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)

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)

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。

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

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LOGIQ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。

图1 新一代信息化测井系统总体架构

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,多种井下仪器通过MODEM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10M速率交换式全双工以太网(即10Base-T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TCP/IP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IP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LOGIQ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PC104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(DTGR)仪器的数据传输,地面PC104接收到打包上传的数据并进行解包,通过IP地址xxx.xxx.x.21判断为DTGR的数据,然后转发至数据采集中心。数据采集中心将DTGR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。

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VOIP平台进行内部通话和PSTN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 (FlexiDAMA)方案。灵活按需多址(FlexiDAMA)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TCP/IP性能增强功能。试验测试表明,其中的TCP/IP性能增强功能可以提高卫星通讯近10倍的效率,网络实测5M的文件从主站到小站只需32.43 s,而关掉TCP/IP性能增强功能则需328.25 s。与传统卫星通信网络相比,FlexiDAMA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,测井软件采用三层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 信息化测井软件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ADSL宽带接入的DMT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DMT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。ADSL高速电缆遥测系统原理如图4所示[3]。

图4 ADSL高速电缆遥测系统原理

ADSL宽带接入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。ADSL技术主要采用了先进的离散多音频调制技术(DMT)进行信道编码,提高了现有电缆的频带利用率。DMT是一种并行数据传输组合频分复用(FDM)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ADSL编解码调制解调技术和均衡技术,7 000 m以上电缆的传输速率高达800 kbps,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50%。

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。

[1] Atlas Wireline company.System operating guide.Volume 4“Eclips”

[2] [美]哈里伯顿公司.FIELD OPERATION MANUAL.2003(资料)

[3] John Proakis.Digital Communication[M].北京:电子工业出版社,1998

Design of the new generation information logging system.

Wu Xingdong.

This paper introduces the new generation information logging system,which is characterized by its whole-network logging mode.Taking advantages of such techniques as high speed cable telemetry and satellite remote measurement and control,the new system achieves the information-based management of the overall logging process.The general network structure of the information logging technology,the operation mode of the remote measurement and control,the software frame,and the key techniques of high-speed cable telemetry modulation and demodulation,data compression and timedepth conversion are focused on in this paper.

oil well logging;network;remote measurement and control;high-speed cable telemetry;data compression;time-depth conversion

P631.6+3

B

1004-9134(2011)03-0001-03

吴兴东,男,1970年生,高级工程师,1991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:222006

2011-04-09编辑梁保江)

PI,2011,25(3):1～3

·开发设计·