石油測(cè)井車井上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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

石油測(cè)井車井上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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

油井的綜合測(cè)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(cè)井車井上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是一種能在線實(shí)時(shí)測(cè)量鋼絲繩的拉力并進(jìn)行狀態(tài)分析的測(cè)量裝置，它是在測(cè)井過程中測(cè)量測(cè)井儀器在油井中運(yùn)動(dòng)的速度、深度以及對(duì)下井電纜的張力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)的完成，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)石油開采等各種設(shè)備工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還可為現(xiàn)場(chǎng)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)的程序塊進(jìn)行設(shè)計(jì)、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(qiáng)的可擴(kuò)展性，可被廣泛應(yīng)用于其他任何相關(guān)測(cè)試系統(tǒng)中去。

石油測(cè)井車；虛擬儀器；面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)；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(cè)井車在鉆井機(jī)、修井機(jī)、采油車等石油機(jī)械上得到更加廣泛的應(yīng)用。測(cè)井車鋼絲繩作為其主要傳動(dòng)部件，特別是在復(fù)雜惡劣的工況下，它在測(cè)井車上能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行顯得尤為重要。但目前石油測(cè)井車的設(shè)計(jì)中，存在地面采集數(shù)據(jù)工作任務(wù)單一，工作量大、計(jì)算精度和效率低等問題。所以，設(shè)計(jì)開發(fā)一種在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼絲繩拉力并進(jìn)行狀態(tài)分析的動(dòng)態(tài)測(cè)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(tái)設(shè)計(jì)出一套具有自動(dòng)記錄、自動(dòng)顯示測(cè)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(shí)迅速啟動(dòng)報(bào)警裝置［2］。

石油測(cè)井車井上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以圖形化編程語言LabVIEW 8．0為開發(fā)平臺(tái)，采用Microsoft Access為數(shù)據(jù)庫的一個(gè)系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)在作業(yè)期間進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)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(duì)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(shí)時(shí)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(cè)井車測(cè)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(shí)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可及時(shí)對(duì)石油測(cè)井車測(cè)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(bào)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)井車井上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的實(shí)時(shí)測(cè)井系統(tǒng)，在作業(yè)期間進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)井控制、數(shù)據(jù)庫管理控制、系統(tǒng)服務(wù)控制，以完成測(cè)井資料的采集、處理、顯示和記錄。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該系統(tǒng)采用上位機(jī)軟件開發(fā)平臺(tái)，采集卡主要執(zhí)行控制、采集和通信任務(wù)。上位機(jī)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(cè)試參數(shù)，如剎車時(shí)速、制動(dòng)壓力等，對(duì)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(jī)程序的主要數(shù)據(jù)流程圖

2 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

石油測(cè)井車井上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)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?yàn)樵撓到y(tǒng)的核心部分是測(cè)試鋼絲繩的張力和鋼絲繩的下潛深度，所以需要對(duì)這部分做詳細(xì)測(cè)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(jì)與實(shí)現(xiàn)

在該系統(tǒng)中，接口設(shè)計(jì)采用NI公司的LabVIEW 8．0虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出虛擬壓力表、深度計(jì)、實(shí)時(shí)速度計(jì)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(cè)井車井上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括程序主接口及主程序模塊、井深測(cè)量模塊、壓力測(cè)量模塊、數(shù)據(jù)管理模塊。在該次研究中主要以井深測(cè)量模塊和數(shù)據(jù)管理模塊為例詳細(xì)介紹了其實(shí)現(xiàn)過程。

1）程序主接口及主程序模塊設(shè)計(jì) 該接口是整個(gè)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(shí)時(shí)狀態(tài)，并能進(jìn)行聲光報(bào)警。在程序的中間部分是張力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(gè)模塊中顯示。

圖2 軟件程序流程圖

圖3 井深測(cè)量模塊流程圖

2）井深測(cè)量模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 井深測(cè)量本質(zhì)是長(zhǎng)度（角度）的測(cè)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(jì)量輪把繞在計(jì)量輪上的鋼絲繩長(zhǎng)度變成電信號(hào)，電子線路實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)、計(jì)算、方向、符號(hào)、加／減邏輯判別顯示等項(xiàng)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(cè)量模塊流程圖如圖3所示。對(duì)于脈沖量操作主要通過WriteRegisterX或ReadRegisterX對(duì)PCI設(shè)備映射寄存器的脈沖量單元進(jìn)行讀寫實(shí)現(xiàn)。

3）數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ①數(shù)據(jù)管理前面板程序。該程序?yàn)椴榭礆v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(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)該時(shí)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(duì)于硬盤來說，長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)任務(wù)的系統(tǒng)，如果長(zhǎng)時(shí)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(dòng)檢查保存數(shù)據(jù)的磁盤空間，當(dāng)磁盤空間不足30M的時(shí)候，會(huì)對(duì)操作者進(jìn)行提示；不足10M的時(shí)候，自動(dòng)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(cè)試數(shù)據(jù)及處理

該軟件系統(tǒng)研制完畢后，為了測(cè)試其工作性能，已在河南油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)完畢，基本完成井深的測(cè)量和功能曲線的繪制。從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的各種資料如圖6、7所示。經(jīng)過對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)，符合設(shè)計(jì)要求。

圖6 深度－時(shí)間放大曲線副本

圖7 張力－時(shí)間放大曲線

5 結(jié) 語

石油測(cè)井車井上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，較之類似的產(chǎn)品有許多優(yōu)勢(shì)：①直接利用計(jì)算機(jī)平臺(tái)，采用LabVIEW軟件平臺(tái)進(jìn)行編程，與以往的51系列的單片機(jī)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(shì)；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(shí)可進(jìn)行4種測(cè)量曲線的實(shí)時(shí)顯示，還可利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、回放、打印，便于對(duì)測(cè)量結(jié)果的分析；③公英制單位互換簡(jiǎn)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(yàn)檢驗(yàn)方法，保證了數(shù)據(jù)的可靠性。

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

［2］李光亞．基于LabVIEW的模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)開發(fā)［J］．電子測(cè)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(cè)井簡(jiǎn)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(cè)方法及其裝置［J］．北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，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(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用工作。

[收稿日期]2009-12-03

國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2008ZX050052002201)。

[作者簡(jiǎn)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(chǔ)層研究工作。