新一代信息化石油测井系统设计.pdf

2 0 1 1 年第 2 5卷第 3 期 石油仪器 P E T R0L E UM I Ns T RUME NT S 开发设计 新一代信息化石油测井系统设计 吴 兴东 中船重工第七一六研究所江苏 连云港 摘 要文章介绍了处于测井行业技术前沿的新一代信息化石油测井技术。信息化石油测井技术主要特点是实现全 网络化测井， 结合高速电缆遥测和卫星远程测控等核心技术实现测井全过程的信息化管理。文章主要介绍了信息化测 井技术的总体网络化架构、 远程测控的运行方式及软件结构， 分析 了高速电缆遥测调制解调、 数据压缩以及时深转换等 关键 技术 。 关 键 词 石油测 井；网络化 ； 远程 测控 ；电缆 高速 遥测 ； 数据压 缩；时深转换 中图法分类号 P 6 3 1 ． 6 3 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 4 9 1 3 4 2 0 1 1 0 3 0 0 0 1 ． 0 3 0 引 言 随着石油勘探 的高精度、 薄地层、 大斜度井 、 远距 离作业等高要求的 日益提出 ， 石油测井技术也面临更 高标准和更快发展需求， 同时， 相关领域的最新技术成 果推动了测井技术的发展 ， 测井技术不断向网络化、 远 程控制、 高可靠性、 高时效化等信息化方向发展。信息 化测井技术将进一步提高测井成功率 ， 可通过远程专 家系统对现场施工质量进行监控 ， 降低现场服务成本 ， 代表了测井技术未来的发展趋势。以哈里伯顿公司最 先进 的 L O G I Q测井 系统为例[ 1 ． 2 ] ， 其设计理念正是通 过互联网技术， 实现测井数据采集、 处理、 分析以及解 释的远程控制和共享 ， 实现油藏解决方 案的实 时化和 动态化。 信息化测井系统架构如图 1 所示。地面系统全面 采用井下程控供电技术 ， 全系统采用全 网络结构设计 ， 井 图 1 新一代信息化测井系统总体架构 多种井下仪器通过 M O D E M与地面测井计算机、 绘图 仪、 深度系统等设备组成测井局域网 ， 井下仪之间采用 1 0 M速率交换式全双工以太网 即 1 0 B a s eT网络 连 接 ， 远程管理 中心通过卫 星通讯对测井现场局域 网进 行访问和测控 。本文将对 主要 的网络化架构 、 远程控 制、 软件结构和关键技术等四个部分进行描述。 1 网络化 架构 信息化测井技术的核心是网络化技术， 网络测井 将实现信息的实时共享和指令的多向传递。新一代信 息化测井系统采用全网络结构设计 ， 一方面 ， 将地面计 算机系统和井下仪器通过测井电缆组成局域网， 将系 统中的每一个单元都作为独立的节点纳入其 中， 整个 测井网络数据传输采用可靠的 T C P ／ I P传输协议， 另 一 方面 ， 利用英特网和卫星技术把 网络化架构延伸到 广域网， 使得测井作业突破空间距离概念的限制。 井下网络采用总线型或交换型传输模式 ， 每一支 井下仪器都有一个独立固定的 I P 地址， 所使用的传输 介质为 同轴电缆或两对双绞线 ， 符合标准以太网协议 。 美国哈里伯顿公司 的新一代 L O G I Q测井 系统采用 的 是同轴电缆方案， 是半双工总线型局域网， 相比较而 言， 最新研究的应用于信息测井系统的交换型网络采 用两对双绞线传输 ， 是全双工传输模式， 该网络冲突 少， 软硬件实现的复杂度大大降低， 同时测井系统通信 的实时性也能得到提高。 信息化测井全网络结构如图2 所示， 地面P C 1 0 4 第一作者简介 吴兴东， 男， 1 9 7 0 年生， 高级工程师， 1 9 9 1 年毕业于东南大学物理电子技术专业， 现任中船重工第七一六研究所石油电子工程部主 任 ， 多年从 事石油测井系统研制和管理工作。邮编 2 2 2 0 0 6 石油仪器 P E T R O L E U M I N S T R U ME N T S 2 0 1 1 年 0 6月 结构的嵌入式计算机负责井下仪器数据的采集和控 制 ， 数据采集中心主要负责仪器数据 的处理 以及人机 界面交互 ， 二者之间通过标准 以太网通讯 。如遥测伽 马 D T G R 仪器 的数据传输 ， 地 面 P C 1 0 4接收到打包 上传的数据并进行解包， 通过 I P 地址 x X x ． x x x ． x ． 2 l 判 断为 D T G R的数据 ， 然后转发至数据采集 中心。数据 采集中心将 D T G R的数据绘制成 曲线 ， 最后通过局域 网中的绘图仪打印输出。远程用户可以通过广域网访 问测井计算机 ， 从而达到远程测井和监控的 目的。 ] 也 ．移 绘图仪 图 2 信 息化 测井系统的全网络结构 2 远程控制 系统 远程控制系统是信息化石油测井技术应用的重要 组成部分 ， 能够实现 远程服务监控、 远程故障诊断维 修 、 远程系统控制、 远程实时数据传输和显示等功能。 测井区域多在沙漠戈壁等远离城市的无人 区， 互 联网通常达不到这些测井场所。因此 ， 卫星通讯技术 将是远程控制系统最好 的拓展 ， 只要有卫星覆盖的任 何地方 ， 远程控制系统都能使用。远程控制系统主要 由卫星远程通讯 、 英特 网接入和远程管理 中心三个部 分组成 。专家系统可根据权限通过互联 网不受地域限 制介入任何测井作业现场 。 石油系统的国际卫星网主要由主站 、 卫星、 远端站 三部分组成。 目前 ， 卫星通 信为石油勘探和钻井作业 队伍等提供与总部的数据传输链路 ， 主要有 以下几项 应用 能够实现与总部进行网络协同办公 ； 能够通过位 于总部 的 V O I P平 台进行 内部通话和 P S T N外部通话 ； 通过应急通信指挥车， 能够与总部进行不定期的视频 会议 ； 在某些紧急情况下 ， 能够把图像传输到总部。 信息化测井的远程通信系统无须建立基站， 只需 通过地面接 口与 国家卫星关 口站连接即可。通过租用 卫星频段， 具备国际、 国内卫星通信资格。远程通信系 统引入灵活按需多址 F l e x i D A MA 方案。灵活按需多 址 F l e x i D A MA 是最 新颖的卫星通信 网系统 ， 融合 了 先进数据压缩 、 网络协议加速 以及 T C P ／ I P性 能增强 功能。试验测试 表明 ， 其 中的 T C P ／ I P性能增强 功能 可以提高卫星通讯近 1 0倍 的效率 ， 网络实测 5 M 的文 件从主站到小站只需 3 2 ． 4 3 S ， 而关掉 T C P ／ I P性能增 强功能则需 3 2 8 ． 2 5 S 。与传统 卫 星通信 网络 相 比， F l e x i D A M A系统具有容量大 、 技术先进等优势， 使石油 测井远程实时控制成为可能。 3 信 息化测井软件结构 测井软件采集平 台是整个系统 的中枢部分 ， 完成 测井数据的工程值计算 、 测井过程 中的控制等任 务。 根据信息化石油测井系统模型以及需求分析， 测井软 件的体系结构将突破原来测井软件 的模式 ， 从单机测 井软件 向网络化 、 并行化方 向发展。结合其特点 ， 测并 软件采用三层 C ／ S 结构 ， 三层 C ／ S系统是软件架构模 式 中的一种。如图 3 所示。 图 3信 恩化 测 井软 件 C／ S结 构 三层 C ／ S结构分 为三部 分 客户 、 应用 服务器 和 数据库服务器。首先 ， 客户部分用来显示信息和收集 数据 ， 与应用服务器交接 ， 提供可视化接 口； 其次 ， 应用 服务器部分主要实现应用逻辑 ， 是连接客户与数据库 服务器的桥梁 ， 响应用户发来的请求执行某种任务， 并 与数据库服务器交接； 最后 ， 通过数据库服务器部分实 现数据的定义 、 维护 、 访问 、 更新 以及管理， 并响应应用 服务器的数据请求。 测井软件系统采用三层结构的软件架构模式后 ， 允许合理划分三层结构 的功能 ， 在逻辑上保持相对 的 独立性 ， 使采集软件的逻辑结构更加合理， 能提高系统 和软件的可维护性和可扩展性 ； 能够更灵活地适应不 同的地面系统和硬件系统 ， 使得软件在不同系统上 的 移植更加容易 ， 同时还能保持 良好的升级性和开放性 ； 此外 ， 多层结构的各层可以并行开发。 4 关键技术 在建立以上的信息化测井架构基础上 ， 必须解决 主要关键技术才能实现真正的产品化。 4 ． 1 电缆高速遥测通讯技术 信息化测井技术使用先进的编解码调制解调技术 和均衡技术来实现高速率传输。根据测井 电缆线路衰 减的特性 ， 利用 A D S L宽带接人的 D MT技术和回波抵 消技术 ， 并通过不对称传输 ， 使上、 下行信道分开 以降 2 0 1 0年第 2 5 卷第 3期 吴兴东 新一代信息化石油测井系统设计 低衰减、 串音、 码间干扰， 提高了现有电缆的频带利用 率 。 高速电缆遥测系统由发送机、 传输信道和接收机 三部分组成 。在发送端 ， 由 D MT调制器将数据与数字 信号转换成适合于信道传输的模拟信号， 传输信道将 信号从发送端传输到接收端后 ， 接收端采用加循环前 缀和时域均衡来消除码间干扰， 从接收到的失真信号 中恢复发送的时钟和数据。A D S L高速电缆遥测系统 原理如 图 4所示【 3 3 。 解调器 图 4 AD S L高速电缆遥测 系统原理 A D S L宽 带接 人技 术 中最关 键 的是 调制 解调 技 术， 它关系到数据的传输速率、 传输距离以及系统设备 的复杂程度。A D S L 技术主要采用了先进的离散多音 频调制技术 D M T 进行信道编码， 提高了现有电缆的 频带利用率。D M T是一种并行数据传输组合频分复 用 F D M 的多载波传输技术， 它把数据流分解为若干 个子数据流， 从而使子数据流具有较低的传输比特速 率 ， 并利用这些数据流分别去调制若干个载波。多载 波系统串并变换等效于延长了符号周期 ， 从而提高了 抗脉冲噪声和快衰减的能力， 同时提高了系统灵活适 应信道的能力。 信息化测井技术应用 A D S L编解码调制解调技术 和均衡技 术 ， 7 0 0 0 m 以上 电缆 的传输 速率高达 8 0 0 k b p s ， 提高了现有测井电缆的频带利用率 ， 其数据传输 速率远高于传统的遥传仪器， 为网络系统通讯和成像 井下仪器大数据量传输提供了保证。 4 ． 2 数据压缩技术 基于网络技术 的信息化测井 数据采集 系统 以快 速、 可靠、 信息共享为主要特征， 高精度大数据量的测 井信息对网络数据传输的效率和高可靠性提出了高标 准的要求， 数据压缩技术将成为新一代测井技术中不 可或缺的重要手段。信息化测井采用数据压缩技术 ， 使成像测井仪占用带宽降低 5 0 ％。 4 ． 3 时深转换技术 时深转换技术是信息化测井系统中必须采用的深 度对齐方法。在测井过程中， 仪器采集的数据必须按 一 定的采样率对照相应的深度值才能最终作出有效的 资料解释 ， 即在显示和绘 图时各条 曲线在深度上具有 相关性。传统的测井采集系统 中， 以深度中断作为采 集软件驱动， 测井数据直接与深度对应。在信息化测 井系统中 ， 以时间为驱动 ， 在采集数据的同时记录井下 仪器数据采集的时间， 将记录的数据打上时间标记一 并上传， 并以时间为驱动采集深度信号， 通过时深转换 算法来确定对应的深度值。 5 结论 空间距离概念的突破对测井作业具有非常重要的 意义。新一代信息化测井系统将为测井服务实现快速 决策、 有效处理紧急事件提供保证， 尤其是对于一些困 难条件下的作业， 如海上、 沙漠及其它恶劣环境， 将大 大提高作业效率和质量； 另一重要的方面是为在社会 安全风险较高国家的安全作业提供了技术保障， 测井 作业大部分可由当地员工承担。随着我国石油勘探国 际化战略的实施， 国产高端测井系统参与国际竞争的 舞台日益广阔。新一代信息化测井系统符合测井行业 的长远需求， 将为我国测井技术发展和参与国际市场 竞争开辟崭新 的前景。 参 考 文 献 【 1 J A t l a s Wi r e l i n e c o mp a n y ． S y s t e m o p e r a t i n g g u i d e ．V o l u me 4 “ E c l i p s ” [ 2 ] [ 美 ] 哈里伯顿公司． F I E L D O P E R A T I O N MA N U A L． 2 0 0 3 资料 [ 3 ] J o h n P r o a k i s ． D i t a l C o m mu n i c a t i o n [ M] ． 北京 电子工业 出版社 ， 1 9 9 8 收稿 日期 2 0 1 1 0 40 9 编辑梁保江 欢迎订阅 石油仪器 杂志 石油仪器 是由中国石油天然气集团公司主管、 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司主办的国家级期刊， 是国内唯 一 全面介绍和评论国内外石油仪器、 仪表、 装备的综合性科技期刊。面向国内外公开发行。 石油仪器 荣获中国石油天然气集团 公司优秀期刊， 陕西省优秀科技期刊一等奖。已入选 中文科技期刊数据库 、 中国学术期刊综合评价数据库 c A J c E D 、 中国 期刊全文数据库 C J F D 、 中国核心期刊 遴选 数据库 、 中国石油文献数据库 。 石油仪器 大 1 6 开本 ， 1 04 页， 双月刊， 逢双月月底出版。单册定价 2 O ． 0 0 元， 全年优惠定价 1 0 0 ． 0 0 元 编辑部订单订阅 ， 大 专院校学生全年优惠定价 9 O ． 0 o 元。 联系人 刘编辑订刊电话 传真 0 2 9 6 8 5 5 5 0 9 3 E m a i l s y y q s o h u ． c o rn 欢迎订阅， 欢迎来电来函索取征订单。