

　　电源给测井系统中的计算机系统进行供电时会产生噪声，而电源噪声会导致电压发生波动而产生随机误差，严重影响数据采集的质量。为了解决此现象，需要配备可以防止过压、欠压现象的交流稳压器，减少分布电容提高抗干扰能力的隔离变压器，可以滤掉高次谐波成分的低通滤波器，将交流电压变为脉冲直流电压的整流器，以及对固定频率具有较高的干扰滤波功能的滤波器。

　　(五)选择ASIC和DSP等新技术

　　随着大规模可编程专用集成电路技术和数字信号处理器技术的发展，现在ASIC和DSP技术已经广泛应用于测井系统中，其中ASIC器件中的现场可编程阵列和复杂可编程逻辑器件具有体积重量小、集成化、高效率、低功耗、低成本等优点，并且此技术的设计过程简单，设计周期短，可靠性高。而DSP技术具有编程灵活多变、测量精度高、高稳定性等优点，这两种技术的应用使得测井技术和设备向高精度、高效率、智能化和自动化方向发展。

　　五、结语

　　提高数据采集质量需要注意以下几个方面：选用适合的数字滤波技术、采取正确的抗干扰处理方法、采用可靠的电路及其接口方式、妥善处理电源供电干扰、选择ASIC和DSP等新技术。随着测井技术的发展进步，以及现代化信息技术的发展，新技术不断涌现对提高测井系统数据采集质量具有重要意义。

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