關于石油測井儀器的功能模塊化探討

姚曉兵（北京環(huán)鼎科技有限責任公司，北京，102200）

關于石油測井儀器的功能模塊化探討

姚曉兵
（北京環(huán)鼎科技有限責任公司，北京，102200）

測井技術是油氣田勘探開發(fā)的重要手段，但目前油田生產(chǎn)過程中的測井儀器測量大多存在參數(shù)單一，測量效率低，功能性與兼容性差等問題。本文對石油測井儀器的功能模塊化進行了相關探討，從硬件、軟件兩方面探討了相關設計思路。

測井儀器；功能模塊化；硬件；軟件

1　測井與測井儀器

1.1測井

測井全稱為地球物理測井，進行測井的目的是通過分析測得的電、聲、熱、放射性等物理參數(shù)來辨別地下巖石與流體的性質，更好的評估油井與油氣藏狀況。測井技術在1927年由斯倫貝謝兄弟發(fā)明，我國在1937年將測井技術應用于實際生產(chǎn)當中。石油領域的測井大致分為兩類：一類稱為勘探測井，目的是探測地層結構，對地層巖性、油氣水層進行探測分析，從而利于油氣藏的發(fā)現(xiàn)與評價。另一類是開發(fā)測井，主要是通過對井下的巖石物理性質等進行測定，對各個油層的工作狀況、開發(fā)井的技術狀況進行監(jiān)測，調整作業(yè)措施以提高采油效率。

1.2測井儀器

在實際的油田生產(chǎn)測井中，要完成深度、壓力、溫度等參數(shù)的采集，須使用各種儀器進行。這些測井儀器分為井下儀器、地面儀器以及輔助設備等。井下儀器種類有數(shù)十種，其主體為各種探測器，多為圓柱狀，用于在井下貼井壁或居中測量。地面儀器主要向井下供電，控制測量過程，并將井下測量信號轉換為測井物理參數(shù)。輔助設備為測井用電纜與儀器車等。

實際上，對于同一口油井，要了解其各種參數(shù)以及套管的破損情況與射孔質量情況等需要使用各種專門的儀器進行，若每次下井測量僅測量一個或少個數(shù)據(jù)，則需要多次重復下井測量，不僅費時費力，還多占用了油井正常生產(chǎn)的時間。而如果將測井儀器功能進行模塊化組合，使測井儀器一次下井就可以完成多種參數(shù)的測量，同時監(jiān)控套管與射孔等情況，可以大大簡化測井流程，提高效率。因此，加強測井儀器的功能模塊化具有現(xiàn)實意義，有必要對更高程度的功能模塊化組合儀器進行探討。

2　石油測井儀器功能模塊化設計思路

國內外現(xiàn)有功能模塊化的測井儀器種類較多，也各有所長。西安宏邦的DDS38Y測井儀器價格低廉體積較小，但是無法進行功能擴展。中船715所的ZDC-I性雖然可以擴展功能，但是儀器體積又過大。英國SONDEX公司的PL組合測井儀器雖然在擴展性、精度等方面表現(xiàn)優(yōu)秀，但是價格昂貴且兼容性較差，應用成本高昂。針對這些儀器的優(yōu)缺點，我們要積極探討功能模塊化程度更高的測井儀器。

傳統(tǒng)儀器由于生產(chǎn)廠商的技術封閉性，其軟件系統(tǒng)與功能往往是固定的，僅在生產(chǎn)廠商進行系統(tǒng)更新時才可以被動更新。此外，儀器出廠時功能是固定的，用戶不能根據(jù)功能需求進行功能擴展。儀器功能模塊化的主要意義在于使用戶可以根據(jù)功能需求而選擇或擴展儀器功能，各個功能模塊互不影響相互獨立，既能單獨工作，也可以組合同時進行測量，減少下井次數(shù)，提高工作效率。

功能模塊化的儀器應該支持硬件的擴展，各模塊可通過同樣的通信端口進行掛接。這不僅使數(shù)據(jù)吞吐量得以提高，還提高了工作效率并降低了設計制造成本。

3　測井儀器功能模塊化的總體設計

功能模塊化的測井儀器是高性能的測量硬件與功能完善的相關測試分析軟件相結合的。所以“功能模塊化”不僅要有硬件的模塊化，還必須有相應的軟件模塊化，兩者缺一不可。

3.1硬件模塊化

為了使測量儀器能夠自由擴展，各功能模塊能夠靈活應用與維護，硬件的模塊化需要做到以下三點：

3.1.1標準化的尺寸。各個功能模塊化需要相關測試模塊外形尺寸的標準化，這主要涉及儀器外殼的設計加工。各個模塊的尺寸一致不僅節(jié)省開發(fā)成本，同時也便于實際應用與保養(yǎng)維護。

關于尺寸的標準化還涉及到儀器外殼設計，儀器外殼除了要滿足尺寸的標準化，還要滿足密封要求，例如O型圈溝槽配合尺寸的設計；強度設計要能夠確保儀器在井下的形變量不會影響機械性能；儀器在井下電氣性能要確保高溫高壓下的絕緣性，電路接觸的可靠性與絕緣性以及插口處的強度與可靠性。此外，外殼設計還要滿足安裝的便捷性要求。

3.1.2標準化的接口。要想使各個功能模塊無縫對接，則必須要使儀器具備開放性，即在使用時可以在原有測試儀器上直接掛接其他儀器，且不會對其他模塊的正常工作帶來影響。這樣用戶可以根據(jù)實際功能需求選擇相應的功能模塊拼接后下井測量。

其中，通信接口是儀器功能模塊化研究的一項關鍵內容。CAN總線通信較為可靠，操作簡單且易實現(xiàn)，帶有較多的掛接節(jié)點，在工業(yè)控制領域中的應用范圍廣闊。我國使用的井下儀器大多帶有的是RS232接口，該接口與其他接口間的數(shù)據(jù)通信可以通過使用協(xié)議Modbus來實現(xiàn)。我們所設計的接口完成的功能是RS232總線與CAN總線之間的數(shù)據(jù)轉換，且支持Modbus協(xié)議。我們通過外加硬件轉換器來實現(xiàn)CAN和RS232總線之間的數(shù)據(jù)轉換，用這種思路來解決不同網(wǎng)絡設備之間的連接問題是比較簡單的。

3.1.3電路接口標準化。所謂的硬件模塊化不僅是簡單地將各個模塊進行物理連接組裝，還有關鍵的一點是實現(xiàn)各個模塊的電路環(huán)境相統(tǒng)一，使各模塊應用同一條電路同步測量且互不干擾。

功能模塊化組合測井儀器主要由上位機、井下掛接儀器、通信接口組成。若要完成不同的功能，儀器可以根據(jù)實際需要，通過通信接口掛接各種井下儀器來進行，如掛接流量計測量流量；掛接壓力計來測量井下溫度和壓力；掛接磁定位和伽馬射線測井儀器來測量井下深度，掛接存儲式攝像儀來采集存儲井下視頻等。

3.2軟件模塊化

硬件的模塊化只是整個模塊化儀器系統(tǒng)的基礎，還需要軟件上的功能模塊化以使整個儀器系統(tǒng)實現(xiàn)真正的功能模塊化。

3.2.1與硬件相匹配的軟件模塊化。所謂與硬件相匹配的軟件模塊化，是指各個硬件模塊需要一個統(tǒng)一上位機端的軟件來進行統(tǒng)一控制。上位機端發(fā)出的命令格式相同，在需要掛接的模塊進行測量時只需要根據(jù)測量任務而勾選命令中的功能選項，既方便快捷又安全高效。

3.2.2程序設計的模塊化。如下圖所示，程序模塊化就是將一個較為復雜的問題經(jīng)過分析之后拆解為若干個子問題，之后針對這些子問題設計子程序，這些子程序整合之后又形成一個完成程序。

對程序也進行模塊化設計使程序的編寫、測試更加方便，既簡化了軟件的調用與糾錯，也使程序的穩(wěn)定性得到強化。此外，在硬件焊接時程序模塊化也使得焊接測試變得更加方便。

4　小結

當前，測井儀器更強大、模塊化程度更高已經(jīng)成為一種趨勢，測井儀器體積將越來越小，各功能越來越集中但又相互獨立，數(shù)據(jù)存儲傳輸效率越來越高甚至無線傳輸。具體上，測井儀器的各個功能模塊應按照統(tǒng)一的軟、硬件標準進行設計。使用相同的接口與傳輸協(xié)議可以進行單獨或組合測井，在實際測井過程中可以根據(jù)用戶需要，自由選擇測量的參數(shù)與要實現(xiàn)的功能，為修井作業(yè)、優(yōu)化注采方案實現(xiàn)油井高效開發(fā)提供依據(jù)。

［1］胡鑫波.基于單片機的Modbus協(xié)議的實現(xiàn)［D］南京：東南大學，2012.

［2］王振力，孫平，劉洋工業(yè)控制網(wǎng)絡［M］.北京：人民郵電出版社，2012.

［3］武貴俊.嵌入式石油測井儀器的研究［J］中國石油和化工標與質量，2014，（2）：69-70.

On the functional module of petroleum logging instrument

Yao Xiaobing
（Beijing Huan Ding Technology Co.， Ltd.，Beijing，102200，China）

Logging technology is an important means of oil and gas field exploration， but in the process of current oil production， most logging instruments have such problems as single parameter，low efficiency，poor function and compatibility.In this paper，the functional modules of the oil logging instrument was discussed， and it gave some design ideas from two aspects of hardware and software.

logging instrument；functional module；hardware；software

圖、模塊化程序設計思路

姚曉兵（1974-），男，漢族，陜西扶風人，本科學歷，北京環(huán)鼎科技有限責任公司工程師，研究方向：測井儀器。