定录导一体化数据传输与监控系统建设

陈 志 伟

(中国石油长城钻探工程有限公司录井公司)

0 引 言

定录导一体化技术是指在钻井施工过程中使用随钻测量仪器获取多种地质和工程参数，同步跟踪近钻头地层情况并进行地质模型校正，对所钻地层进行地质评价，实时计算钻头位置，精确控制井轨迹在目标地质体中穿行，提高水平井中靶率及钻遇率[1]。

长城钻探录井公司一直致力于提高录井信息服务的应用水平，优化现场工作模式，目前已经实现了基于WITS标准的地质、综合录井、钻井参数、钻井液性能等数据的自动采集传输、资料处理和网上成果展示[1]，但一直没有将随钻测量数据、地质导向、综合录井等数据进行统一存储、远程传输和一体化展示[2-6]。随着各油区水平井钻探数量不断增加，随钻综合导向技术不断发展，为实现全方位监控和跟踪，各部门用户对现场数据的管理、组合、层次分析越来越多，而当前现场模式依旧滞留在收集整理静态数据，形成导向模型的方式。现场地质师需要手动记录随钻数据，信息滞后，准确率较低，且没有统一的导向系统进行成果展示分析。因此，需要构建一个将随钻定向、综合录井、地质导向等实时数据进行统一传输与监控的系统。为此开发了定录导一体化数据传输与监控系统，应用现场数据采集传输及专业图件绘制技术，对随钻测量过程中钻井、录井、定向井、地质导向等实时数据进行自动采集、远程数据查询、实时曲线显示、历史曲线回放，实现曲线实时跟踪、远程导向监控、区域模型分析。通过建立以目标井为中心的数据主库，为正钻井提供可视化的分析跟踪工具，为技术专家提供实时钻井数据和图形，从而达到远程综合导向技术决策、提高钻井时效与质量、控制钻井成本的目的。

1 系统总体设计

系统针对钻井施工数据具有种类繁多、数据量大、图形显示复杂、数据安全性和实时性要求高等特点，使用C#语言开发[7-11]，采用C/S 软件架构，操作界面可根据个人习惯配置，支持多语言扩展。系统将现场数据实时采集，通过无线网络进行传输，并存储于基地中心数据库，用户通过客户端访问服务器，实现对钻井施工数据的远程查询工作。

1.1 系统架构

系统主要由现场数据采集传输模块(包括综合录井数据采集、随钻测量数据采集、地质导向数据采集、数据无线传输)，数据服务模块(包括井身轨迹实时计算服务、随钻测井垂深校正服务、图形引擎服务、数据接收服务、数据回放服务、数据pdf格式下载服务)，数据展示模块(包括随钻测井图、岩屑剖面图、井身轨迹插值预测、井身轨迹监测、综合录井实时监测、定向工具面和导向模型监测)组成(图1)。

图1 系统架构

1.2 数据库设计

为满足多专业数据的存储要求，在基地端构建了中心数据库，使用SQL Server开发工具，将数据进行分类存储，同时具有数据库状态监控管理功能，数据库异地备份及还原功能，实现数据灾难性恢复，提高系统稳定性[12-19]。当数据库出现故障时，可以自动切换到备用数据库并进行报警提醒。采用视图机制对数据库进行安全管理，根据不同类型的用户分配相应的数据库访问权限，从而有效地对数据库信息进行保密处理。

1.3 系统部署方式

按照用户实际需求，依据可靠、开放、安全的原则，系统采用在钻井现场和基地中心分别部署的方式。

将现场端分别部署在综合录井仪器房、地质导向仪器房、随钻定向仪器房并接入井场局域网，通过局域网互相访问各专业的现场端，利用数据共享服务，发送和接收WITS格式数据。此外，各现场端对数据的访问权限可通过登录账号进行控制。这种部署方式能够有效降低现场数据共享系统对互联网环境的依赖程度，具有低延迟、高稳定性的特点，确保数据在现场互联互通、共享应用。

在基地端架设服务器，建立中心数据库，进行数据加密传输、数据计算、数据下载等服务，并且实现各类图表的展示和实时监控，同时将系统中的各个模块无缝联接，保证用户使用流畅。整个系统采用统一的授权体系，确保各单位用户使用数据的安全性和共享性(图2)。

图2 系统部署流程

2 系统功能实现

定录导一体化数据传输与监控系统主要目的是实现井场定向、导向、录井数据的现场采集、远程传输和基地展示，以便实时监控现场钻井施工情况。各井场端进行数据发送，中心数据库服务器实时接收数据并实时存储数据，基地客户端使用图形编程进行数据处理，把从井场传回的数据通过分类显示、公式计算、历史曲线存储和数据下载，最终在展示模块实现实时数据曲线显示、实时数据查询、随钻井斜数据查询和随钻录井数据查询、随钻井斜数据表显示以及实时地质导向模型跟踪等。

2.1 数据一体化汇集、存储、传输

采用Redis远程健值内存数据库技术，将井场采集的多专业数据做一体化汇集，同时在井场端做一个本地化存储，为后续的远传做数据准备。设置一个数据编辑客户端，使得在井场端进行本地存储的各类数据可以通过数据编辑客户端做相应的修改，包括新增、编辑、删除等操作，在实时数据传输方面，研发了数据路由器(DRR)，使工程实时数据(录井、随钻)在井场经过归一化处理汇集后发送到多路服务器，并能够同时推送到多个实时监控终端；通过嵌入ACE高性能网络组件，实现链路上整个传输过程中的心跳自动监测，以及断线重连功能。同时基地开发新的数据服务，可以将回传的数据通过该服务提取，以便在相应的系统中展示。从各个井场传输回来的数据在基地端进行有序合理的结构化存储，以便于后续应用过程中对随钻数据的快速搜索和数据回放。

2.2 随钻测量仪器工具面数据实时监测

参考当前主流设计，将实时传输的工具面等相关数据以图形和数据的形式进行直观地展示。图形化展示内容包含工具面、井斜、方位，数据展示包含井ID、井深、钻头位置、大钩高度、钻时、悬重、钻压、转盘、扭矩、泵压、排量，以及每个数据包接收到的数据项名称、数值等信息(图3)。

2.3 伽马/电阻率图形浏览

设计历史曲线回放画面，将实时接收到的伽马、电阻率数据以图形化曲线的形式进行直观地展示，同时在数据库中读取历史数据，支持历史曲线回放功能。展示维度以井深为基准，伽马曲线以基准坐标展示、电阻率曲线以对数坐标展示。展示曲线支持滚屏、缩放功能，并可以根据接收到的数据，实时准确地定位到当前接收到数据的井深位置(图4)。

图4 伽马/电阻率图形浏览

2.4 实时地质导向跟踪

将地质导向思想有形化，开发了相关的主要应用图件，提供直观性跟踪及信息掌握。将地质录取数据与综合录井实时数据结合，显示实时岩屑草图；将随钻测量数据与综合录井实时数据结合，显示实时随钻测量曲线；将地质导向模型与井场实时数据结合，实现实时远程导向监控。

2.5 综合录井曲线显示

综合录井曲线一改以往曲线复杂、与地质专业相关性差的缺点，在界面上同时提供了主要工程数据(可自定义配置)、MWD、LWD、地质岩性等数据，并通过井深(垂深、斜深两种方式)相关联，将地质、工程、随钻等专业紧密结合起来，真正达到了多专业数据的贯通融合(图5)。

2.6 数据下载

系统支持实时数据不同格式的下载存储，包括LWD曲线、井斜数据、钻时气测数据下载服务，方便用户将数据与其他地质分析软件结合使用。

图5 实时曲线显示

3 应用情况

定录导一体化数据传输与监控系统，已成功推广应用35口井。该系统能进行实时数据自动采集并传回服务器，利用此系统在冀东油区和长庆油区分别建立录井综合导向平台，各方用户可进行实时数据显示、查询和分析，满足远程导向技术服务需求。

长庆油田XX井是一口重点勘探水平井，设计层位石盒子组盒8上段，设计水平段长1 500 m，可参考邻井少，砂体分布不确定性强。该井在实钻过程中，通过现场将定向、录井、导向等各项实时数据传回基地，根据曲线变化及初步设计模型，基地专家对模型动态分析修正，预测砂体深度指导调整井眼轨迹，该井实钻砂顶较设计提前约5 m，控制了轨迹合理入靶(图6)。水平段钻探过程中的主要调整均实现了在后方多家单位会议协商开展决策指挥，最终该井实钻水平段长 1 665 m，储集层钻遇率达到93%，达到了系统设计应用目的。

图6 远程指导着陆入靶

4 结束语

定录导一体化数据传输与监控系统的建设，使现场定向工程师、地质工程师、导向工程师能够综合分析处理各专业数据，基地专家通过远程导向展示模块同步监控现场钻井情况，实现井场、基地与甲方技术人员无缝对接，随时调整井身轨迹，控制钻具穿行在油藏最佳位置，从而有效提高工作效率、缩短钻井周期、节约钻井成本、减少钻井风险，为安全高效钻井提供了重要技术支持。