隨著世界科學(xué)技術(shù)和世界經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,石油在世界經(jīng)濟發(fā)展中的戰(zhàn)略地位表現(xiàn)十分突出。目前我國越來越多的油井進入后期開發(fā)階段,使得這一問題更為重要和緊迫。為提高探測和開采質(zhì)量,需要采集大量的井下數(shù)據(jù),近些年來各種測井設(shè)備得到非常快速的發(fā)展,這些新型設(shè)備需要將采集到的大量的井下數(shù)據(jù)傳輸至地面分析處理。測井,是石油勘探開發(fā)過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。
1 石油測井系統(tǒng)的現(xiàn)狀與問題
目前,石油測井井下儀器種類繁多,國內(nèi)眾多廠家生產(chǎn)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(xiàn)有的多數(shù)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(diào)制解調(diào)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(fù)雜、龐大,造成了地面儀器可靠性隨之下降。
2 石油測井系統(tǒng)組成
目前完整的石油測井系統(tǒng)可以分為井上設(shè)備和井下設(shè)備,井下設(shè)備由多種不同用途的傳感器和電纜遙測短節(jié)構(gòu)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(shè)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(tǒng)一的順序發(fā)送到地面系統(tǒng)中,以便于地面系統(tǒng)確認和識別。電纜遙測短節(jié)的作用是與井下其他測量具體參數(shù)的儀器之間建立一條內(nèi)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(xié)議傳輸信號。總的看來,井下儀器部分負責(zé)采集數(shù)據(jù),然后將其傳送給多參數(shù)組合測井儀系統(tǒng)。井上設(shè)備部分由多參數(shù)組合測井儀、PC機、直流電源、繪圖儀構(gòu)成。其中直流電源負責(zé)給多參數(shù)組合測井儀器供應(yīng)所需要的各種直流電壓。多參數(shù)組合測井儀負責(zé)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(tǒng)硬件設(shè)計
目前現(xiàn)有的系統(tǒng)的設(shè)計對模擬信號的處理多采用電路構(gòu)成的模擬濾波。不同的信號通路選用不同的電路構(gòu)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(yīng)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(fù)雜,但是由于信號數(shù)目的限制,處理電路在體積上還是難以縮減。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計特點是使得多個通路的信號復(fù)用一個信號采集處理的通路,相比現(xiàn)有的技術(shù)方案減少了硬件的信號處理電路,并將各個通路復(fù)用為一個通路實現(xiàn)采集,處理等功能。與一般的現(xiàn)有的設(shè)備相比較,本系統(tǒng)的硬件架構(gòu)非常的簡潔。本設(shè)計的主要思想是搭建通用的信號采集通路,通過時分復(fù)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(tǒng)中運行不同參數(shù)的處理函數(shù)來滿足系統(tǒng)的要求。
4 石油測井系統(tǒng)軟件設(shè)計
近年來,隨著電子技術(shù)的不斷進步,嵌入式系統(tǒng)開發(fā)己成為熱點,而Linux作為一個自由軟件,也得到了極大的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)與Linux的結(jié)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(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和交叉運行環(huán)境,并且可以跨越嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的仿真工具的障礙。Linux具有內(nèi)核小,效率高,源代碼開放等優(yōu)點。強大的網(wǎng)絡(luò)支持使得可以利用Linux的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧將其開發(fā)成為嵌入式的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。一個基本的嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)包括:
(1)引導(dǎo)程序。能實現(xiàn)系統(tǒng)的快速引導(dǎo),提供瞬間開機功能。負責(zé)將Linux核加載到內(nèi)存,并將控制權(quán)交給內(nèi)核初始化程序。具體工作包括:尋找或?qū)?/span>指定的內(nèi)核映像解壓,解壓文件系統(tǒng)。
(2)Linux內(nèi)核。Linux內(nèi)核由內(nèi)存管理、進程管理、定時器中斷管理、模塊管理、虛擬文件系統(tǒng)、接口文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動程序、進程問通信、網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)啟動等構(gòu)成。
(3)初始化進程。系統(tǒng)在剛剛啟動時,運行于內(nèi)核方式,這時候只有一個初始化進程在運行,他首先做系統(tǒng)的初始化,然后執(zhí)行初始化程序。初始化進程是系統(tǒng)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(qū)動程序。設(shè)備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分,它像內(nèi)核中其它代碼一樣運行在內(nèi)核模式。驅(qū)動程序如果出錯將會使操作系統(tǒng)受到嚴重破壞,甚至能使系統(tǒng)崩潰并導(dǎo)致文件系統(tǒng)的破壞和數(shù)據(jù)丟失。
5 結(jié)語
在石油測井系統(tǒng)中使用了嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方案,使得以后對該系統(tǒng)功能的擴充更加容易。利用了USB接口完成系統(tǒng)和PC機的連接通信,將系統(tǒng)和PC機的通信速率大幅度的提高。組合測井儀的設(shè)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(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計,地面系統(tǒng)軟件的開發(fā)。
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