隨著世界科學技術和世界經濟的迅猛發展,石油在世界經濟發展中的戰略地位表現十分突出。目前我國越來越多的油井進入后期開發階段,使得這一問題更為重要和緊迫。為提高探測和開采質量,需要采集大量的井下數據,近些年來各種測井設備得到非常快速的發展,這些新型設備需要將采集到的大量的井下數據傳輸至地面分析處理。測井,是石油勘探開發過程中不可缺少的重要環節。
1 石油測井系統的現狀與問題
目前,石油測井井下儀器種類繁多,國內眾多廠家生產的井下儀器和國外幾大公司的井下儀器的信號各有其特點,這給地面測井儀器的研制造成了一定的困難。一方面地面儀器最好能兼容多種類型的井下儀器,提高用戶選擇井下儀器的靈活性；另一方面地面儀器不能由于兼容性而體積過于龐大,這會增加成本和不可靠因素。井下儀器上傳的信號有深度信號、模擬量信號、脈沖信號、曼徹斯特編碼信號等。各種井下儀器在傳輸信號上的不同主要是編碼信號的不同。在早期的和現有的多數地面儀器中,編碼和解碼的工作是由專用芯片來完成的,每種編碼信號的調制解調都需要一塊專用接口板,如需配接不同傳輸格式的井下儀,地面儀器就得配接不同的地面接口。這大大增加了地面儀器的難度。兼容不同傳輸方式的井下儀器越多,接口板就越多,地面儀器越復雜、龐大,造成了地面儀器可靠性隨之下降。
2 石油測井系統組成
目前完整的石油測井系統可以分為井上設備和井下設備,井下設備由多種不同用途的傳感器和電纜遙測短節構成。將多只測井儀器組合在一起,首先要考慮各只儀器之間能否組合在一起；其次是各只儀器怎樣組合在一起。從信號傳輸及電路設計的角度來看這個問題,就是每個儀器采集的信號怎樣匯集在一起,按統一的順序發送到地面系統中,以便于地面系統確認和識別。電纜遙測短節的作用是與井下其他測量具體參數的儀器之間建立一條內部總線進行通訊,各測量儀器掛載于總線上,通過串口按照一定協議傳輸信號。總的看來,井下儀器部分負責采集數據,然后將其傳送給多參數組合測井儀系統。井上設備部分由多參數組合測井儀、PC機、直流電源、繪圖儀構成。其中直流電源負責給多參數組合測井儀器供應所需要的各種直流電壓。多參數組合測井儀負責與井下儀器進行通信,接收井下傳感器上傳的各種模擬信號以及接收外部的深度信號,其他儀器的脈沖信號等。
3 石油測井系統硬件設計
目前現有的系統的設計對模擬信號的處理多采用電路構成的模擬濾波。不同的信號通路選用不同的電路構成需要的模擬濾波器等電路。對于編碼信號多采用專用的編解碼芯片,專用的編解碼芯片的應用相對比較簡單,功能也相對比較完善。脈沖信號的處理與模擬信號的缺點相似,雖然電路不是非常復雜,但是由于信號數目的限制,處理電路在體積上還是難以縮減。本系統的硬件設計特點是使得多個通路的信號復用一個信號采集處理的通路,相比現有的技術方案減少了硬件的信號處理電路,并將各個通路復用為一個通路實現采集,處理等功能。與一般的現有的設備相比較,本系統的硬件架構非常的簡潔。本設計的主要思想是搭建通用的信號采集通路,通過時分復用的方式對多路不同的信號進行采樣,對于各路信號需要不同的處理,可以在嵌入式系統中運行不同參數的處理函數來滿足系統的要求。
4 石油測井系統軟件設計
近年來,隨著電子技術的不斷進步,嵌入式系統開發己成為熱點,而Linux作為一個自由軟件,也得到了極大的發展,嵌入式系統與Linux的結合,正日益被人們看好。Linux自身具備一整套工具鏈,容易自行建立嵌入式系統的開發環境和交叉運行環境,并且可以跨越嵌入式系統開發中的仿真工具的障礙。Linux具有內核小,效率高,源代碼開放等優點。強大的網絡支持使得可以利用Linux的網絡協議棧將其開發成為嵌入式的TCP/IP網絡協議。一個基本的嵌入式操作系統應包括:
(1)引導程序。能實現系統的快速引導,提供瞬間開機功能。負責將Linux核加載到內存,并將控制權交給內核初始化程序。具體工作包括:尋找或將指定的內核映像解壓,解壓文件系統。
(2)Linux內核。Linux內核由內存管理、進程管理、定時器中斷管理、模塊管理、虛擬文件系統、接口文件系統、設備驅動程序、進程問通信、網絡管理、系統啟動等構成。
(3)初始化進程。系統在剛剛啟動時,運行于內核方式,這時候只有一個初始化進程在運行,他首先做系統的初始化,然后執行初始化程序。初始化進程是系統的第一個進程,以后所有的進程都是初始化進程的子進程。
(4)硬件驅動程序。設備驅動程序是內核的一部分,它像內核中其它代碼一樣運行在內核模式。驅動程序如果出錯將會使操作系統受到嚴重破壞,甚至能使系統崩潰并導致文件系統的破壞和數據丟失。
5 結語
在石油測井系統中使用了嵌入式系統的設計方案,使得以后對該系統功能的擴充更加容易。利用了USB接口完成系統和PC機的連接通信,將系統和PC機的通信速率大幅度的提高。組合測井儀的設計只是完成了一部分的工作,還有相當大的工作量需要完成。今后石油測井儀器進一步工作的重點在于井下儀器的配置,系統結構的設計,地面系統軟件的開發。
