綜合錄井數據采集與遠程實時監測系統設計

梁海波 張 金 張徐興安

(西南石油大學電氣信息學院，四川 成都 610500)

0 引言

綜合錄井是一種隨鉆石油勘探技術［1］。它是在鉆井過程中應用電子技術、計算機技術，借助分析儀器進行各種石油地質、鉆井工程及其他隨鉆信息的采集、分析處理，進而實現發現油氣層、評價油氣層和實時鉆井監控等目的。該技術在指導鉆井施工、進行地層評價和油氣資源評價方面具有無可替代的優勢［2］。

綜合錄井監測參數眾多、監測環境復雜、錄井異常情況復雜多樣。當出現井下復雜異常情況或油氣征兆時，受現場錄井人員經驗和技術水平限制，很難做到及時、有效地發現、預測和判斷。

綜上所述，有必要設計一配套軟件系統，將現場實時采集的綜合錄井數據上傳至遠程專家決策端，然后由遠程專家根據現場實時采集的數據以及現場工況，指導現場更加安全、高效地進行鉆井作業。

1 LabVIEW搭建系統優越性

LabVIEW是美國國家儀器公司(national instrument，NI)的軟件產品，是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言(G語言)。LabVIEW提供了大量的硬件驅動與專用工具，能夠輕松實現與大部分接口的硬件連接。通過DLL、CIN節點、Active、.Net或Matlab腳本節點等技術，可以輕松實現LabVIEW與其他程序語言的混合編程。同時，LabVIEW通過應用程序生成器可以輕松地發布EXE、動態鏈接庫和安裝包［3］。與其他開發軟件相比，LabVIEW具有開發效率高、開發周期短、拓展性好等優點。

2 系統實現

本文通過將基于LabVIEW平臺開發的數據采集及遠程實時監測系統與各種硬件設備形成配套裝備，實現現場與遠程專家決策端的實時互動，從而為現場鉆井決策提供可靠依據。

2.1 系統總體框架

綜合錄井實時監測系統物理框架如圖1所示。綜合錄井現場通過本系統數據采集模塊，將各傳感器測量信號通過RS-485串行總線通信方式傳送至現場工控機?，F場工控機在為綜合錄井現場監測提供數據的同時，通過無線CDMA遠程數據傳輸方式，將現場實時采集數據傳送至遠程數據源服務器端。本文基于遠程數據源服務器，通過B/S組網模式搭建遠程實時監測系統，從而實現綜合錄井的遠程實時監測。

圖1 綜合錄井實時監測系統框架Fig.1 The framework of comprehensive mud logging real-time monitoring system

2.2 現場數據采集系統

本文選用北京阿爾泰科技發展有限公司生產的DAM-3000系列分布式采集模塊，實現錄井現場數據的采集。該系列模塊是通用傳感器與計算機的便卸式接口模塊，產品性能可靠穩定，已廣泛應用于各種工業環境。該系列模塊提供標準的RS-485通信接口，采用高質量的進口元器件，模塊化電源設計。內嵌單片機系統在軟硬件方面均采用了先進的抗干擾措施。該模塊具備良好的數據采集性能。

本文采用基于LabVIEW調用動態鏈接庫(dynamic link library，DLL)的方式實現數據采集。DLL是一個可以多方共享的程序模塊，其內部對共享歷程和資源進行了封裝，具有共享代碼、資源和數據，語言無關性，隱藏實現細節、節省內存的優點［3］?；贒LL動態鏈接庫方式較好地解決了在LabVIEW平臺下使用國產數據采集設備實現數據采集的問題。

DLL調用時，需要使用LabVIEW函數選板提供的調用庫函數節點，并對庫函數節點進行相應配置。根據現場數據采集的需求，本文主要采用了以下幾個數據采集函數:CreateDevice、InitDevice、ReadDeviceAD、ReleaseDevice，調用規范全部采用 stdcall(WINAPI)。主要配置參數包括串口號、模塊地址、波特率、讀數據間隔以及數據通道等。

值得注意的是，由于采集的數據是數據采集模塊A/D轉換器轉換后的數字量，為了便于操作者的理解及后期數據處理，需要將A/D轉換后的數字量變換成帶有工程單位的數字量，即進行標度變換。根據綜合錄井數據采集參數類型，本文選擇以下標度變換公式對采集的數據進行標度變換。

式中:Y0為被測量量程的下限;Ym為被測量量程的上限;Y為標度變換后的數值;N0為Y0對應的A/D轉換后的數字量;Nm為Ym對應的A/D轉換后的數字量;X為Y所對應的A/D轉換后的數字量。

標度變換是指在ReadDeviceAD函數后添加一個公式節點，并按照上述標度變換公式對其輸出數據進行轉換。通過以上處理，既保證了最后獲取的數據就是所需要的綜合錄井實時采集數據，又完成了現場綜合錄井數據的采集。

2.3 CDMA遠程傳輸系統

碼分多址(code division multiple access，CDMA)，是在數字通信技術分支擴頻通信的基礎上發展起來的。最新的CDMA 1X的理論傳輸速率可達300 kbit/s，具有覆蓋范圍廣、費用低、技術完善、安全可靠性高等優點［4］。因此，為了滿足綜合錄井在復雜環境條件下，特別是有線網絡傳輸受限時數據遠程傳輸的需求，本文選擇了基于CDMA無線網絡實現綜合錄井數據的遠程傳輸。CDMA無線網絡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數據傳輸效率，方便、快捷地實現了綜合錄井遠程實時監測。

本文選用ZOGLAB推出的一款基于CDMA20001X 2.5 GHz網絡平臺的終端產品 C2000 CDMA無線modem。其內部采用CDMA無線模塊，內嵌TCP/IP協議，能夠輕松實現語音、短信、高速數據傳輸等應用。CDMA 20001X采用全金屬合金鋁外殼，堅固耐磨、抗輻射、防靜電打擊(4 kV接觸ESD保護)，能夠很好地適應各種復雜、惡劣環境下綜合錄井數據遠程傳輸的需求。

綜合錄井數據經現場數據采集設備采集至工控機。工控機將要發送的數據打包以后，通過RS-232接口傳送給CDMA模塊;CDMA模塊再將數據以報文的形式通過中國聯通CDMA網絡傳送給遠程決策端服務器。遠程決策端服務器采用LabVIEW的VISA控件實現數據的讀取。VISA是一種標準I/O接口軟件［6］。使用VISA時，需要安裝C2000 CDMA無線modem自帶的驅動軟件。LabVIEW共有5個串行通信節點，分別實現串口設置、寫串口、讀串口、檢測串口緩存、中斷等功能［7］。

基于LabVIEW的VISA控件的串口數據讀取程序界面如圖2所示。

圖2 串口數據讀取程序界面Fig.2 The interface of serial port data READ program

2.4 遠程實時監測系統

通過遠程實時監測端，搭建由遠程服務器與監測計算機組組成的遠程實時監測局域網。遠程服務器安裝有實時監測系統和數據庫管理系統。監測計算機組通過網頁即B/S模式與服務器建立連接，直接將服務器端VI前面板“原封不動地搬移”到監測計算機組的屏幕上，從而實現遠程實時監測。

搭建遠程實時監測系統時，需要在遠程服務器中配置和啟動LabVIEW Web服務器，并配置Web發布工具。具體配置方法可參見參考文獻［1］。通過以上方式對遠程服務器進行配置后，即可在遠程監測計算機組上通過Web瀏覽器方式實時監測現場綜合錄井工況，從而實現綜合錄井遠程實時監測。

2.5 數據庫管理與應用

為便于分析，監測系統必須對其所監測數據進行存儲。數據庫管理系統以其整體描述性、數據獨立性、數據共享性、安全完整性等優點成為管理大量測量數據的最佳方法［8］。

本文選用SQL Sever 2000數據庫管理軟件對綜合錄井實時采集數據(包括現場數據采集端數據以及遠程數據接收端數據)進行管理。

本文基于一個完全免費且開源的數據庫訪問工具——LabSQL工具實現對數據庫的訪問。該工具基于ActiveX數據對象(ActiveX data objects，ADO)模型，實現數據庫訪問與操作。ADO是微軟利用自動化服務器技術開發的數據庫接口，其對關系型數據庫和非關系型數據庫都提供了支持［9］。

為了更加有效地與數據庫建立連接，采用了基于數據連接工具ODBC，并通過建立數據源別名(data source name，DSN)的方式進行數據庫訪問、管理和操作。

采用LabSQL工具對數據庫進行各種查詢、增、刪改操作時，需要利用 ADO Connection Create.vi、ADO Connection Open.vi、SQL Execute.vi、ADO Connection Close.vi等子VI，并在相應端口輸入執行操作的SQL語句。基于LabSQL工具進行數據庫管理與操作，程序實現簡捷方便，程序執行效率較高。

3 結束語

基于LabVIEW虛擬儀器軟件開發的綜合錄井數據采集與遠程實時監測系統，具有人機交互界面友好、系統性能穩定等特點［10-12］。經實踐檢驗，現場實時數據采集及時準確、穩定性高，能夠滿足綜合錄井現場實時監測的需求。同時，基于CDMA的遠程數據傳輸方式的數據傳輸效率高、準確性好，能夠滿足復雜條件下綜合錄井數據遠程傳輸需求。遠程監測端能夠實時接收并實時顯示現場錄井工況，為遠程專家決策提供有力保障。

［1］楊立平，楊進.現代綜合錄井技術基礎及應用［M］.北京:石油工業出版社，2008.

［2］戴永壽，張欣欣，于云華，等.綜合錄井信息共享方法的研究和探討［J］.錄井工程，2007(3):33-35.

［3］陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW8.20程序設計從入門到精通［M］.北京:清華大學出版社，2007:22-33.

［4］陳小蘭，蘇武潯.一種基于移動通信網絡的無線數傳系統［J］.福建電腦，2007(2):123-124.

［5］田海峰，趙建平，董艷鋒.基于無線數傳與CDMA的遠程測控網絡［J］.通信技術，2009(11):130-132.

［6］劉軍華，郭會軍，趙向陽.基于LabVIEW的虛擬儀器設計［M］.北京:電子工業出版社，2003:233-234.

［7］陳金平，王生澤，吳文英.基于LabVIEW的串口通信數據校驗和的實現方法［J］.自動化儀表，2008(3):32-34.

［8］臧懷剛，馮思萌.基于LabVIEW的工業污水多參數在線監測系統［J］.自動化儀表，2009(4):44-46.

［9］陳樹學，劉萱.LabVIEW 寶典［M］.北京:電子工業出版社，2001:460-461.

［10］張林，梁海波，郭智勇.基于虛擬儀器技術的錄井培訓系統設計［J］.儀器儀表用戶，2011，12(4):34-35.

［11］鄭樹元.精通LabVIEW虛擬儀器程序設計［M］.北京:清華大學出版社，2008.

［12］周偉林，楊華勇，李清峰.基于LabVIEW的數字濾波器的設計［J］.微計算機信息，2006，22(13):163-164.