旋轉式井壁取心系統軟件設計

楊 亮,王易安,王國平,黃明艷,嚴 磊

(1.中國石油集團測井有限公司華北事業部,河北任丘062552;2.中國石油集團測井有限公司技術中心,陜西西安710077)

旋轉式井壁取心系統軟件設計

楊 亮1,王易安1,王國平2,黃明艷1,嚴 磊1

(1.中國石油集團測井有限公司華北事業部,河北任丘062552;2.中國石油集團測井有限公司技術中心,陜西西安710077)

介紹了旋轉式井壁取心系統的組成及其工作原理。針對旋轉式井壁取心儀器,設計了地面控制軟件,該軟件可實時跟蹤伽馬或0.4 m電極曲線,準確定位取心位置,同時采用時間驅動記錄取心過程中泵壓等參數。分析了軟件中取心深度定位、深度驅動與時間驅動交替運行、網絡通訊、雙緩沖繪圖等關鍵技術的具體實現。2009年在任91井的實際應用表明,該軟件的準確性和實時性達到了旋轉式井壁取心系統的功能要求,運行穩定可靠。

旋轉式井壁取心系統;控制軟件;深度定位;驅動模式

0 引 言

旋轉式井壁取心技術是一種新型的取心技術,施工簡便、成本低,它與撞擊式取心技術相比有獲取的巖心顆粒大(直徑為25 mm,心長最大50 mm)、巖心完整不變形、取心深度準確等優點,保證了巖石樣品的孔隙結構不被破壞,使利用核磁共振對這類樣品巖石物性的測試成為可能。可直接選樣分析化驗獲取儲層的巖性、物性、含油性等參數,在很大程度上可滿足地質分析對實物樣品的需求。與普通鉆井取心相比,取心的層位更具有針對性,適合對全井段取心。旋轉式井壁取心地面軟件作為直接面向對象的上層控制平臺,基于Window sXP環境,采用模塊化結構程序設計思想,具有友好的人機界面,操作簡潔、方便,能夠實時、高效地處理上傳數據,大幅度提升系統效率,從而準確地完成取心任務[1-2]。

1 旋轉式井壁取心系統概述

旋轉式井壁取心儀是在地面系統的控制下,跟蹤測量自然伽馬或0.4 m電極進行校深。然后根據油田勘探開發的要求,在目的層位停車,控制井下儀器依次完成推靠、馬達旋轉、鉆頭鉆進、折斷巖心、鉆頭收回、停止旋轉、收推靠臂、收儲巖心等一系列取心動作,從而完成取心任務。旋轉式井壁取心系統主要由地面控制系統和井下儀組成。馬龍頭、井下電子線路、平衡節裝置、液壓節裝置和機械執行裝置共同組成井下儀井壁取心系統。

計算機系統通過局域網與控制面板連接,控制面板有自動和手動操作切換功能,采用自動方式時由安裝在計算機上的取心軟件將用戶命令通過以太網發送給控制面板,再由控制面板通過載波通訊傳送給井下儀,從而實現對井下儀的控制,完成取心過程;采用手動方式時,對井下儀的操作通過控制面板上的按鈕來實現。馬丁代克產生的深度、張力信號以及井下儀上傳的各種信號通過控制面板發送給地面取心軟件,進行實時處理與顯示。控制面板與變頻電源之間用串口連接,地面軟件可以通過控制面板控制變頻電源,給井下儀提供所需電壓。

2 軟件結構設計

2.1 系統模塊結構

基于Window sXP環境,利用Visual C++6.0開發了應用軟件。為便于系統的實現、維護和擴展,軟件整體結構采用模塊化設計(見圖1)。

圖1 系統模塊結構圖

人機界面管理模塊負責管理用戶輸入操作,向其他各模塊發送消息、指令等,主要有以下幾種操作和命令:儀器串組合配置操作、刻度命令、開始測井命令、停止測井命令、回放命令、儀器控制命令等。網絡通訊模塊通過響應用戶消息讀取以太網傳來的實時幀數據,即響應采集前端的深度和時間中斷,更新實時數據緩沖區,產生數據到達事件;還負責將命令緩沖區信息下發到單片機系統。深度初始化模塊可根據現場需要調整深度系統的輸入、輸出設置。測井項目參數配置模塊負責加載所需的各個儀器數據信息,建立儀器對象類鏈表;還完成對圖頭參數、儀器參數等的配置,各個參數通過數據庫管理。刻度操作管理模塊負責調用刻度控制文件,并按照文件控制刻度過程,管理刻度資料。測井數據處理模塊只有在刻度和測井狀態下被調用,它根據定義的儀器組合順序,調度每個儀器對象的計算函數,應包括計算初始化,數據處理和計算結束函數。測井數據顯示模塊完成測井或刻度過程中的圖形顯示。測井模塊完成設定測井方式、測井記盤選擇等功能,并對測井過程進行實時監控。回放模塊將實時記錄的文件回放出來。

2.2 取心深度定位

取心的關鍵在于準確地從目的層取出巖心,因此取心深度的確定是取心施工的核心所在。該軟件通過實時跟蹤0.4 m電極或伽馬曲線確定取心點位置。首先,測取0.4 m電極或伽馬曲線與給定的標準曲線校深,將當前深度校好,并且要求其測量段覆蓋所有要取心的位置。將測得的曲線作為參考曲線,在參考曲線上標出需要取心的位置,然后再實時測量跟蹤參考曲線,調節參考曲線與實時測得曲線重合。當深度到達參考曲線上標好的取心點位置時停車,就可以準確地定位取心點。

2.3 深度驅動與時間驅動交替運行的實現

由于旋轉式井壁取心儀的取心是通過液壓驅動馬達帶動鉆頭來進行的,在取心過程中很容易憋鉆,損壞電機,這就要求實時監測大泵、小泵的壓力,當泵壓過高將要憋鉆時,進行退鉆來降低壓力,保護電機。通過時間驅動將實時記錄的大、小泵壓力以及巖心長度、鉆頭位移等各種參數,以曲線形式顯示出來,可以很直觀地看到各個參數的變化,從而準確判斷儀器的工作狀態;同時將記錄的各個參數重新回放,還可再現取心過程,從而對在取心過程中遇到的各種問題進行詳細分析,對儀器的故障進行準確判斷,便于儀器的維護和維修。當實時跟蹤伽馬或0.4 m電極曲線進行取心點深度定位時,采用深度驅動顯示和記錄測井信息,因此在整個取心過程中,深度驅動與時間驅動交替運行。

該軟件支持上提取心和下放取心,以上提取心為例。首先,上提儀器深度驅動測井,實時測取伽馬或0.4 m電極曲線與參考曲線進行比對,調節參考曲線與實時跟蹤曲線重合,然后開始記錄。這時軟件會根據實時深度與設定的第1個取心點的位置進行倒計數,當倒計數變為0時,同時也會看到參考曲線上標出的第1個取心點的位置,這時停車取心,軟件轉入時間驅動模式,記錄各個參數。當取心動作完成后,軟件結束時間驅動模式,再次轉入深度驅動模式,接著上次采用深度驅動方式記錄的文件繼續記錄,直到到達下1個取心點,再次進入時間驅動模式,如此反復,直到最后取完所有設定的巖心。

2.4 網絡通訊模塊的實現

井下儀通過載波通訊將采集的各種信號傳送給控制面板,地面軟件與控制面板之間通過局域網來通訊,采用TCP/IP模式,地面軟件為客戶端,控制面板為服務器[3]。

網絡程序采用 Window s Socket方式。Socket是連接應用程序與網絡驅動程序的橋梁,Socket在應用程序中創建,通過綁定操作與驅動程序建立關系。此后,應用程序送給Socket的數據,由Socket交給驅動程序向網絡上發送出去。計算機從網絡上收到與該Socket綁定的IP地址和端口號相關的數據后,由驅動程序交給Socket,應用程序便可以從該Socket中提取接收到的數據,網絡應用程序就是這樣通過Socket進行數據的發送與接收的。基于TCP的Socket編程的客戶端流程如下

(1)建立客戶端的套接字(Socket);

(2)向服務器發出連接申請(connect);

(3)和服務器端進行通信(send/recv);

(4)關閉套接字(closesocket)。

2.5 雙緩沖繪圖

測井時需滾屏顯示測井曲線,運算量大,如按常規滾屏的方法直接在應用程序的窗口繪制全圖,由于開始繪制曲線像素所需的大量圖元計算時間和結束像素繪制時間之間有延遲,經常會出現圖像的刷新速度慢、圖像重疊和閃爍、花屏等現象。應用雙緩沖技術,首先在內存中繪制測井曲線,在滾屏顯示過程中將內存中相應位塊的圖像剪貼到顯示區域,連續地顯示曲線,進而將內存中的設備相關圖像轉換成設備無關的、標準格式的圖像進行保存[4]。雙緩沖實現過程

(1)在內存中創建與畫布一致的緩沖區

(2)在緩沖區畫圖

(3)將緩沖區位圖拷貝到當前畫布上

(4)釋放內存緩沖區

3 應用實例

2009年7月,采用旋轉式井壁取心在任××井試驗取心,取得成功。圖2為任××井取心曲線,在取心過程中采用伽馬定位取心。首先用伽馬曲線進行校深,然后將校深好的伽馬曲線作為參考曲線,在取心過程中進行實時比對,從而準確地在取心點停車取心。

圖2 任××井取心曲線

4 結 論

旋轉式井壁取心軟件通過實時跟蹤0.4 m電極或伽馬曲線確定取心點位置,準確地在目的層停車取心,同時在取心位置打出標志,可以很直觀地看出取心施工點是否在設定的目的層。實際應用表明,該軟件的準確性和實時性達到了旋轉式井壁取心系統的功能要求,運行穩定可靠。

[1] 史倬暉.旋轉式井壁取心器的應用[J].測井技術, 1992,16(5):387-390.

[2] 王美珍.旋轉式井壁取心技術在油藏評價中的應用[J].大慶石油地質與開發,2009,28(4):42-45.

[3] 孫 鑫,余安萍.VC++深入詳解[M].北京:電子工業出版社,2006:523-556.

[4] 郭希明,黃旭望.利用雙緩沖技術實現巨幅測井曲線的顯示與保存[J].重慶石油高等專科學校學報, 2003,8(1):54-56.

Control Software Design for Rotary Sidewall Coring Tool

YANG Liang1,WANG Yian1,WANG Guoping2,HUANGM ingyan1,YAN Lei1
(1.Huabei Division,China Petroleum Logging CO.L TD.,Renqiu,Hebei 062552,China; 2.Technology Center,China Petroleum Logging CO.L TD.,Xi’an,Shaanxi 710077,China)

Introduced are the system composition and working p rincip le of rotary sidewall coring tool.Designed is a kind of surface controlling softw are fo r the rotary sidew all co ring tool,w hich can track GR or 0.4 m electrode in real time,locate core points accurately,and record pump p ressure and other parameters during co ring operation through time-driven app roach.A nalyzed are the realization of key technologies,such as co ring dep th location,alternative operation of dep th drive and time drive,netwo rk communication and double buffering cartography.Practical app lication in Ren91 w ell in 2009 show s that its accuracy and instantaneity reach up to the designed demand and its operation is stable and reliable.

rotary sidewall coring tool,control software,dep th localization,driver model

1004-1338(2010)05-0476-03

P631.81; TP31

A

楊 亮,男,1982年生,從事測井儀器研發工作。

2010-06-12 本文編輯 王小寧)