关于石油测井仪器的功能模块化探讨

姚晓兵（北京环鼎科技有限责任公司，北京，102200）

关于石油测井仪器的功能模块化探讨

姚晓兵
（北京环鼎科技有限责任公司，北京，102200）

测井技术是油气田勘探开发的重要手段，但目前油田生产过程中的测井仪器测量大多存在参数单一，测量效率低，功能性与兼容性差等问题。本文对石油测井仪器的功能模块化进行了相关探讨，从硬件、软件两方面探讨了相关设计思路。

测井仪器；功能模块化；硬件；软件

1　测井与测井仪器

1.1测井

测井全称为地球物理测井，进行测井的目的是通过分析测得的电、声、热、放射性等物理参数来辨别地下岩石与流体的性质，更好的评估油井与油气藏状况。测井技术在1927年由斯伦贝谢兄弟发明，我国在1937年将测井技术应用于实际生产当中。石油领域的测井大致分为两类：一类称为勘探测井，目的是探测地层结构，对地层岩性、油气水层进行探测分析，从而利于油气藏的发现与评价。另一类是开发测井，主要是通过对井下的岩石物理性质等进行测定，对各个油层的工作状况、开发井的技术状况进行监测，调整作业措施以提高采油效率。

1.2测井仪器

在实际的油田生产测井中，要完成深度、压力、温度等参数的采集，须使用各种仪器进行。这些测井仪器分为井下仪器、地面仪器以及辅助设备等。井下仪器种类有数十种，其主体为各种探测器，多为圆柱状，用于在井下贴井壁或居中测量。地面仪器主要向井下供电，控制测量过程，并将井下测量信号转换为测井物理参数。辅助设备为测井用电缆与仪器车等。

实际上，对于同一口油井，要了解其各种参数以及套管的破损情况与射孔质量情况等需要使用各种专门的仪器进行，若每次下井测量仅测量一个或少个数据，则需要多次重复下井测量，不仅费时费力，还多占用了油井正常生产的时间。而如果将测井仪器功能进行模块化组合，使测井仪器一次下井就可以完成多种参数的测量，同时监控套管与射孔等情况，可以大大简化测井流程，提高效率。因此，加强测井仪器的功能模块化具有现实意义，有必要对更高程度的功能模块化组合仪器进行探讨。

2　石油测井仪器功能模块化设计思路

国内外现有功能模块化的测井仪器种类较多，也各有所长。西安宏邦的DDS38Y测井仪器价格低廉体积较小，但是无法进行功能扩展。中船715所的ZDC-I性虽然可以扩展功能，但是仪器体积又过大。英国SONDEX公司的PL组合测井仪器虽然在扩展性、精度等方面表现优秀，但是价格昂贵且兼容性较差，应用成本高昂。针对这些仪器的优缺点，我们要积极探讨功能模块化程度更高的测井仪器。

传统仪器由于生产厂商的技术封闭性，其软件系统与功能往往是固定的，仅在生产厂商进行系统更新时才可以被动更新。此外，仪器出厂时功能是固定的，用户不能根据功能需求进行功能扩展。仪器功能模块化的主要意义在于使用户可以根据功能需求而选择或扩展仪器功能，各个功能模块互不影响相互独立，既能单独工作，也可以组合同时进行测量，减少下井次数，提高工作效率。

功能模块化的仪器应该支持硬件的扩展，各模块可通过同样的通信端口进行挂接。这不仅使数据吞吐量得以提高，还提高了工作效率并降低了设计制造成本。

3　测井仪器功能模块化的总体设计

功能模块化的测井仪器是高性能的测量硬件与功能完善的相关测试分析软件相结合的。所以“功能模块化”不仅要有硬件的模块化，还必须有相应的软件模块化，两者缺一不可。

3.1硬件模块化

为了使测量仪器能够自由扩展，各功能模块能够灵活应用与维护，硬件的模块化需要做到以下三点：

3.1.1标准化的尺寸。各个功能模块化需要相关测试模块外形尺寸的标准化，这主要涉及仪器外壳的设计加工。各个模块的尺寸一致不仅节省开发成本，同时也便于实际应用与保养维护。

关于尺寸的标准化还涉及到仪器外壳设计，仪器外壳除了要满足尺寸的标准化，还要满足密封要求，例如O型圈沟槽配合尺寸的设计；强度设计要能够确保仪器在井下的形变量不会影响机械性能；仪器在井下电气性能要确保高温高压下的绝缘性，电路接触的可靠性与绝缘性以及插口处的强度与可靠性。此外，外壳设计还要满足安装的便捷性要求。

3.1.2标准化的接口。要想使各个功能模块无缝对接，则必须要使仪器具备开放性，即在使用时可以在原有测试仪器上直接挂接其他仪器，且不会对其他模块的正常工作带来影响。这样用户可以根据实际功能需求选择相应的功能模块拼接后下井测量。

其中，通信接口是仪器功能模块化研究的一项关键内容。CAN总线通信较为可靠，操作简单且易实现，带有较多的挂接节点，在工业控制领域中的应用范围广阔。我国使用的井下仪器大多带有的是RS232接口，该接口与其他接口间的数据通信可以通过使用协议Modbus来实现。我们所设计的接口完成的功能是RS232总线与CAN总线之间的数据转换，且支持Modbus协议。我们通过外加硬件转换器来实现CAN和RS232总线之间的数据转换，用这种思路来解决不同网络设备之间的连接问题是比较简单的。

3.1.3电路接口标准化。所谓的硬件模块化不仅是简单地将各个模块进行物理连接组装，还有关键的一点是实现各个模块的电路环境相统一，使各模块应用同一条电路同步测量且互不干扰。

功能模块化组合测井仪器主要由上位机、井下挂接仪器、通信接口组成。若要完成不同的功能，仪器可以根据实际需要，通过通信接口挂接各种井下仪器来进行，如挂接流量计测量流量；挂接压力计来测量井下温度和压力；挂接磁定位和伽马射线测井仪器来测量井下深度，挂接存储式摄像仪来采集存储井下视频等。

3.2软件模块化

硬件的模块化只是整个模块化仪器系统的基础，还需要软件上的功能模块化以使整个仪器系统实现真正的功能模块化。

3.2.1与硬件相匹配的软件模块化。所谓与硬件相匹配的软件模块化，是指各个硬件模块需要一个统一上位机端的软件来进行统一控制。上位机端发出的命令格式相同，在需要挂接的模块进行测量时只需要根据测量任务而勾选命令中的功能选项，既方便快捷又安全高效。

3.2.2程序设计的模块化。如下图所示，程序模块化就是将一个较为复杂的问题经过分析之后拆解为若干个子问题，之后针对这些子问题设计子程序，这些子程序整合之后又形成一个完成程序。

对程序也进行模块化设计使程序的编写、测试更加方便，既简化了软件的调用与纠错，也使程序的稳定性得到强化。此外，在硬件焊接时程序模块化也使得焊接测试变得更加方便。

4　小结

当前，测井仪器更强大、模块化程度更高已经成为一种趋势，测井仪器体积将越来越小，各功能越来越集中但又相互独立，数据存储传输效率越来越高甚至无线传输。具体上，测井仪器的各个功能模块应按照统一的软、硬件标准进行设计。使用相同的接口与传输协议可以进行单独或组合测井，在实际测井过程中可以根据用户需要，自由选择测量的参数与要实现的功能，为修井作业、优化注采方案实现油井高效开发提供依据。

［1］胡鑫波.基于单片机的Modbus协议的实现［D］南京：东南大学，2012.

［2］王振力，孙平，刘洋工业控制网络［M］.北京：人民邮电出版社，2012.

［3］武贵俊.嵌入式石油测井仪器的研究［J］中国石油和化工标与质量，2014，（2）：69-70.

On the functional module of petroleum logging instrument

Yao Xiaobing
（Beijing Huan Ding Technology Co.， Ltd.，Beijing，102200，China）

Logging technology is an important means of oil and gas field exploration， but in the process of current oil production， most logging instruments have such problems as single parameter，low efficiency，poor function and compatibility.In this paper，the functional modules of the oil logging instrument was discussed， and it gave some design ideas from two aspects of hardware and software.

logging instrument；functional module；hardware；software

图、模块化程序设计思路

姚晓兵（1974-），男，汉族，陕西扶风人，本科学历，北京环鼎科技有限责任公司工程师，研究方向：测井仪器。