旋轉(zhuǎn)式井壁取心系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

楊 亮,王易安,王國(guó)平,黃明艷,嚴(yán) 磊

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司華北事業(yè)部,河北任丘062552;2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司技術(shù)中心,陜西西安710077)

旋轉(zhuǎn)式井壁取心系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

楊 亮1,王易安1,王國(guó)平2,黃明艷1,嚴(yán) 磊1

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司華北事業(yè)部,河北任丘062552;2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司技術(shù)中心,陜西西安710077)

介紹了旋轉(zhuǎn)式井壁取心系統(tǒng)的組成及其工作原理。針對(duì)旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀器,設(shè)計(jì)了地面控制軟件,該軟件可實(shí)時(shí)跟蹤伽馬或0.4 m電極曲線,準(zhǔn)確定位取心位置,同時(shí)采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)記錄取心過(guò)程中泵壓等參數(shù)。分析了軟件中取心深度定位、深度驅(qū)動(dòng)與時(shí)間驅(qū)動(dòng)交替運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)通訊、雙緩沖繪圖等關(guān)鍵技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)。2009年在任91井的實(shí)際應(yīng)用表明,該軟件的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性達(dá)到了旋轉(zhuǎn)式井壁取心系統(tǒng)的功能要求,運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

旋轉(zhuǎn)式井壁取心系統(tǒng);控制軟件;深度定位;驅(qū)動(dòng)模式

0 引 言

旋轉(zhuǎn)式井壁取心技術(shù)是一種新型的取心技術(shù),施工簡(jiǎn)便、成本低,它與撞擊式取心技術(shù)相比有獲取的巖心顆粒大(直徑為25 mm,心長(zhǎng)最大50 mm)、巖心完整不變形、取心深度準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn),保證了巖石樣品的孔隙結(jié)構(gòu)不被破壞,使利用核磁共振對(duì)這類樣品巖石物性的測(cè)試成為可能?？芍苯舆x樣分析化驗(yàn)獲取儲(chǔ)層的巖性、物性、含油性等參數(shù),在很大程度上可滿足地質(zhì)分析對(duì)實(shí)物樣品的需求。與普通鉆井取心相比,取心的層位更具有針對(duì)性,適合對(duì)全井段取心。旋轉(zhuǎn)式井壁取心地面軟件作為直接面向?qū)ο蟮纳蠈涌刂破脚_(tái),基于Window sXP環(huán)境,采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)思想,具有友好的人機(jī)界面,操作簡(jiǎn)潔、方便,能夠?qū)崟r(shí)、高效地處理上傳數(shù)據(jù),大幅度提升系統(tǒng)效率,從而準(zhǔn)確地完成取心任務(wù)[1-2]。

1 旋轉(zhuǎn)式井壁取心系統(tǒng)概述

旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀是在地面系統(tǒng)的控制下,跟蹤測(cè)量自然伽馬或0.4 m電極進(jìn)行校深。然后根據(jù)油田勘探開(kāi)發(fā)的要求,在目的層位停車,控制井下儀器依次完成推靠、馬達(dá)旋轉(zhuǎn)、鉆頭鉆進(jìn)、折斷巖心、鉆頭收回、停止旋轉(zhuǎn)、收推靠臂、收儲(chǔ)巖心等一系列取心動(dòng)作,從而完成取心任務(wù)。旋轉(zhuǎn)式井壁取心系統(tǒng)主要由地面控制系統(tǒng)和井下儀組成。馬龍頭、井下電子線路、平衡節(jié)裝置、液壓節(jié)裝置和機(jī)械執(zhí)行裝置共同組成井下儀井壁取心系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)局域網(wǎng)與控制面板連接,控制面板有自動(dòng)和手動(dòng)操作切換功能,采用自動(dòng)方式時(shí)由安裝在計(jì)算機(jī)上的取心軟件將用戶命令通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送給控制面板,再由控制面板通過(guò)載波通訊傳送給井下儀,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下儀的控制,完成取心過(guò)程;采用手動(dòng)方式時(shí),對(duì)井下儀的操作通過(guò)控制面板上的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。馬丁代克產(chǎn)生的深度、張力信號(hào)以及井下儀上傳的各種信號(hào)通過(guò)控制面板發(fā)送給地面取心軟件,進(jìn)行實(shí)時(shí)處理與顯示?？刂泼姘迮c變頻電源之間用串口連接,地面軟件可以通過(guò)控制面板控制變頻電源,給井下儀提供所需電壓。

2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)

基于Window sXP環(huán)境,利用Visual C++6.0開(kāi)發(fā)了應(yīng)用軟件。為便于系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、維護(hù)和擴(kuò)展,軟件整體結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)。

圖1 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖

人機(jī)界面管理模塊負(fù)責(zé)管理用戶輸入操作,向其他各模塊發(fā)送消息、指令等,主要有以下幾種操作和命令:儀器串組合配置操作、刻度命令、開(kāi)始測(cè)井命令、停止測(cè)井命令、回放命令、儀器控制命令等。網(wǎng)絡(luò)通訊模塊通過(guò)響應(yīng)用戶消息讀取以太網(wǎng)傳來(lái)的實(shí)時(shí)幀數(shù)據(jù),即響應(yīng)采集前端的深度和時(shí)間中斷,更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)緩沖區(qū),產(chǎn)生數(shù)據(jù)到達(dá)事件;還負(fù)責(zé)將命令緩沖區(qū)信息下發(fā)到單片機(jī)系統(tǒng)。深度初始化模塊可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要調(diào)整深度系統(tǒng)的輸入、輸出設(shè)置。測(cè)井項(xiàng)目參數(shù)配置模塊負(fù)責(zé)加載所需的各個(gè)儀器數(shù)據(jù)信息,建立儀器對(duì)象類鏈表;還完成對(duì)圖頭參數(shù)、儀器參數(shù)等的配置,各個(gè)參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理?？潭炔僮鞴芾砟K負(fù)責(zé)調(diào)用刻度控制文件,并按照文件控制刻度過(guò)程,管理刻度資料。測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理模塊只有在刻度和測(cè)井狀態(tài)下被調(diào)用,它根據(jù)定義的儀器組合順序,調(diào)度每個(gè)儀器對(duì)象的計(jì)算函數(shù),應(yīng)包括計(jì)算初始化,數(shù)據(jù)處理和計(jì)算結(jié)束函數(shù)。測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)顯示模塊完成測(cè)井或刻度過(guò)程中的圖形顯示。測(cè)井模塊完成設(shè)定測(cè)井方式、測(cè)井記盤選擇等功能,并對(duì)測(cè)井過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?；胤拍K將實(shí)時(shí)記錄的文件回放出來(lái)。

2.2 取心深度定位

取心的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確地從目的層取出巖心,因此取心深度的確定是取心施工的核心所在。該軟件通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤0.4 m電極或伽馬曲線確定取心點(diǎn)位置。首先,測(cè)取0.4 m電極或伽馬曲線與給定的標(biāo)準(zhǔn)曲線校深,將當(dāng)前深度校好,并且要求其測(cè)量段覆蓋所有要取心的位置。將測(cè)得的曲線作為參考曲線,在參考曲線上標(biāo)出需要取心的位置,然后再實(shí)時(shí)測(cè)量跟蹤參考曲線,調(diào)節(jié)參考曲線與實(shí)時(shí)測(cè)得曲線重合。當(dāng)深度到達(dá)參考曲線上標(biāo)好的取心點(diǎn)位置時(shí)停車,就可以準(zhǔn)確地定位取心點(diǎn)。

2.3 深度驅(qū)動(dòng)與時(shí)間驅(qū)動(dòng)交替運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)

由于旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀的取心是通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)鉆頭來(lái)進(jìn)行的,在取心過(guò)程中很容易憋鉆,損壞電機(jī),這就要求實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大泵、小泵的壓力,當(dāng)泵壓過(guò)高將要憋鉆時(shí),進(jìn)行退鉆來(lái)降低壓力,保護(hù)電機(jī)。通過(guò)時(shí)間驅(qū)動(dòng)將實(shí)時(shí)記錄的大、小泵壓力以及巖心長(zhǎng)度、鉆頭位移等各種參數(shù),以曲線形式顯示出來(lái),可以很直觀地看到各個(gè)參數(shù)的變化,從而準(zhǔn)確判斷儀器的工作狀態(tài);同時(shí)將記錄的各個(gè)參數(shù)重新回放,還可再現(xiàn)取心過(guò)程,從而對(duì)在取心過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析,對(duì)儀器的故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷,便于儀器的維護(hù)和維修。當(dāng)實(shí)時(shí)跟蹤伽馬或0.4 m電極曲線進(jìn)行取心點(diǎn)深度定位時(shí),采用深度驅(qū)動(dòng)顯示和記錄測(cè)井信息,因此在整個(gè)取心過(guò)程中,深度驅(qū)動(dòng)與時(shí)間驅(qū)動(dòng)交替運(yùn)行。

該軟件支持上提取心和下放取心,以上提取心為例。首先,上提儀器深度驅(qū)動(dòng)測(cè)井,實(shí)時(shí)測(cè)取伽馬或0.4 m電極曲線與參考曲線進(jìn)行比對(duì),調(diào)節(jié)參考曲線與實(shí)時(shí)跟蹤曲線重合,然后開(kāi)始記錄。這時(shí)軟件會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)深度與設(shè)定的第1個(gè)取心點(diǎn)的位置進(jìn)行倒計(jì)數(shù),當(dāng)?shù)褂?jì)數(shù)變?yōu)?時(shí),同時(shí)也會(huì)看到參考曲線上標(biāo)出的第1個(gè)取心點(diǎn)的位置,這時(shí)停車取心,軟件轉(zhuǎn)入時(shí)間驅(qū)動(dòng)模式,記錄各個(gè)參數(shù)。當(dāng)取心動(dòng)作完成后,軟件結(jié)束時(shí)間驅(qū)動(dòng)模式,再次轉(zhuǎn)入深度驅(qū)動(dòng)模式,接著上次采用深度驅(qū)動(dòng)方式記錄的文件繼續(xù)記錄,直到到達(dá)下1個(gè)取心點(diǎn),再次進(jìn)入時(shí)間驅(qū)動(dòng)模式,如此反復(fù),直到最后取完所有設(shè)定的巖心。

2.4 網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的實(shí)現(xiàn)

井下儀通過(guò)載波通訊將采集的各種信號(hào)傳送給控制面板,地面軟件與控制面板之間通過(guò)局域網(wǎng)來(lái)通訊,采用TCP/IP模式,地面軟件為客戶端,控制面板為服務(wù)器[3]。

網(wǎng)絡(luò)程序采用 Window s Socket方式。Socket是連接應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的橋梁,Socket在應(yīng)用程序中創(chuàng)建,通過(guò)綁定操作與驅(qū)動(dòng)程序建立關(guān)系。此后,應(yīng)用程序送給Socket的數(shù)據(jù),由Socket交給驅(qū)動(dòng)程序向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送出去。計(jì)算機(jī)從網(wǎng)絡(luò)上收到與該Socket綁定的IP地址和端口號(hào)相關(guān)的數(shù)據(jù)后,由驅(qū)動(dòng)程序交給Socket,應(yīng)用程序便可以從該Socket中提取接收到的數(shù)據(jù),網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序就是這樣通過(guò)Socket進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收的?；赥CP的Socket編程的客戶端流程如下

(1)建立客戶端的套接字(Socket);

(2)向服務(wù)器發(fā)出連接申請(qǐng)(connect);

(3)和服務(wù)器端進(jìn)行通信(send/recv);

(4)關(guān)閉套接字(closesocket)。

2.5 雙緩沖繪圖

測(cè)井時(shí)需滾屏顯示測(cè)井曲線,運(yùn)算量大,如按常規(guī)滾屏的方法直接在應(yīng)用程序的窗口繪制全圖,由于開(kāi)始繪制曲線像素所需的大量圖元計(jì)算時(shí)間和結(jié)束像素繪制時(shí)間之間有延遲,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)圖像的刷新速度慢、圖像重疊和閃爍、花屏等現(xiàn)象。應(yīng)用雙緩沖技術(shù),首先在內(nèi)存中繪制測(cè)井曲線,在滾屏顯示過(guò)程中將內(nèi)存中相應(yīng)位塊的圖像剪貼到顯示區(qū)域,連續(xù)地顯示曲線,進(jìn)而將內(nèi)存中的設(shè)備相關(guān)圖像轉(zhuǎn)換成設(shè)備無(wú)關(guān)的、標(biāo)準(zhǔn)格式的圖像進(jìn)行保存[4]。雙緩沖實(shí)現(xiàn)過(guò)程

(1)在內(nèi)存中創(chuàng)建與畫(huà)布一致的緩沖區(qū)

(2)在緩沖區(qū)畫(huà)圖

(3)將緩沖區(qū)位圖拷貝到當(dāng)前畫(huà)布上

(4)釋放內(nèi)存緩沖區(qū)

3 應(yīng)用實(shí)例

2009年7月,采用旋轉(zhuǎn)式井壁取心在任××井試驗(yàn)取心,取得成功。圖2為任××井取心曲線,在取心過(guò)程中采用伽馬定位取心。首先用伽馬曲線進(jìn)行校深,然后將校深好的伽馬曲線作為參考曲線,在取心過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì),從而準(zhǔn)確地在取心點(diǎn)停車取心。

圖2 任××井取心曲線

4 結(jié) 論

旋轉(zhuǎn)式井壁取心軟件通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤0.4 m電極或伽馬曲線確定取心點(diǎn)位置,準(zhǔn)確地在目的層停車取心,同時(shí)在取心位置打出標(biāo)志,可以很直觀地看出取心施工點(diǎn)是否在設(shè)定的目的層。實(shí)際應(yīng)用表明,該軟件的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性達(dá)到了旋轉(zhuǎn)式井壁取心系統(tǒng)的功能要求,運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

[1] 史倬暉.旋轉(zhuǎn)式井壁取心器的應(yīng)用[J].測(cè)井技術(shù), 1992,16(5):387-390.

[2] 王美珍.旋轉(zhuǎn)式井壁取心技術(shù)在油藏評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā),2009,28(4):42-45.

[3] 孫 鑫,余安萍.VC++深入詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006:523-556.

[4] 郭希明,黃旭望.利用雙緩沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)巨幅測(cè)井曲線的顯示與保存[J].重慶石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào), 2003,8(1):54-56.

Control Software Design for Rotary Sidewall Coring Tool

YANG Liang1,WANG Yian1,WANG Guoping2,HUANGM ingyan1,YAN Lei1
(1.Huabei Division,China Petroleum Logging CO.L TD.,Renqiu,Hebei 062552,China; 2.Technology Center,China Petroleum Logging CO.L TD.,Xi’an,Shaanxi 710077,China)

Introduced are the system composition and working p rincip le of rotary sidewall coring tool.Designed is a kind of surface controlling softw are fo r the rotary sidew all co ring tool,w hich can track GR or 0.4 m electrode in real time,locate core points accurately,and record pump p ressure and other parameters during co ring operation through time-driven app roach.A nalyzed are the realization of key technologies,such as co ring dep th location,alternative operation of dep th drive and time drive,netwo rk communication and double buffering cartography.Practical app lication in Ren91 w ell in 2009 show s that its accuracy and instantaneity reach up to the designed demand and its operation is stable and reliable.

rotary sidewall coring tool,control software,dep th localization,driver model

1004-1338(2010)05-0476-03

P631.81; TP31

A

楊 亮,男,1982年生,從事測(cè)井儀器研發(fā)工作。

2010-06-12 本文編輯 王小寧)