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浅谈嵌入式石油测井仪器的设计与使用
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SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
科技资讯
工 业 技 术
浅谈嵌入式石油测井仪器的设计与使用
梁双锋1 朱保定2 乌彦辉1
(1. 西安方元能源工程有限责任公司 西安 71 0 0 1 4 ; 2 . 长庆油田超低渗透油藏研究中心 西安 7 10 2 0 1 )
摘 要:本文首先简单的介绍了石油测井系统的现状和存在问题,基于嵌入式处理器的石油测井仪器的设计与实现,依据对多路信号时分
复用的原理,研究了在单一的采集通道中实现对多路信号的采集方法,设计多路复用的测井仪器硬件系统,实现了测井仪器的小型化以及
对信号处理的数字化。
关键词:石油测井 硬件设计 信号 软件设计
中图分类号:TB1
文献标识码:A
文章编号:1672-3791(2010)12(a)-0083-01
随着世界科学技术和世界经济的迅猛
发展,石油在世界经济发展中的战略地位
表现十分突出。目前我国越来越多的油井
进入后期开发阶段,使得这一问题更为重
要和紧迫。为提高探测和开采质量,需要采
集大量的井下数据,近些年来各种测井设
备得到非常快速的发展,这些新型设备需
要将采集到的大量的井下数据传输至地面
分析处理[1]。测井,是石油勘探开发过程中
不可缺少的重要环节。
来,井下仪器部分负责采集数据,然后将其
责将Linux核加载到内存,并将控制权交给
内核初始化程序。具体工作包括:寻找或将
指定的内核映像解压,解压文件系统[5]。(2)
Linux内核。Linux内核由内存管理、进程管
理、定时器中断管理、模块管理、虚拟文件
系统、接口文件系统、设备驱动程序、进程
问通信、网络管理、系统启动等构成。(3)初
始化进程。系统在刚刚启动时,运行于内核
方式,这时候只有一个初始化进程在运行,
他首先做系统的初始化,然后执行初始化
程序。初始化进程是系统的第一个进程,以
后所有的进程都是初始化进程的子进程。
(4)硬件驱动程序。设备驱动程序是内核的
一部分,它像内核中其它代码一样运行在
内核模式。驱动程序如果出错将会使操作系
统受到严重破坏,甚至能使系统崩溃并导致
文件系统的破坏和数据丢失[6]。
传送给多参数组合测井仪系统。井上设备
部分由多参数组合测井仪、PC机、直流电
源、绘图仪构成。其中直流电源负责给多参
数组合测井仪器供应所需要的各种直流电
压。多参数组合测井仪负责与井下仪器进
行通信,接收井下传感器上传的各种模拟
信号以及接收外部的深度信号,其他仪器
的脉冲信号等。
3 石油测井系统硬件设计
1 石油测井系统的现状与问题
目前现有的系统的设计对模拟信号的
处理多采用电路构成的模拟滤波。不同的
信号通路选用不同的电路构成需要的模拟
滤波器等电路。对于编码信号多采用专用
的编解码芯片,专用的编解码芯片的应用
相对比较简单,功能也相对比较完善。脉冲
信号的处理与模拟信号的缺点相似,虽然
电路不是非常复杂,但是由于信号数目的
限制,处理电路在体积上还是难以缩减。本
目前,石油测井井下仪器种类繁多,国
内众多厂家生产的井下仪器和国外几大公
司的井下仪器的信号各有其特点,这给地
面测井仪器的研制造成了一定的困难。一
方面地面仪器最好能兼容多种类型的井下
仪器,提高用户选择井下仪器的灵活性；另
一方面地面仪器不能由于兼容性而体积过
于庞大,这会增加成本和不可靠因素。井下
5 结语
在石油测井系统中使用了嵌入式系统
的设计方案,使得以后对该系统功能的扩
充更加容易。利用了USB接口完成系统和
PC机的连接通信,将系统和PC机的通信速
率大幅度的提高。组合测井仪的设计只是
完成了一部分的工作,还有相当大的工作
量需要完成。今后石油测井仪器进一步工
作的重点在于井下仪器的配置,系统结构
的设计,地面系统软件的开发。
仪器上传的信号有深度信号、模拟量信号、 系统的硬件设计特点是使得多个通路的信
脉冲信号、曼彻斯特编码信号等[2]。各种井
下仪器在传输信号上的不同主要是编码信
号的不同。在早期的和现有的多数地面仪
器中,编码和解码的工作是由专用芯片来
完成的,每种编码信号的调制解调都需要
一块专用接口板,如需配接不同传输格式
的井下仪,地面仪器就得配接不同的地面
接口。这大大增加了地面仪器的难度。兼容
不同传输方式的井下仪器越多,接口板就
越多,地面仪器越复杂、庞大,造成了地面
仪器可靠性随之下降。
号复用一个信号采集处理的通路,相比现
有的技术方案减少了硬件的信号处理电
路,并将各个通路复用为一个通路实现采
集,处理等功能。
与一般的现有的设备相比较,本系统
的硬件架构非常的简洁。本设计的主要思
想是搭建通用的信号采集通路,通过时分
复用的方式对多路不同的信号进行采样,
对于各路信号需要不同的处理,可以在嵌 参考文献
入式系统中运行不同参数的处理函数来满
足系统的要求。
[1] 常杰锋.测井仪器通用CAN总线接口设
计与实现[D].华中科技大学,2007.
[2] 张向林,刘新茹,刘向汉.中国测井技术
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[3] 汪俊琦,赵京红。EXCELL2000G测井系
统与PC机的数据快速传输[J].石油和化
工设备,2010(1).
2 石油测井系统组成
4 石油测井系统软件设计
目前完整的石油测井系统可以分为井
上设备和井下设备,井下设备由多种不同
用途的传感器和电缆遥测短节构成。将多
只测井仪器组合在一起,首先要考虑各只
仪器之间能否组合在一起；其次是各只仪
器怎样组合在一起。从信号传输及电路设
计的角度来看这个问题,就是每个仪器采
集的信号怎样汇集在一起,按统一的顺序
发送到地面系统中,以便于地面系统确认
和识别。电缆遥测短节的作用是与井下其
他测量具体参数的仪器之间建立一条内部
总线进行通讯,各测量仪器挂载于总线上,
通过串口按照一定协议传输信号[3]。总的看
近年来,随着电子技术的不断进步,嵌
入式系统开发己成为热点,而Linux作为一
个自由软件,也得到了极大的发展,嵌入式
系统与Linux的结合,正日益被人们看好[4]。 [4] 张峰峰,潘明,韦海旋,等.嵌入式U盘
Linux自身具备一整套工具链,容易自行建
立嵌入式系统的开发环境和交叉运行环
境,并且可以跨越嵌入式系统开发中的仿
真工具的障碍。Linux具有内核小,效率高,
源代码开放等优点。强大的网络支持使得
可以利用Linux的网络协议栈将其开发成
为嵌入式的TCP/IP网络协议。一个基本的
嵌入式操作系统应包括:(1)引导程序。能实
现系统的快速引导,提供瞬间开机功能。负
读写器接口技术和系统设计[J].单片机
与嵌入式系统应用,2006(11).
[5] 周树槐,韦克平.数控测井系统小型化
和模块化设计[J].电子测量技术,2006
(4).
[6] 曾杰.便携式生产测井地面系统设计方
案[J].江汉石油职工大学学报,2005(2).
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