梁海波 張 金 張徐興安

(西南石油大學(xué)電氣信息學(xué)院，四川 成都 610500)

0 引言

綜合錄井是一種隨鉆石油勘探技術(shù)［1］。它是在鉆井過(guò)程中應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，借助分析儀器進(jìn)行各種石油地質(zhì)、鉆井工程及其他隨鉆信息的采集、分析處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)油氣層、評(píng)價(jià)油氣層和實(shí)時(shí)鉆井監(jiān)控等目的。該技術(shù)在指導(dǎo)鉆井施工、進(jìn)行地層評(píng)價(jià)和油氣資源評(píng)價(jià)方面具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)［2］。

綜合錄井監(jiān)測(cè)參數(shù)眾多、監(jiān)測(cè)環(huán)境復(fù)雜、錄井異常情況復(fù)雜多樣。當(dāng)出現(xiàn)井下復(fù)雜異常情況或油氣征兆時(shí)，受現(xiàn)場(chǎng)錄井人員經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平限制，很難做到及時(shí)、有效地發(fā)現(xiàn)、預(yù)測(cè)和判斷。

綜上所述，有必要設(shè)計(jì)一配套軟件系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集的綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程專(zhuān)家決策端，然后由遠(yuǎn)程專(zhuān)家根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)工況，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)更加安全、高效地進(jìn)行鉆井作業(yè)。

1 LabVIEW搭建系統(tǒng)優(yōu)越性

LabVIEW是美國(guó)國(guó)家儀器公司(national instrument，NI)的軟件產(chǎn)品，是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言(G語(yǔ)言)。LabVIEW提供了大量的硬件驅(qū)動(dòng)與專(zhuān)用工具，能夠輕松實(shí)現(xiàn)與大部分接口的硬件連接。通過(guò)DLL、CIN節(jié)點(diǎn)、Active、.Net或Matlab腳本節(jié)點(diǎn)等技術(shù)，可以輕松實(shí)現(xiàn)LabVIEW與其他程序語(yǔ)言的混合編程。同時(shí)，LabVIEW通過(guò)應(yīng)用程序生成器可以輕松地發(fā)布EXE、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和安裝包［3］。與其他開(kāi)發(fā)軟件相比，LabVIEW具有開(kāi)發(fā)效率高、開(kāi)發(fā)周期短、拓展性好等優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本文通過(guò)將基于LabVIEW平臺(tái)開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與各種硬件設(shè)備形成配套裝備，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程專(zhuān)家決策端的實(shí)時(shí)互動(dòng)，從而為現(xiàn)場(chǎng)鉆井決策提供可靠依據(jù)。

2.1 系統(tǒng)總體框架

綜合錄井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)物理框架如圖1所示。綜合錄井現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊，將各傳感器測(cè)量信號(hào)通過(guò)RS-485串行總線通信方式傳送至現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)。現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)在為綜合錄井現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線CDMA遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源服務(wù)器端。本文基于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源服務(wù)器，通過(guò)B/S組網(wǎng)模式搭建遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)綜合錄井的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖1 綜合錄井實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架Fig.1 The framework of comprehensive mud logging real-time monitoring system

2.2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

本文選用北京阿爾泰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的DAM-3000系列分布式采集模塊，實(shí)現(xiàn)錄井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集。該系列模塊是通用傳感器與計(jì)算機(jī)的便卸式接口模塊，產(chǎn)品性能可靠穩(wěn)定，已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)環(huán)境。該系列模塊提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通信接口，采用高質(zhì)量的進(jìn)口元器件，模塊化電源設(shè)計(jì)。內(nèi)嵌單片機(jī)系統(tǒng)在軟硬件方面均采用了先進(jìn)的抗干擾措施。該模塊具備良好的數(shù)據(jù)采集性能。

本文采用基于LabVIEW調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(dynamic link library，DLL)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。DLL是一個(gè)可以多方共享的程序模塊，其內(nèi)部對(duì)共享歷程和資源進(jìn)行了封裝，具有共享代碼、資源和數(shù)據(jù)，語(yǔ)言無(wú)關(guān)性，隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)、節(jié)省內(nèi)存的優(yōu)點(diǎn)［3］?；贒LL動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)方式較好地解決了在LabVIEW平臺(tái)下使用國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的問(wèn)題。

DLL調(diào)用時(shí)，需要使用LabVIEW函數(shù)選板提供的調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)，并對(duì)庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)配置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的需求，本文主要采用了以下幾個(gè)數(shù)據(jù)采集函數(shù):CreateDevice、InitDevice、ReadDeviceAD、ReleaseDevice，調(diào)用規(guī)范全部采用 stdcall(WINAPI)。主要配置參數(shù)包括串口號(hào)、模塊地址、波特率、讀數(shù)據(jù)間隔以及數(shù)據(jù)通道等。

值得注意的是，由于采集的數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)采集模塊A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，為了便于操作者的理解及后期數(shù)據(jù)處理，需要將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量變換成帶有工程單位的數(shù)字量，即進(jìn)行標(biāo)度變換。根據(jù)綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)采集參數(shù)類(lèi)型，本文選擇以下標(biāo)度變換公式對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)度變換。

式中:Y0為被測(cè)量量程的下限;Ym為被測(cè)量量程的上限;Y為標(biāo)度變換后的數(shù)值;N0為Y0對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量;Nm為Ym對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量;X為Y所對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。

標(biāo)度變換是指在ReadDeviceAD函數(shù)后添加一個(gè)公式節(jié)點(diǎn)，并按照上述標(biāo)度變換公式對(duì)其輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過(guò)以上處理，既保證了最后獲取的數(shù)據(jù)就是所需要的綜合錄井實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，又完成了現(xiàn)場(chǎng)綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)的采集。

2.3 CDMA遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)

碼分多址(code division multiple access，CDMA)，是在數(shù)字通信技術(shù)分支擴(kuò)頻通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。最新的CDMA 1X的理論傳輸速率可達(dá)300 kbit/s，具有覆蓋范圍廣、費(fèi)用低、技術(shù)完善、安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)［4］。因此，為了滿足綜合錄井在復(fù)雜環(huán)境條件下，特別是有線網(wǎng)絡(luò)傳輸受限時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)男枨?，本文選擇了基于CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式可以不受距離及位置的限制［5］，大大提高了綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)傳輸效率，方便、快捷地實(shí)現(xiàn)了綜合錄井遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

本文選用ZOGLAB推出的一款基于CDMA20001X 2.5 GHz網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的終端產(chǎn)品 C2000 CDMA無(wú)線modem。其內(nèi)部采用CDMA無(wú)線模塊，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，能夠輕松實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、短信、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。CDMA 20001X采用全金屬合金鋁外殼，堅(jiān)固耐磨、抗輻射、防靜電打擊(4 kV接觸ESD保護(hù))，能夠很好地適應(yīng)各種復(fù)雜、惡劣環(huán)境下綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)男枨蟆?/p>

綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集至工控機(jī)。工控機(jī)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)打包以后，通過(guò)RS-232接口傳送給CDMA模塊;CDMA模塊再將數(shù)據(jù)以報(bào)文的形式通過(guò)中國(guó)聯(lián)通CDMA網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)程決策端服務(wù)器。遠(yuǎn)程決策端服務(wù)器采用LabVIEW的VISA控件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取。VISA是一種標(biāo)準(zhǔn)I/O接口軟件［6］。使用VISA時(shí)，需要安裝C2000 CDMA無(wú)線modem自帶的驅(qū)動(dòng)軟件。LabVIEW共有5個(gè)串行通信節(jié)點(diǎn)，分別實(shí)現(xiàn)串口設(shè)置、寫(xiě)串口、讀串口、檢測(cè)串口緩存、中斷等功能［7］。

基于LabVIEW的VISA控件的串口數(shù)據(jù)讀取程序界面如圖2所示。

圖2 串口數(shù)據(jù)讀取程序界面Fig.2 The interface of serial port data READ program

2.4 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

通過(guò)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)端，搭建由遠(yuǎn)程服務(wù)器與監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)組組成的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)局域網(wǎng)。遠(yuǎn)程服務(wù)器安裝有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)組通過(guò)網(wǎng)頁(yè)即B/S模式與服務(wù)器建立連接，直接將服務(wù)器端VI前面板“原封不動(dòng)地搬移”到監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)組的屏幕上，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

搭建遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，需要在遠(yuǎn)程服務(wù)器中配置和啟動(dòng)LabVIEW Web服務(wù)器，并配置Web發(fā)布工具。具體配置方法可參見(jiàn)參考文獻(xiàn)［1］。通過(guò)以上方式對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行配置后，即可在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)組上通過(guò)Web瀏覽器方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)綜合錄井工況，從而實(shí)現(xiàn)綜合錄井遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.5 數(shù)據(jù)庫(kù)管理與應(yīng)用

為便于分析，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須對(duì)其所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)以其整體描述性、數(shù)據(jù)獨(dú)立性、數(shù)據(jù)共享性、安全完整性等優(yōu)點(diǎn)成為管理大量測(cè)量數(shù)據(jù)的最佳方法［8］。

本文選用SQL Sever 2000數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件對(duì)綜合錄井實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)(包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集端數(shù)據(jù)以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收端數(shù)據(jù))進(jìn)行管理。

本文基于一個(gè)完全免費(fèi)且開(kāi)源的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)工具——LabSQL工具實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。該工具基于ActiveX數(shù)據(jù)對(duì)象(ActiveX data objects，ADO)模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)與操作。ADO是微軟利用自動(dòng)化服務(wù)器技術(shù)開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)接口，其對(duì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)都提供了支持［9］。

為了更加有效地與數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接，采用了基于數(shù)據(jù)連接工具ODBC，并通過(guò)建立數(shù)據(jù)源別名(data source name，DSN)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、管理和操作。

采用LabSQL工具對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行各種查詢、增、刪改操作時(shí)，需要利用 ADO Connection Create.vi、ADO Connection Open.vi、SQL Execute.vi、ADO Connection Close.vi等子VI，并在相應(yīng)端口輸入執(zhí)行操作的SQL語(yǔ)句?；贚abSQL工具進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理與操作，程序?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)捷方便，程序執(zhí)行效率較高。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于LabVIEW虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)的綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有人機(jī)交互界面友好、系統(tǒng)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)［10-12］。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及時(shí)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性高，能夠滿足綜合錄井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。同時(shí)，基于CDMA的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式的數(shù)據(jù)傳輸效率高、準(zhǔn)確性好，能夠滿足復(fù)雜條件下綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸需求。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端能夠?qū)崟r(shí)接收并實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)錄井工況，為遠(yuǎn)程專(zhuān)家決策提供有力保障。

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