專利名稱：測井地面控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于石油勘探技術領域，涉及一種石油勘探過程中的測井技術， 真體地說，是涉及一種自動測井設備中的地面控制系統。
背景技術：
測井系統在石油勘探和油氣開采過程中發揮著極其重要的作用。目前的測 井系統主要由井下測井儀器、深度系統、測井車和測井地面控制系統等部分組 成。其中，測井地面控制系統是全系統的核心，在整個測井系統中主要完成數 據采集、數據處理、系統集中控制、指令下發等任務，很大程度上決定了測井 工作的成功率和測井的質量。
目前，我國研制的測井地面控制系統，其技術發展相對滯后，體系結構復 雜龐大，可靠性不高、基本處于小數控水平，更不具備成像測井功能，與當今 高集成化、高精度、輕便型快速測井平臺的國際發展趨勢不相適應。中國加入
WTO以后，測井服務市場竟爭更趨激烈，如何研制出符合我國市場需要的新型 測井地面控制系統是石油勘探技術領域迫切需要解決的主要問題之一。

實用新型內容
本實用新型為了解決現有測井地面控制平臺結構復雜龐大、可靠性差的技 術問題，提供了一種結構簡單緊湊的測井地面控制系統，具有強大的數據處理 能力和極高的可靠性。
為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案予以實現 一種測井地面控制系統，包括測井主機、第一控制平臺、信道切換單元和電源模塊；所述信道切換單元分別與第一控制平臺和電源模塊相連接，并通過
所述第一控制平臺連接測井主機；所述測井主機接收用戶輸入的操控指令，傳 輸至第一控制平臺進行指令解析，進而生成相應的控制信號輸出至信道切換單 元，對信道切換單元中的信號傳輸通道和電源傳輸通道進行選擇切換，以連通 井下儀器與地面控制系統的信號傳輸通道，并為井下儀器輸送電源；所述第一 控制平臺通過信道切換單元采集井下儀器反饋的測量信號，進而輸出至測井主 機進行監控。
為了提高測井地面控制系統運行的可靠性，在所述測井地面控制系統中還 設置有一測井輔機，連接第一控制平臺，并與測井主機進行通信，在測井主機 故障時，代替測井主機繼續執行測井任務。
其中，所述測井主機和測井輔機通過網絡交換機與第 一控制平臺連接通信。
為了對井下儀器的下井深度進行實時檢測，將所述第一控制平臺與設置在 測井車上的編碼輪相連接，接收編碼輪輸出的檢測信號，以進行下井深度的計 算，并將計算結果傳輸至測井主機；所述編碼輪將檢測信號同時輸出至絞車面 板進行下井深度的計算及顯示，以供操作測井車的技術人員監測、控制；第一 控制平臺與絞車面板進行通信，對絞車面板的計算參數及計算結果進行校正。
進一步的，在所述第一控制平臺中包含有以嵌入式計算機系統為核心的主 控模塊和采集接口模塊；所述主控模塊接收測井主機和測井輔機下發的命令參 數或井下儀器的配置信息，轉換為相應的控制信號傳輸至信道切換單元，并對 下井深度進行計算；所述采集接口模塊通過信道切換單元接收井下儀器反饋的 測量信號，輸出至主控模塊進行處理及格式變換后，上傳至測井主機或測井輔 機。
又進一步的，在所述主控模塊中包含有PC104計算機和與其連接的深度計 算處理板、A/D板和DSP板，所述PC104計算機與測井主機和測井輔機相連接， 接收其下發的命令參數或井下儀器的配置信息，傳輸至DSP板進行編碼，進而 生成相應的控制信號輸出至信道切換單元;在所述采集接口模塊中包含有模擬/脈沖信號處理板、聲波/遙測信號處理板，對采集到的測量信號進行放大、濾波、
整形和電平變換處理后，輸出至A/D板或者DSP板進行模數轉換或者編碼，進而生成數字信號傳輸至PC104計算機。
為了滿足井下多種測試儀器的供電需求，在所述電源模塊中設置有交流電源切換箱和直流電源組合箱，所述交流電源切換箱對外電和UPS電源進^f亍自動選擇切換，其輸出端連接井下儀電源箱和ELGAR電源，所述井下儀電源箱接收第一控制平臺發出的控制信號，配置成井下儀器所需交流供電輸出至信道切換單元；所述直流電源組合箱連接多臺程控直流電源，并根據第一控制平臺發出的控制信號，配置成井下儀器所需直流供電輸出至信道切換單元。
再進一步的，在所述測井地面控制系統中還設置有專用于對特殊測井儀器(比如DITS系列的測井儀器)進行獨立控制的專用測井主才幾(比如DITS測井主機)和與其連接的第二控制平臺；所述第二控制平臺連接信道切換單元，完成特殊測井儀器與第二控制平臺之間信號的雙向通訊，并與第 一控制平臺連接通信，讀取編碼輪輸出的檢測信號。
更進一步的，在所述測井地面控制系統中還包含有對電極系測井儀進行控制的電極系控制箱和/或對射孔取芯測井儀進行控制的射孔取芯控制箱；所述電極系控制箱與第一控制平臺通信，并與信道切換單元相連接；所述射孔取芯控制箱與信道切換單元連^t妾通信。
另外，為了使所述測井地面控制系統日后可以方便地連接其它種類的測井儀器控制箱，以實現對其它種類測井儀器的實時監控，在所述測井地面控制系統中還包含有連接第 一控制平臺的擴展信號接口和連接信道切換單元的擴展電纜接口，根據需要選擇連接其它測井儀器控制箱。
與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是本實用新型的測井地面控制系統可靠性高，兼容性高，具有強大的數據處理能力和成像測井功能，可有效保證測井工作的成功率和測井質量，對石油勘探和油氣開采任務的順利實施起到重要的作用。結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述后，本實用新型的其他特點和優點將變得更加清楚。
附困說明


圖1是本實用新型所提出的測井地面控制系統的一種實施例的系統原理框圖。
務體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細地說明。本實用新型的測井地面控制系統主要由測井主機、第一控制平臺、信道切換單元和電源模塊等部分組建而成。測井主機作為整套系統的中央控制單元，一方面完成對第 一控制平臺中各功能模塊所需驅動運行軟件的下載和初始化工作，并在測井過程中完成檢測數據的顯示、繪圖、記錄以及對各種數據的管理
工作；另一方面，完成對井下儀器串的配置、供電、刻度、推靠等測井才喿控指令的發送任務。第一控制平臺主要完成對測井主機下發的操控指令進行解析，并對各種測井方式反^t貴的測量信號進行采集和控制等任務。信道切換單元分別與第 一控制平臺和電源模塊相連接，根據第 一控制平臺解析輸出的控制信號對其內部的信號傳輸通道和電源傳輸通道進行選擇切換，以連通井下儀器與地面控制系統的信號傳輸通道，并為井下儀器輸送電源。
下面通過一個具體的實施例來詳細闡述所述測井地面控制系統的具體組成結構及其工作過程。
實施例一，參見圖1所示，在本實施例中，為了保證整套地面控制系統運行的可靠性以及確保測井任務能夠持續進行，在本系統中又額外設計了一臺測井輔機。測井輔機通過網絡交換機與測井主機交換數據，使系統在測井的同時可以進行資料處理等工作，以提高工作時效。若測井主機在執行測井任務的過程中出現故障，可以通過以太網口方^f更快捷地將測井輔^U妄入系統，以替代測井主機繼續完成測井任務。
測井主機和測井輔機通過選擇開關連接繪圖儀，根據實際需要控制選擇開關連通測井主機和繪圖儀的連接通路或者測井輔機與繪圖儀的連接通路，以完成測井項目的繪圖工作。所述繪圖儀在測井出圖的同時，還可以進行測后資料的出圖工作。
第 一控制平臺采用以嵌入式計算機系統為核心構成的主控模塊和采集接口模塊組成。通過主控才莫塊來接收測井主機和測井輔機下發的命令參數和井下儀器的配置信息，進而轉換為相應的控制信號傳輸至信道切換單元，以對其內部的信號傳輸通道和電源傳輸通道進行選擇切換，并通過采集來自編碼輪的檢測信號來對井下儀器的下井深度進行準確計算和控制。采集接口模塊通過信道切換單元接收井下儀器反饋的測量信號，輸出至主控模塊進行處理及格式變換后，上傳至測井主機或者測井輔機，供操作人員監控。
在本實施例中，所述主控模塊優選采用以PC104計算機為核心配合插接多種類型的功能模塊的方式組建形成。如圖1所示，PC104計算機為目前工業上常用的工控機，采用總線結構和模塊化設計技術，其內部CPU及各功能模塊皆采用插板式結構連接通訊，并提供豐富的擴展插槽以插接其它功能模塊。在本實施例中，可以在PC104計算機上插接A/D板和DSP板等功能才莫塊，以配合PC104計算機完成模數轉換功能和數字信號處理任務。所述PC104計算機通過網線連接網絡交換機，并通過網絡交換機連接測井主機和測井輔機，進而通過以太網絡實現測井主才幾或測井輔才幾與PC104計算機之間信號的實時通訊。
系統運行后，測井主機將采集、控制驅動軟件傳送至PC104計算機的隨機存儲器中，供PC104計算機調取運行。PC104計算機運行后，接收來自測井主機或測井輔機下發的操控指令，包括命令參數和有關井下儀器的配置信息等，進而對操控指令進行解析，通過DSP板進行編碼后，生成相應的控制信號輸出至信道切換單元和電源模塊，進行信道的選擇切換及電源的配置，進而向相應的井下儀器輸送工作電源并下達相關的使能和采集命令。在本實施例中，所述PC104計算才幾通過RS485串口與信道切換單元和電源模塊連接通信，進行控制信號的下發。當然，也可以采用RS232、 12(:總線或者GPIB通信板等其它接口形式連接通信，本實施例并不僅限于以上舉例。
在采集接口模塊中包含有與PC104計算機插接通信的^^莫擬/脈沖信號處理板、聲波/遙測信號處理板等，以用來接收不同井下儀器反饋回來的各種類型的測量信號，比如模擬信號、脈沖信號、聲波信號和遙測信號等。各種井下儀器將采集到的測量信號經信道切換單元切換后，進入采集接口模塊中相應的信號處理板進行放大、濾波、整形和電平變換等處理。其中，處理后的模擬量由A/D板進行通道選i奪、程控增益放大和A/D變換后，生成數字信號傳輸至PC104計算機。處理后的脈沖信號、聲波信號和遙測信號進入DSP板進行解碼，進而生成相應的數字信號輸出至PC104計算機。PC104計算機將接收到的測量數據打
在測井作業中，當前井下儀器所處的井深位置是一個重要的測量參數，該參數可以通過設置在測井車上的編碼輪輸出的檢測信號計算獲得。測井儀器通過測井車上纏繞的電纜將其放入井下，電纜在下放過程中通過編碼輪來測量下放長度。由編碼輪IDW輸出的深度信號、張力計輸出的張力信號TEN和磁記號,D —方面傳輸至第一控制平臺，通過其內部的主控模塊進行深度計算，并上傳至測井主機或測井輔機供操作人員監控；另一方面傳輸至絞車面板SDDP-C進行下井深度的計算及顯示，以供操作測井車的技術人員監測、控制。第一控制平臺中的主控模塊通過RS232串行信號線與絞車面一反SDDP-C進行通信，對絞車面板SDDP-C的計算參數及計算結果進行校正。
在本實施例中，采用了由PC104計算機為核心的深度系統來完成編碼輪檢測信號的接收、深度計算、校正、預置及防抖防滑等處理任務。具體來講，通過在PC104計算機板上插接深度計算處理板來接收編碼輪IDW輸出的深度信號、張力計輸出的張力信號TEN和磁記號醒D,進而將校正后的增量深度中斷輸出至PC104計算機進行計深。同時，可以通過串口將當前深度值、鍵盤深度預置值、鍵盤深度校正值等信息發送給PC104計算機，進而打包上傳至測井主機或測井輔才幾進行顯示、記錄和修正。PC104計算才幾通過RS232串口或者其它4妻口形式連接絞車面板SDDP-C,與其通信，進而對絞車面才反SDDP-C的計算參數及結果進行校正。
對于電極系測井儀和射孔取芯測井儀可以在地面控制系統中設置專門的電極系測井控制箱DJXP和射孔取芯控制箱CSP對其進行獨立控制。電極系控制箱DJXP與信道切換單元相連接，采集井下電極系測井儀反饋輸出的檢測信號，進而與PC104計算機通信，具體可以采用RS485、 RS232等多種信號通訊方式，將采集到的檢測信號處理后輸出至PC104計算機，打包上傳至測井主機或測井輔機。射孔取芯控制箱CSP與信道切換單元連接通信，可實現直流換檔，交流取芯方式的取芯作業。射孔功能適用于以工作電源頻率20KHz士2KHz i茲電雷管作為起爆雷管的射孔裝置，也可以通過外接起爆器完成射孔功能。
除此之外，為了使測井地面控制系統日后可以方便地連接其它種類的測井儀器控制箱，以實現對其它種類測井儀器的實時監控，在本實施例的測井地面控制系統中還設置了連接第 一控制平臺的擴展信號接口和連接信道切換單元的擴展電纜接口，根據需要可以選擇將其它測井儀器控制箱接入系統，比如RFT重復式地層測試器接口箱等，以增強系統的兼容性和開放性。
在信道切換單元中設置有多塊電纜切換板，可以采用繼電器方式實現信號傳輸通道和電源傳輸通道的選擇切換，進而根據井下測井儀器的組合對傳輸信號的纜芯和傳輸電源的電纜進行分配。采用選擇開關將+5V、 +12V電源切換至所需的電纜切換板，通電的電纜切換板可與PC104計算才幾通過RS485串口網絡建立通訊聯系而處于工作狀態，其它電纜切換板則處于斷電狀態，PC104計算機對其不能訪問，從而保證電纜切換系統的安全性和可靠性。在每塊電纜切換板上均設置有RS485程控接口并具有不同的網絡地址，PC104計算機根據不同的測井項目4喿作相應的電纜切換^1,還可以通過RS485串口網絡訪問各種切換狀態，以進4于安全性4全測。在本實施例中，電源模塊主要由交流主電源(比如外電)、交流輔助電源(比如UPS電源)、程控直流電源和繼電器電源等組成，分別完成對各種井下儀器的電子線路供電、推靠器收張、程控直流供電和繼電器換檔等功能。為了滿足井
下多種測試儀器的供電需求，在所述電源模塊中設置了交流電源切換箱ACCP和直流電源組合箱DCCP,如圖1所示。交流電源切換箱ACCP對外電和UPS電源進行自動選擇切換，當外部交流供電斷電時，自動接入UPS電源，為井下儀器提供持續的工作電源。交流電源切換箱ACCP的輸出端連接井下儀電源箱TPS和ELGAR電源，所謂ELGAR電源即為美國產的ELGAR品牌的大功率交流電源，連接井下儀電源箱TPS的輸入端。井下4義電源箱TPS通過RS485串口接收第一控制平臺發出的控制信號，配置成井下儀器所需交流供電輸出至信道切換單元，進而為井下^f義器供電，比如50Hz (60Hz )、 400Hz交流電源或者60Hz移相電源。直流電源組合箱DCCP連接多臺程控直流電源，比如圖1所示的四臺程控直流電源DCx4，并根據第一控制平臺發出的控制信號，配置成井下儀器所需的直流供電輸出至信道切換單元，進而傳輸至井下儀器為其供電。
為了對目前的某些國外測井儀器進行控制和監測，比如哈里伯頓公司的EXCELL-2000 DITS系列測井4義器，在本實施例中，在測井地面控制系統中還i殳置了專用于對DITS系列測井儀器進行獨立控制的DITS測井主機和與其連接的第二控制平臺。所述DITS測井主機通過以太網絡與第二控制平臺連接通信，通過第二控制平臺對DITS測井主機下發的操控指令進行解析，解碼生成相應的控制信號輸出至信道切換單元，以對其內部的信號傳輸通道和電源傳輸通道進行選4奪切換，進而將命令參數和相關的設定參數下傳至井下的DITS系列測井儀器，驅動其按要求運行。在所述第二控制平臺中包含有以PC104嵌入式計算機系統為核心構成的主控模塊和專用于EXCCLL-2000 DITS系列測井儀器的遙測通訊接口 ，即DEMP接口 。 PCI04主控模塊通過以太網連接DITS測井主機，在DITS測井主機的控制下，通過調制解調器實現與井下的DITS系列測井儀器的高速電纜遙測數據通訊功能，完成對DITS系列測井儀器的控制和信號釆集任務。與此
1同時，第一控制平臺中的深度計算處理板將編碼輪反饋的檢測信號(包括深度
信號IDW、張力信號TEN和磁記號匿D等)實時打包傳送至DEMP接口 ，供DITS系列測井儀器測井使用。PC104主控才莫塊將采集處理后的測量數據上傳至DITS測井主機，通過DITS測井主機完成相應測井項目的顯示、繪圖、記錄和數據管理等任務。
此外，DITS測井主機通過選擇開關連接繪圖儀，通過對選擇開關中的開關通路進行選擇切換，進而可以控制繪圖儀進行測井出圖。
在本實施例的測井地面控制系統中還包含有一數字示波器，連接信道切換單元，對井下儀器反饋上來的測井信息原始信號的波形進行顯示。
本實施例的測井地面控制系統是一個采用網絡通訊實現多機多任務組合測井的測井平臺系統，軟件系統由中央控制系統(測井主才幾和測井輔才幾Windows2000操作系統)、前置采集系統(PC104計算機VxWorks實時多任務操作系統)和DSP高速數據處理軟件等構成。
Windows 2000系統軟件實現測井工程師對測井項目的管理和測井儀器串組合配置功能，接收測井過程中由PC104計算機上傳的數據，實時計算控制井下儀器的狀態轉換，以完成測井儀器的狀態設置、測井數據曲線顯示、實時繪圖、數據記錄、回放與編輯、現場快速直觀解釋等功能，具有友好的人機對話界面。
VxWorks操作系統軟件主要實現實時數據采集和處理，并控制地面系統進行采集通道的切換和供電操作等，是整套系統的實時采集處理核心。
DSP軟件主要完成電纜遙測系統的編、解碼功能，將電纜原始上傳數據數字化后傳送至VxWorks操作系統，將VxWorks下發命令編碼后通過電纜傳送至井下儀器。
本實用新型的測井地面控制系統具有高可靠性、高兼容性等優點，并具備成像測井功能，性能價格比極高。
當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本實用新型的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1、一種測井地面控制系統，其特征在于包括測井主機、第一控制平臺、信道切換單元和電源模塊；所述信道切換單元分別與第一控制平臺和電源模塊相連接，并通過所述第一控制平臺連接測井主機；所述測井主機接收用戶輸入的操控指令，傳輸至第一控制平臺進行指令解析，進而生成相應的控制信號輸出至信道切換單元，對信道切換單元中的信號傳輸通道和電源傳輸通道進行選擇切換，以連通井下儀器與地面控制系統的信號傳輸通道，并為井下儀器輸送電源；所述第一控制平臺通過信道切換單元采集井下儀器反饋的測量信號，進而輸出至測井主機進行監控。
2、 根據權利要求1所述的測井地面控制系統，其特征在于在所述測井地 面控制系統中還包含有一測井輔機，連接第一控制平臺，并與測井主機進行通 信，在測井主機故障時，代替測井主機繼續執行測井任務。
3、 根據權利要求2所述的測井地面控制系統，其特征在于所述測井主機 和測井輔機通過網絡交換機與第 一控制平臺連接通信。
4、 根據權利要求1至3中任一項所述的測井地面控制系統，其特征在于 所述第 一控制平臺連接設置在測井車上的編碼輪，接收編碼輪輸出的檢測信號， 進^f亍下井深度的計算，并將計算結果傳輸至測井主^L;所述編碼輪將4企測信號 同時輸出至絞車面板進行下井深度的計算及顯示；第一控制平臺與絞車面板進 行通信，對絞車面板的計算參數及計算結果進行校正。
5、 根據權利要求4所述的測井地面控制系統，其特征在于在所述第一控 制平臺中包含有以嵌入式計算機系統為核心的主控模塊和采集接口模塊；所述 主控模塊接收測井主機和測井輔機下發的命令參數或井下儀器的配置信息，轉 換為相應的控制信號傳輸至信道切換單元，并對下井深度進行計算；所述采集 接口模塊通過信道切換單元接收井下儀器反饋的測量信號，輸出至主控模塊進 行處理及一各式變換后，上傳至測井主纟幾或測井輔才幾。
6、 根據權利要求5所述的測井地面控制系統，其特征在于在所述主控才莫 塊中包含有PC104計算機和與其連接的深度計算處理板、A/D板和DSP板，所 述PC104計算機與測井主機和測井輔機相連接，接收其下發的命令參數或井下 儀器的配置信息，傳輸至DSP板進行編碼，進而生成相應的控制信號輸出至信 道切換單元；在所述采集接口模塊中包含有才莫擬/脈沖信號處理板、聲波/遙測 信號處理板，對采集到的測量信號進行放大、濾波、整形和電平變換處理后， 輸出至A/D板或者DSP板進行模數轉換或者編碼，進而生成數字信號傳輸至 PC104計算機。
7、 根據權利要求4所述的測井地面控制系統，其特征在于在所述電源模 塊中包含有交流電源切換箱和直流電源組合箱，所述交流電源切換箱對外電和 UPS電源進行自動選擇切換，其輸出端連接井下儀電源箱和ELGAR電源，所述 井下儀電源箱接收第一控制平臺發出的控制信號，配置成井下儀器所需交流供 電輸出至信道切換單元；所述直流電源組合箱連接多臺程控直流電源，并根據 第一控制平臺發出的控制信號，配置成井下儀器所需直流供電輸出至信道切換 單元。
8、 根據權利要求4所述的測井地面控制系統，其特征在于在所述測井地 面控制系統中還包含有專用于對特殊測井^f義器進行獨立控制的專用測井主機和 與其連接的第二控制平臺；所述第二控制平臺連接信道切換單元，通過信道切 換單元與特殊測井儀器進行雙向通信；所述第二控制平臺同時與第一控制平臺 連接通訊，由第一控制平臺將編碼輪輸出的檢測信號傳輸至第二控制平臺。
9、 根據權利要求4所述的測井地面控制系統，其特征在于在所述測井地 面控制系統中還包含有對電極系測井儀進行控制的電極系控制箱和/或對射孔 取芯測井儀進行控制的射孔取芯控制箱；所述電極系控制箱與第一控制平臺通 信，并與信道切換單元相連接；所述射孔取芯控制箱與信道切換單元連接通信。
10、 根據權利要求4所述的測井地面控制系統，其特征在于在所述測井 地面控制系統中還包含有連接第 一控制平臺的擴展信號接口和連接信道切換單元的擴展電纜接口 ，根據需要選擇連接其它測井儀器控制箱。
專利摘要本實用新型公開了一種測井地面控制系統，包括測井主機、第一控制平臺、信道切換單元和電源模塊；所述信道切換單元分別與第一控制平臺和電源模塊相連接，并通過所述第一控制平臺連接測井主機；所述測井主機接收用戶輸入的操控指令，傳輸至第一控制平臺進行指令解析，進而生成相應的控制信號輸出至信道切換單元，對信道切換單元中的信號傳輸通道和電源傳輸通道進行選擇切換，以連通井下儀器與地面控制系統的信號傳輸通道，并為井下儀器輸送電源；所述第一控制平臺通過信道切換單元采集井下儀器反饋的測量信號，進而輸出至測井主機進行監控。該系統可靠性高，兼容性高，具有強大的數據處理能力和成像測井功能，可保證測井工作的成功率和測井質量。
文檔編號G05B19/418GK201392468SQ20092002129
公開日2010年1月27日 申請日期2009年4月21日 優先權日2009年4月21日
發明者強 吳, 吳俊卿, 吳興東, 周鑫華, 彬 宋, 揚 宋, 張瑞吉, 易朝建, 丹 李, 李建新, 楊建軒, 昀 許, 賈紅艷, 東 閻, 強 阮, 陳素琴, 隋曉波, 韓國彬, 陽 魏, 黃志松 申請人:青島杰瑞自動化有限公司