综合录井仪通用数据采集系统的研制及应用

马呈芳

（中国石化胜利油田石油管理局地质录井公司，山东东营 257064）

综合录井仪通用数据采集系统的研制及应用

马呈芳

（中国石化胜利油田石油管理局地质录井公司，山东东营 257064）

数据采集系统是综合录井仪的核心部分，在随钻过程中，可连续采集地质、气测和钻井工程等信息，并可对各参数信息进行综合分析、加工和处理，以达到安全井控、有效识别并保护油气层的目的。但综合录井仪型号多、规格不统一，不同型号仪器相互不兼容，在硬件匹配和格式标准上问题尤为突出。为规范数据采集，满足标准化的需求，研制了综合录井仪通用数据采集系统，在多个油田探区进行了应用，取得了很好的效果。

综合录井仪；数据采集系统；格式标准；数据规范

数据采集系统是综合录井仪的核心部分，它可采集地质、气测和钻井工程的数据信息，数据采集及处理需要综合录井仪通用数据采集系统来完成，但不同品牌的综合录井仪在功能大致相同的同时，数据的采集、处理、传输和数据类型差异较大，不同硬件需要相应的软件支持，这不仅造成综合录井仪使用繁杂，各种仪器互不兼容，还导致培训难度大、服务成本高等问题。为此，提出并研制了综合录井仪通用数据采集系统。

1 系统架构设计

该系统由采集硬件和传输软件两部分组成，包括信号调理单元和数据采集计算机系统两部分［1］。信号调理单元主要作用是信号预处理；数据采集计算机属于上位采集计算机，安装有数据通用采集器。该系统实现井场多个传感器信号源信息的自动采集、处理，并按照一定的通讯方式，通过数据采集软件，实现数据的共享，该系统能够与国内外多种综合录井仪器配套。

1.1 硬件设计

近年来，国内外主流综合录井仪软硬件设计呈现数据采集工业标准化的发展趋势和设计思想。在数据源方面，录井现场传感器普遍采用用工业标准的4～20 m A电流型传感器和脉冲频率传感器。因此，通用数据采集系统硬件单元研制应在传感器的电性匹配、信号调理电路设计方面，实现简单化和通用化。基本设计思路是规范信号的输入、输出特性，研制调理电路，开发出信号调理的硬件“黑匣子”。

1.1.1 4～20 m A直流信号调理

4～20 m A信号传感器包括立压、套压、大钩负荷、硫化氢以及钻井液类传感器。信号调理流程是直流信号经过信号安全隔离、去噪声、整形处理、信号通讯输出、信号断路指示以及信号防爆安全隔离等功能。

1.1.2 脉冲信号调理［2］

脉冲信号传感器包括绞车传感器、泵冲传感器和转盘转速传感器。泵冲、转盘传感器信号调理是对脉冲信号去噪、施密特整形、信号短路指示以及信号防爆安全隔离等功能。绞车传感器信号调理是信号去噪、施密特整形、信号鉴相、信号输出、信号断路指示等和信号防爆安全隔离等功能。

1.2 软件设计［3］

目前大部分录井仪通过采集卡来采集传感器信号，一般配置有专用的采集软件，信号要经过软件标定处理后，将信息按照内部固定的网络协议格式传输给网络系统，实现实时数据的网络共享。通用数据采集系统软件单元的研发首先要对目前在用录井软件进行解析。同样，研制者对在国际上占有主导地位的Advantage和ALS录井仪的软件进行了解析。

Advantage录井仪软件采用的是TCP／IP网络协议及UDP协议相结合的方式。IDAQ公控机上安装IDAQ软件，完成MKS信号的采集和向服务器传输数据功能。通过分析上万组IDAQ软件传输数据，并编制多个测试软件进行验证，最终获得了Advantage仪器传感器数据的网络共享格式。TCP／IP 通讯协议数据通讯一般包括两个技术环节，即建立连接和数据传输共享，IDAQ数据采集软件向服务器发出TCP／IP连接请求指令，双方通过身份认证建立IDAQ软件及服务器之间的TCP／IP连接，并通过应答式的数据共享，实现传感器数据的发送。

ALS系列仪器工程数据通讯流程是：首先需要获取通讯双向信息流，并通过大量的实验对信息进行通讯指令和通讯数据的划分；其次进行通讯指令与通讯数据的对应关系确定；最后通过实验测试的方法解析通讯数据的组成和正确含义。

通过对上述两种先进录井仪软件技术的解析，研制开发了工程数据采集软件，一方面完成对硬件单元的信号读取，一方面在完成必要的计算后，将数据传输到录井软件中，实现数据共享。该软件模块主要由系统初始化、数据显示模块、传感器信号采集模块、信号标定模块和数据共享传输模块5部分组成。

系统初始化模块主要完成用户对通讯卡和网络进行配置，数据显示模块实时显示采集传感器信号的变化，传感器信号采集模块完成对信号采集板卡原始信号的实时读取，信号标定模块完成采集电信号与对应物理量间的变化关系（即传感器标定），数据共享传输模块完成以匹配的通讯协议向上位采集计算机传输数据。

1.2.1 传感器参数读取

采集计算机中配有中泰PCI-8325和PCI-8503通讯卡，完成对数据采集单元调理数据的读取。硬件单元提供了PCI总线插槽的PC系列微机，具有即插即用功能。PCI-8325采用三总线光电隔离技术，使被测量信号系统与计算机之间完全电气隔离。

1.2.2 传感器信号标定

在读取中泰PCI-8325和PCI-8503两种板卡采集信号后，需要对数据采集通道进行选择，使通道跟传感器信号进行一一对应，完成信号的初始计算。

1.2.3 数据共享

用户设置软件所应用的仪器类型及传输方法，进一步完成参数的传输。数据传输格式大体有两种，一是特殊格式传输，即针对特殊仪器，能够应用于3种主流综合录井仪，包括Advantage、ALS系列及SL-EXPLORER仪器。二是通用的WITS格式数据传输，能够接收 WITS格式的仪器传输数据。基本上适应于现在在用的各种综合录井仪。传输方式有串口和网络两种。

1.3 结构设计

根据录井仪器安装的整体结构和数据采集的自身特点，该单元的整体包容在一个3U的标准机箱体内。在箱体内部，主要有DC电源、4～20 m A直流信号调理电路板、脉冲信号调理板、母板、防爆本质安全隔离栅等。

2 应用效果

通用数据采集系统具有数据采集准确、稳定性好、抗干扰和通用性强等特点，能够与国内外多种仪器匹配使用，确保对油气显示的检测，可使录井资料准确、图幅规范，符合行业标准，并能准确监控钻况情况和进行工程事故预报。

通用数据采集系统在充分试验的基础上，已经推向了市场，应用在SL-Advantage、ALS-2、SL-EXPLORER、ZH—2等型号的综合录井仪器上，并在胜利、新疆油田和南方、东北等探区完成了几十口井的录井服务。应用结果表明，系统运行稳定可靠，完全适应现场录井要求，具有良好的应用前景。

2.1 H2S监测应用

例1：某年某月某日12：08某井钻至井深2 663.51 m时，发现H2S由0缓慢升高，至12：21钻至井深2 663.66 m时，H2S最高值达19.64μg／m L，后缓慢下降，在12：28井深2 663.70 m时，H2S值缓慢下降到基值0，持续20 min（图1）。

图1 某井H 2 S气体检测实时曲线

例2：某年某月某日，某井下钻取心钻至6 877.60 m，H2S由0上升至26μg／m L，最高达到45μg／m L，已超过规定的高浓度限定。值班人员马上发出警报并采取了必要的防范措施，累计循环达130 min，防止了事态的尽一步扩大。

2.2 扭矩参数检测应用

例1：某年某月某日，某井侧钻使用三牙轮钻头钻进至井深3 188.12 m时，扭矩在基值基础上摆幅增大（图2），由19 k N·m上升至21.5 k N·m，并且在继续钻进过程中曲线毛刺明显增多，最高达22.9 k N·m，初步判断为井下钻头牙轮矿动、轴承卡死或牙齿断落等严重情况的发生，实际结果为牙轮严重矿动。

图2 某井扭矩异常

2.3 钻具刺漏预报

刺漏事故常在泥浆高压循环系统中发生，钻具刺漏的结果往往会造成钻具落井事故，泥浆泵刺漏会直接损坏设备，影响钻头水马力。如何及时发现和避免刺漏的进一步发生和发展尤为重要，综合分析泵冲、泵压的变化情况，可准确判定钻具的刺漏情况。

某年某月某日，某井钻至26 568.5 m时，3：20至4：00之间，泵压由5.2 MPa缓降至4.3 MPa，判断钻具刺漏并请求起钻检查，起钻后发现173号钻杆刺漏，刺峰长度8 mm。

3 结束语

综合录井仪通用采集系统设计与研制从实际生产出发，在统计分析了主流仪器的工程采集模块的基础上，提出并开展了采集系统的通用性研究，并实现了产品的推广应用。随着国内市场进口综合录井仪服役时间的延长，仪器逐渐进入故障多发期，而该成果能够实现硬件技术配套，从而解决仪器故障维修和技术改造的现实问题，大大地降低了仪器整体运行费用，具有广阔的应用前景。

［1］ 戴永寿，马西庚，张卫.基于现场总线的生产井录井仪及其专家系统［J］.仪器仪表学报，2004，25（1）：5-9.

［2］ 柯涛，汪源.脉冲计数面板设计［J］.石油仪器，2001，15（5）：26-29.

［3］ 黎洪生，赵兆，陈斌，等.基于DSP和PCI总线的数据采集处理卡［J］.电子产品世界，2003，（3）：76-80.

TE132

A

1673-8217（2011）06-0049-03

2011-06-07；改回日期：2011-07-28

马呈芳，1970年出生，1995年毕业于西南石油学院检测技术及仪器仪表专业，现从事地质录井技术工作。

刘洪树