ELIS成像测井地面系统硬件的设计与实现

李 敏 欧莽平 梁国武 孟悦新

(中海油田服务股份有限公司 河北燕郊)

ELIS成像测井地面系统硬件的设计与实现

李 敏 欧莽平 梁国武 孟悦新

(中海油田服务股份有限公司 河北燕郊)

ELIS成像测井地面系统利用当今先进的计算机技术和网络技术,以CPCI工业总线为核心,采用嵌入式实时操作系统和高性能处理器,解决了成像测井系统要求的可靠性高、实时性强、多任务并行处理等技术难题。文章介绍了ELIS成像测井地面系统硬件的设计思想、功能、特点和系统的实现方式。

成像测井;地面系统;数据采集

0 引 言

中海油田服务股份有限公司从2000年开始立项研制成像测井系统。经过近十年的研制、实验、完善,至今已经形成了ELIS(Enhanced Logging Imaging System)整装测井系统,涵盖了地面系统、常规井下仪器和成像仪器、以及地层测试和井壁取芯等高端测井仪器。经过多次海内外现场作业,证明该测井系统在主要技术指标上达到了设计要求,在技术体系上接近世界先进水平,满足海上作业要求,为我们开拓海内外测井市场提供了必要的技术手段。

1 设计思想

ELIS成像测井地面系统方案设计基于windows操作系统,采用前后台方式(客户端/服务器),通过网络与前端数据采集面板通讯。

前端机为服务器,完成实时数据采集和预处理等功能,后台主机实现数据的处理和显示,用户接口,为操作工程师提供各种井下仪器的实时控制界面,完成服务表的编辑和加载,数据的处理和显示、存储、出图等功能。

前端机采用CPCI总线[1]和基于PowerPC处理器的单板机,以及PMC方式的数据采集模块,软件开发采用Vxworks嵌入式实时操作系统[2]。后台主机基于Windows2000操作系统,利用网络技术和TCP/IP协议,用面向对象技术开发系统软件。

电缆数据传输系统速率达到230kbps,可以满足各种成像测井仪器的需要。井下仪器总线采用统一的EDIB(ELIS Downhole Instrument Bus)总线标准,组合能力强。同时也能处理模拟传输信号,以及其他类型的电缆通讯信号。

2 系统功能及特点

2.1 主要功能

1)具备常规测井服务和高端成像测井服务的全部功能;

2)能提供多种组合测井方式,如声感系列、侧向系列、放射性系列、倾角系列测井等;

3)能进行工程测井,射孔、取芯、解卡等作业;

4)能够进行地层测试仪器和旋转井壁取芯仪器等作业;

5)系统标配多灰度级热敏绘图仪及彩色绘图仪,满足成像测井的出图要求;

6)系统可以根据用户需求配置。

2.2 主要特点

1)采用工业化的、完全开放的标准系统总线—Compact PCI总线。Compact PCI(简称CPCI),中文又称紧凑型PCI,是国际工业计算机制造者联合会[1]于1994提出来的一种总线接口标准。是以PCI电气规范[3]为标准的高性能工业用总线。CPCI总线具有高开放性、高可靠性、高数据带宽,广泛应用在通讯、网络、实时系统控制、实时数据采集系统等领域。

2)主机和前端机通过TCP/IP网络连接。在成像测井地面仪中,由于采用了将数据采集与数据处理进行前后台分离的方法,因此系统配置非常灵活,既可以用系统配套的工控机进行测井作业,也可以利用外接笔记本电脑进行作业,这种配置对于系统的测试和调试,以及为其他系统配套作业提供了很大的方便。

3)电缆传输采用230 kbps遥传方式,地面系统用DSP软件解码。井下仪器采用EDIB总线,系统组合能力强。

4)深度系统采用以DSP为核心的深度张力采集和处理方式,采用硬件电路抗干扰技术,有效消除干扰脉冲引起的深度误差,实现了YOYO校正和自动深度校正功能,提高了系统深度的可靠度和精确度。处理软件实现了公制和英制的任意转换。既支持公制或英制采样,又能够实现时间采样方式。

5)绞车面板采用带触摸屏的嵌入式计算机,通过RS232端口与采集系统通讯,接收深度和张力数据,以图形方式实时显示,并实现了深度和张力的超限报警功能。

6)采集系统主机配置了2台高性能工控机;一台负责实时数据采集,另一台作为后续处理计算机,实现曲线数据的处理和出图。两台计算机实现测井记录和数据处理分开,双机同时工作,节省了作业时间。大数据量的存储采用了直接刻录CD或DVD的方式,同时系统提供USB接口,以及ftp文件传输接口。此外,用户还可以选择配置磁带机。

3 实现方式

成像测井地面系统硬件由系统主机及通用外设、数据采集面板、缆芯分配面板,安全开关面板、网络集线器、交流电源、直流电源、示波器、深度张力信号接口板等构成,其结构简图如图1所示。

图1 ELIS成像测井地面系统组成

ELIS地面系统的主要部分是数据采集面板DAU和缆芯分配面板LSP。数据采集面板完成数据的实时采集和传输,接收主机的控制命令,编码并发送到井下仪器。缆芯分配面板完成电缆信号的分离,以及交直流供电在缆芯上的切换。

ELIS数据采集系统的硬件结构是以CompactPCI总线为核心的多个功能处理单元组成的,如图2所示,主要包括:CPCI系统控制器、实时信号处理板、信号调理板、深度张力处理板。

图2 数据采集系统硬件结构

CPCI总线系统控制器,采用成熟的CPCI系统单板机,运行Vxworks实时操作系统和用户软件[2]主要完成系统采集的控制、与主机的网络通讯、以及对信号调理板和深度处理板的控制。

实时信号处理板,采用一个高性能的CPCI单板机,上面扣两个PMC方式的ADC数据采集模块,完成电缆通讯信号的数字化,以及软件滤波和解码。

信号调理板主要完成采集命令的编码驱动和电缆信号的调理,包括输入通道的选择,信号的程控增益放大,低通滤波,以及示波器信号的选择。

深度处理板完成深度信号的处理,深度的计算和校正,以及张力和MMD(电缆磁记号)的采集和处理。并且定时向绞车面板发送深度张力数据,接收绞车面板传来的命令和参数,修改或设置深度。

4 结束语

ELIS测井系统从2003年开始陆续在辽河、大港、胜利、及长庆油田进行了试验,均取得了合格的测井资料。经过近几年的不断完善与发展,系统稳定性和可靠性得到很大提升;另一方面,随着中海油服成像仪器和地层测试仪器的研发成功,ELIS成像测井地面系统的服务能力也得到较大提升,目前已经在中海油服的各个海外基地以及国内的作业市场得到广泛应用。

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

[2] 程敬原.Vxworks软件开发项目实例完全解析[M].北京:中国电力出版社.2005

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

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年硕士研究生毕业于西安石油学院测量技术与仪器专业,现在中海油田服务股份有限公司油田技术事业部从事测井地面系统开发工作。邮编:101149

2010-07-16编辑:姜 婷)