钻井工程参数监测系统体系结构与数据采集传输模块的研究

2016-12-01邵博中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井一公司辽宁盘锦124010

中国科技纵横 2016年10期

邵博（中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井一公司，辽宁盘锦　124010）

邵博
（中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井一公司，辽宁盘锦124010）

【摘要】随着我国石油勘探开发步伐的加快，对钻井的综合性能也提出更高的要求。然而从现行钻井工程参数获取现状看，其应用的检测系统在数据采集、系统继集成等方面不具备较强的优势，难与实际钻井工艺需求相吻合，造成钻井水平难以得到提高。对此，本文将对该监测系统的设计思路、系统数据采集传输实现的关键技术以及设计采集传输模块的具体策略进行探析。

【关键词】钻井工程检测系统数据采集传输设计

在科学技术的推动下，传统液压仪表、机械仪表等逐渐趋向于集成化、智能化、数字化以及网络化等特征，这些仪表可使参数的记录更为精确，促进钻井科学化的实现。但若从系统人机界面、采集精度以及系统可靠性角度看，其相比国外钻井参数仪表仍表现出一定的滞后性，要求做好监测系统设计工作。因此，本文对监测系统的设计分析与数据采集模块的开发，具有十分重要的意义。

1　钻进工程参数监测系统的设计思路

现代钻井工程参数监测系统，又被称为iDPMS，从该系统设计需求看，主要表现在数据采集传输、信息显示以及数据信息存储等方面。如在数据采集传输方面，系统应保证数据采集的速度、精度较高，且具有较高的稳定性，通常iDPMS系统中的涵盖的数据较多，如直测或派生等参数，能够为钻井工程现场操作提供有效指导，且系统能够实时将钻井工况显示出来，可根据这些工况进行钻井工程参数的计算。而对于系统数据显示问题，iDPMS应注意使数字标签、模拟仪表、模拟动画、曲线以及报表等显示出来。同时对于工程中涉及的参数，系统能够执行存储与读取等功能，为后期数据查询与使用提供便利。结合这些系统设计需求，在系统设计中可采取模块化设计方式，使整个系统细化为数据采集传输、处理、显示以及存储等模块。其中采集传输模块在功能上表现为收据的收集、参数刻度、接口设置以及数据传输等；处理模块在功能上包括参数的修正与计算、工况判断与报警设置等内容；显示模块中涵盖的内容以圆盘记录仪、曲线、数字仪表与数字标签等为主；存储模块则负责接收与存储数据。实际设计中主要需保证系统的四个模块发挥具体功能，这样在提高系统集成度的同时，有利于钻进工程参数的的有效管理［1］。

2　数据采集传输实现的关键技术研究

采集传输模块作为系统功能实现的关键所在，其在设计中应保证引入相关的技术。首先，采集传输模块设计中需引入Socket传输技术。该技术应用下，主要以数据结构为依据，使监测系统后台数据、前台数据能够进行传输，一旦连接建立成功，前台将接收到来自后台的请求命令，在此基础上结合数据类型进行报文头的确定，使所有数据能够以报文文本的形式存在，并通过以太网将整理后的内容向后台发送，最后后台会解析整个报文体，并将结果存储于数据库中。需注意的是为使后台与前台连接机制，系统设计中往往采取C S o c k e t形式，其很容易产生阻塞问题，对此需注意进行CTimeOutSocket的定义工作，使阻塞操作得以处理。其次，OPC传输技术。该技术的运用主要得益于OLE/COM/DCOM技术可直接将数据交换功能提供给用户，是解决不同数据格式下不同软件或软件与硬件难以实现通讯问题的重要技术手段。一般钻井工程许多参数如绞车油压、转盘扭矩、顶驱转速以及工作钳压力等都会被列入OPC Item中，这样仅需保证监测系统前台能够进行数据的读取，便可达到现场实时数据获取的目标。最后，CAN总线的运用。该技术又被叫做控制器局域网，是现行用于网络控制系统的主要通讯介质，将其引入钻井工程参数收集中，要求系统中的传感器、信号处理电路以及前台都应发挥自身的功能。其中的传感器主要以脉冲信号、模拟信号、报警信号以及大钩高度信号为主。当系统接收到相应的数据信息后，会以数据长度以及CAN_ID为依据完成数据的解析过程，且系统会将解析后的结果进行存储［2］。

3　数据采集传输模块的具体设计方法

结合监测系统设计需求与采集传输模块的关键技术，在模块设计中需采取的方法主要体现在三方面，即：第一，做好模块硬件环境的构建。一般钻井工程现场本身表现为多变复杂的环境，这就要求检测系统能够保证具有较高的测量精度，此时便对硬件设计提出较高的要求，可考虑将非接触传感器引入其中，其在具有防爆抗磁与便于安装等优势外，也可使传统传感器应用下因油路渗油或设备磨损而产生的信号难以检测问题得以解决。第二，在硬件环境构建的基础上需明确模块设计的相关技术内容。实际设计中可考虑引入CAN总线技术，使系统通讯检查、数据传输功能得以实现。第三，系统功能模块的具体设计。监测系统整体架构中主要包含前台系统、后台系统部分，其中前台系统在设计过程中应赋予其初始化设置、参数的显示与修正、通讯检查、OPC数据传输以及WITS数据传输等，而后台系统负责系统退出、数据显示与查询、报警记录以及曲线回放等，确保两部分系统中涵盖的功能得到充分发挥，便可使钻井工程参数的获取更为高效［3］。