油田数控测井地面仪器的装备技术与发展趋势

摘要:油田数控测井地面仪器实际上是一个专用的微型或小型计算机为核心的数控测井系统。该装备技术的发展正朝着体积大小微型化、测量信息数字化、测控仪表智能化、控制管理网络化及测量参数多功能化等方向发展,而且该仪器技术可以广泛应用于其他计算机监测与控制系统。

关键词:数控测井地面仪器 测井技术 网络通讯 智能化

中图分类号:N19文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)05-0000-00

1引言

石油测井在我国是解放以后才开始起步和发展的,总体来说起步比较晚,而生产测井技术又是勘探开发测井的一个分支,我国的测井技术的发展可以概括为三个阶段。第一阶段是50年代,主要以横向测井为主;当时从原苏联引进AKC50型全自动多线测井系统,并在此基础上于1955年我国自行成功研制了全自动多线测井系统于1958年定型投产,它为我国测井技术的发展奠定了一定基础,并且提供了引进和创新的重要经验。

第二阶段是60～70年代,主要依靠自力更生的方针对石油地球物理勘探仪器进行研制,有声波、电感应、电测向等,先后研制成功后并投入现场使用,具有代表性的国产化的仪器是SJD581型地面测井系统,是以电法模拟量为基础的勘探测井地面系统, 测井解释也从定性评估阶段半定量化解释,计算机也开始应用于资料处理。

第三阶段是80年代期,测井仪器进入了系列化、数字化新阶段发展,这个阶段的特点是浅、中、深电法测井仪器被广泛应用;岩性孔隙度测井仪器系列基本形成;地层倾角等仪器也投入现场使用。

经历了以上三个发展阶段,但是,与国外测井技术先进水平相比,差距还较大。第四阶段是90年代初,以数控测井地面系统为技术支持的我国测井技术达到了本质上的提升。西安石油仪器总厂,以江汉石油仪表厂、上海石油地质仪表厂等中国石油仪器仪表制造厂商,先后引进了DDL-Ⅲ数控测井系统、CLS3700数控测井系统、AT数控测井系统、并且进行了深入的国产化技术改造;这些整装的数控测井系统很快在华北、大庆、中原、新疆等油田投入装备和运行,这是我国石油测井仪器从单纯的模拟信号量的电磁、声波法测井,进入了以数字化为主、模拟信号量为辅的、集成电磁、声波等多功能数字化测井系统的一个分水岭。

2测井地面仪器的结构及特征

测井地面仪器实际上是一个专用的微型或小型计算机为核心的数控测井系统,它由硬件和软件两大部分组成。硬件部分主要包括主处理器电路、通用或专用测控信号输入/输出通道、人机交互部件与接口电路、标准通信接口等。而其软件部件主要包括监控程序、数据处理程序和接口管理程序等部分。生产测井地面仪器的特点主要表现在:

2.1通用硬件平台的实现

现代仪器通过选配一个或几个带共性的基本仪器硬件来组成一个通用硬件平台,再调用不同的软件来扩展或组成各种功能的仪器或系统。一般地,一种传统仪表只有一种或数种功能,而现代仪器仪表则是将具有上述一种或多种功能的通用硬件模块组合起来构成一个平台,然后通过编制不同的软件来构成任何一种仪器。

2.2硬件功能的软件实现

由于微电子技术的迅速发展,微处理器的处理速度越来越快,尤其是数字信号处理技术DSP和高速数字信号处理器已被广泛应用于各种仪器仪表中,一些要求实时性很高功能模块,原本只能通过硬件完成而现在可以用软件来实现。硬件软件化是仪器发展的一大特点。

2.3模块化、集成化功能明显增强

大规模集成电路技术发展到今天,集成电路的密度越来越高,内部结构越来越复杂,功能也越来越强大,从而大大提高了每个模块以及整台仪器系统的集成度。模块化功能硬件[6]是现代仪器仪表的一个强有力的支持,它使得仪器更加灵活,仪器的硬件组成更加简洁。用户根据当前需要增加某种测试功能时,只需增加少量的模块化功能硬件,再调用相应的软件来使用此硬件即可。

2.4内部参数设定与实时修改

随着各种现场可编程逻辑器件PLD和在线编程技术ISPLD的发展,仪器仪表的参数甚至结构不必在设计时就确定,而是可以在仪器使用的现场实时置入和动态修改,方便用户的灵活运用。

2.5软件需求表现异常突出

伴随仪器仪表与系统硬件的不断完善以及新的仪表设计思想的发展,软件的重要性就变得越来越突出,测试控制今后的巨大变化将发生在软件方面。例如在虚拟仪器中,使用的是相同的硬件系统,通过编程不同的软件模块,就可以实现功能完全不同的测量仪器,软件就是虚拟仪器的核心,所谓"软件就是仪器"就是这个道理。软件在今后仪器仪表中所表现出来的价值愈来愈重要。

3 测井地面仪器的发展

3.1微型化和智能化

随着计算机、电子技术等高新技术的不断发展,地面仪器的微型化、智能化和数字化已得到了实现。就智能化仪器来说,它具有以下特征:能自动完成某些测量任务或在程序指导下完成预定动作;具有进行各种复杂计算和修正误差的数据处理能力;具有自校准和检测、自诊断功能;便于通过标准总线组成一个多种仪表的复杂系统,实现复杂的控制功能,并能灵活地改变和扩展功能。与此同时,采用硬件软化、软件集成、虚拟显示和软测量等人工智能的方法和技术等。

3.2分布式与开放式

目前以PLC为基础的现场总线技术(DCS)发展很快,PLC与DCS相互渗透、相互融合、相互竞争,已成为当前工业控制系统的发展趋势。

总线式仪器、虚拟仪器等微机化仪器技术的广泛应用,使组建集中和分布式测试系统变得更为容易。然而集中测控越来越不能满足复杂、远程及范围较大的测控任务的需求,必须组建一个可供各现场仪表数据共享的网络,FCS正是在这种情况下出现的。它是一种用于各种现场智能化仪表与中央控制之间的一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统。目前,现场总线已成为全球自动化技术的特点,它为石油地面测井系统的发展提供了新的方向与发展机遇。

3.3嵌入系统与网络通讯

另外,嵌入式和实时应用作为基于计算机的测试系统的扩展也将得到迅速发展,各种测量仪器仪表包括油田地面测井仪器也不例外,计算机技术和嵌入式实时应用控制的结合将会比我们今天所看到的计算机技术为测量和控制系统所带来的革命性变革更为深远。而通过把复杂的TCP/IP协议封装而提供的各种网络测量技术,使得网络测量的开发变得不再复杂,基于TCP/IP协议的网络化智能仪器可通过嵌入式TCP/IP软件,使现场变送器或仪器直接具有Intranet/Internet的功能,用户可通过IE、Netscape等网络浏览器实时浏览,如果运用手持数字处理工具读取,甚至还可以将数据发送到一般的通讯工具中,如寻呼机、手机、PDA等,方便用户获取各种实时的数据资源。

4地面仪器智能化的未来趋势

近20年来,微电子技术、计算机技术、精密机械技术、纳米技术、超导技术和生物技术等高新技术发展迅猛,基于以上技术的各种仪器仪表也层出不穷。我国纳米光电测控技术以纳米计量光栅为核心元件,配以光电转换、信号读取、信号处理以及超精机械,形成各种测量仪器,可直接用于测量或控制长度、位移等多种几何量。具有测量精度高、量程大、环境适应能力强、稳定性好等优点。该项技术主要由传感器和数显装置两部分组成,利用该项技术所生产的产品具有自动求最大值、最小值、峰峰值、打印、复位、自检等功能,同时还具有RS232串行通讯接口,与计算机、单片机等连接后可进行自动测量、自动数据处理和自动控制等优点。

生产测井地面仪器应用领域,特别是测井应用领域的进一步拓展,为石油勘探和开发领域的持续发展注入了新的活力。生产测井的地面数控测井系统的应用范围已经覆盖了油田生产运行的所有领域,并且正从传统的地层岩性、物理检测、声波特性、电学特性的传统应用领域,进一步向生物工程、生物医学、生态环境等非传统应用领域扩展。同时,随着新世纪高分子化学、分子生物学、生命科学、材料、环境监测与控制等高新科技与产业的发展,生产测井地面仪器的应用领域还将获得更为迅速的拓展。

另外,现在的仪器更多使用的是采用标准软件接口的Windows操作软件,来代替以前强调的固化软件,未来仪器和计算机的联系也将会日趋紧密,Agilent公司表示仪表设备上应当具备计算机的所有接口,如USB接口、打印机接口、局域网网络接口等,测量的数据也应可存入自带的软盘或光盘中进行保存。齐备的接口将仪器的各个部分模块化,只须具备一台主机,其它的部分诸如信号发生器、信号响应仪等通过插卡与主机相连,从而形成一个测试系统。

随着微处理器技术的应用与发展,对传感器的综合精度、稳定性和响应速度要求越来越高,传统的传感器已不能适应现代测控技术的需要。随着微电子技术和传感器技术的发展,智能化传感器已成为重点发展的技术方向。在智能化传感器技术支持下,未来的生产测井地面仪器的系统结构也将会发生重大的变化,仪器仪表硬件的设计在测量通道的复杂度上将逐步降低,而在通过软件技术实现的综合性能复杂度方面将明显加强,仪器仪表将越来越显现出信息化技术的特征。

网络传感器技术的发展也势必会对将来的生产测井地面仪器功能带来重大的影响和变革,测量和控制的范围不但可以随着网络的延伸而扩大,更重要的是对今后多传感器信息融合技术提出了更高、更新的要求。未来的仪器不仅可以通过TCP/IP协议与互联网相连,采用各种网络浏览器以供所有仪器直接上网寻求信息,进行软件的升级和下载,而且还要增加新的功能:语音控制系统和触摸屏,这样可以满足用户和机器进行友好的人机交互,体现出新一代仪器仪表优越的系统扩充和组合功能。

5 结语

从数控测井地面仪器尤其是石油工业现场仪表的智能化、总线化、网络化的发展进程,不难看出计算机技术对石油地面仪器现代的发展起到了十分积极的促进作用;计算机网络与工业局域网的融合又大大丰富和发展了现代石油测井技术。因此,现代数控测井地面仪器以基于网络化数字传输测井系统在智能化技术不但改善了仪表本身的性能,还影响到了控制网络的体系结构,它不再是功能单一的固定结构。新一代智能化的测井地面仪器将在计算机网络技术支持下,必将得到越来越广泛的应用。

参考文献

[1] 石油仪器编辑部. 石油地球物理仪器汇编[M].机械工业出版社,1992,05.

[2] 胡尔佩.数控测井系统技术基础[M].石油工业出版社,1995.

[3] 郭麦成,熊晓东,李智林等.由3700升级改造的37X86数控测井系统[J].测井技术,1999,23(3):198～201.

[4] 邓小龙,谢剑英. 基于PLC的军用桥梁的控制[J].测控技术,2004,23(7):27～29.

[5] 程佩青.数字信号处理教程[M].北京:清华大学出版社,2002.

[6] 黄兆祥,郭麦成,沈利香.脉冲计数类测井仪器处理系统的设计[J].石油仪器 2003 17(2):11～14.

[7] 鞠晓东.新型数控遥测生产测井系统SGX-2的研制[J].石油大学学报,2000.

[8] 缪永生,于盛林.基于虚拟仪器技术的动静压模拟器设计[J].测控技术,2004 23(7).