隨著世界科學(xué)技術(shù)和世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,石油在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的戰(zhàn)略地位表現(xiàn)十分突出。目前我國(guó)越來(lái)越多的油井進(jìn)入后期開(kāi)發(fā)階段,使得這一問(wèn)題更為重要和緊迫。為提高探測(cè)和開(kāi)采質(zhì)量,需要采集大量的井下數(shù)據(jù),近些年來(lái)各種測(cè)井設(shè)備得到非常快速的發(fā)展,這些新型設(shè)備需要將采集到的大量的井下數(shù)據(jù)傳輸至地面分析處理。測(cè)井,是石油勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。
1 石油測(cè)井系統(tǒng)的現(xiàn)狀與問(wèn)題
目前,石油測(cè)井井下儀器種類繁多,國(guó)內(nèi)眾多廠家生產(chǎn)的井下儀器和國(guó)外幾大公司的井下儀器的信號(hào)各有其特點(diǎn),這給地面測(cè)井儀器的研制造成了一定的困難。一方面地面儀器最好能兼容多種類型的井下儀器,提高用戶選擇井下儀器的靈活性；另一方面地面儀器不能由于兼容性而體積過(guò)于龐大,這會(huì)增加成本和不可靠因素。井下儀器上傳的信號(hào)有深度信號(hào)、模擬量信號(hào)、脈沖信號(hào)、曼徹斯特編碼信號(hào)等。各種井下儀器在傳輸信號(hào)上的不同主要是編碼信號(hào)的不同。在早期的和現(xiàn)有的多數(shù)地面儀器中,編碼和解碼的工作是由專用芯片來(lái)完成的,每種編碼信號(hào)的調(diào)制解調(diào)都需要一塊專用接口板,如需配接不同傳輸格式的井下儀,地面儀器就得配接不同的地面接口。這大大增加了地面儀器的難度。兼容不同傳輸方式的井下儀器越多,接口板就越多,地面儀器越復(fù)雜、龐大,造成了地面儀器可靠性隨之下降。
2 石油測(cè)井系統(tǒng)組成
目前完整的石油測(cè)井系統(tǒng)可以分為井上設(shè)備和井下設(shè)備,井下設(shè)備由多種不同用途的傳感器和電纜遙測(cè)短節(jié)構(gòu)成。將多只測(cè)井儀器組合在一起,首先要考慮各只儀器之間能否組合在一起；其次是各只儀器怎樣組合在一起。從信號(hào)傳輸及電路設(shè)計(jì)的角度來(lái)看這個(gè)問(wèn)題,就是每個(gè)儀器采集的信號(hào)怎樣匯集在一起,按統(tǒng)一的順序發(fā)送到地面系統(tǒng)中,以便于地面系統(tǒng)確認(rèn)和識(shí)別。電纜遙測(cè)短節(jié)的作用是與井下其他測(cè)量具體參數(shù)的儀器之間建立一條內(nèi)部總線進(jìn)行通訊,各測(cè)量?jī)x器掛載于總線上,通過(guò)串口按照一定協(xié)議傳輸信號(hào)。總的看來(lái),井下儀器部分負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù),然后將其傳送給多參數(shù)組合測(cè)井儀系統(tǒng)。井上設(shè)備部分由多參數(shù)組合測(cè)井儀、PC機(jī)、直流電源、繪圖儀構(gòu)成。其中直流電源負(fù)責(zé)給多參數(shù)組合測(cè)井儀器供應(yīng)所需要的各種直流電壓。多參數(shù)組合測(cè)井儀負(fù)責(zé)與井下儀器進(jìn)行通信,接收井下傳感器上傳的各種模擬信號(hào)以及接收外部的深度信號(hào),其他儀器的脈沖信號(hào)等。
3 石油測(cè)井系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
目前現(xiàn)有的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)模擬信號(hào)的處理多采用電路構(gòu)成的模擬濾波。不同的信號(hào)通路選用不同的電路構(gòu)成需要的模擬濾波器等電路。對(duì)于編碼信號(hào)多采用專用的編解碼芯片,專用的編解碼芯片的應(yīng)用相對(duì)比較簡(jiǎn)單,功能也相對(duì)比較完善。脈沖信號(hào)的處理與模擬信號(hào)的缺點(diǎn)相似,雖然電路不是非常復(fù)雜,但是由于信號(hào)數(shù)目的限制,處理電路在體積上還是難以縮減。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)特點(diǎn)是使得多個(gè)通路的信號(hào)復(fù)用一個(gè)信號(hào)采集處理的通路,相比現(xiàn)有的技術(shù)方案減少了硬件的信號(hào)處理電路,并將各個(gè)通路復(fù)用為一個(gè)通路實(shí)現(xiàn)采集,處理等功能。與一般的現(xiàn)有的設(shè)備相比較,本系統(tǒng)的硬件架構(gòu)非常的簡(jiǎn)潔。本設(shè)計(jì)的主要思想是搭建通用的信號(hào)采集通路,通過(guò)時(shí)分復(fù)用的方式對(duì)多路不同的信號(hào)進(jìn)行采樣,對(duì)于各路信號(hào)需要不同的處理,可以在嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行不同參數(shù)的處理函數(shù)來(lái)滿足系統(tǒng)的要求。
4 石油測(cè)井系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
近年來(lái),隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)己成為熱點(diǎn),而Linux作為一個(gè)自由軟件,也得到了極大的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)與Linux的結(jié)合,正日益被人們看好。Linux自身具備一整套工具鏈,容易自行建立嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境和交叉運(yùn)行環(huán)境,并且可以跨越嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的仿真工具的障礙。Linux具有內(nèi)核小,效率高,源代碼開(kāi)放等優(yōu)點(diǎn)。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持使得可以利用Linux的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧將其開(kāi)發(fā)成為嵌入式的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。一個(gè)基本的嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)包括:
(1)引導(dǎo)程序。能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速引導(dǎo),提供瞬間開(kāi)機(jī)功能。負(fù)責(zé)將Linux核加載到內(nèi)存,并將控制權(quán)交給內(nèi)核初始化程序。具體工作包括:尋找或?qū)?/span>指定的內(nèi)核映像解壓,解壓文件系統(tǒng)。
(2)Linux內(nèi)核。Linux內(nèi)核由內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、定時(shí)器中斷管理、模塊管理、虛擬文件系統(tǒng)、接口文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、進(jìn)程問(wèn)通信、網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)啟動(dòng)等構(gòu)成。
(3)初始化進(jìn)程。系統(tǒng)在剛剛啟動(dòng)時(shí),運(yùn)行于內(nèi)核方式,這時(shí)候只有一個(gè)初始化進(jìn)程在運(yùn)行,他首先做系統(tǒng)的初始化,然后執(zhí)行初始化程序。初始化進(jìn)程是系統(tǒng)的第一個(gè)進(jìn)程,以后所有的進(jìn)程都是初始化進(jìn)程的子進(jìn)程。
(4)硬件驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是內(nèi)核的一部分,它像內(nèi)核中其它代碼一樣運(yùn)行在內(nèi)核模式。驅(qū)動(dòng)程序如果出錯(cuò)將會(huì)使操作系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞,甚至能使系統(tǒng)崩潰并導(dǎo)致文件系統(tǒng)的破壞和數(shù)據(jù)丟失。
5 結(jié)語(yǔ)
在石油測(cè)井系統(tǒng)中使用了嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,使得以后對(duì)該系統(tǒng)功能的擴(kuò)充更加容易。利用了USB接口完成系統(tǒng)和PC機(jī)的連接通信,將系統(tǒng)和PC機(jī)的通信速率大幅度的提高。組合測(cè)井儀的設(shè)計(jì)只是完成了一部分的工作,還有相當(dāng)大的工作量需要完成。今后石油測(cè)井儀器進(jìn)一步工作的重點(diǎn)在于井下儀器的配置,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),地面系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)。
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