石油测井车井上监测系统的设计与实现

丁 伟 （南阳理工学院计算机科学与技术系，河南南阳473004）

石油测井车井上监测系统的设计与实现

丁 伟 （南阳理工学院计算机科学与技术系，河南南阳473004）

油井的综合测试施工作业安全在石油产业中占据举足轻重的地位，而钢丝绳在其中起到非常重要的作用。石油测井车井上监测系统的设计与实现是一种能在线实时测量钢丝绳的拉力并进行状态分析的测量装置，它是在测井过程中测量测井仪器在油井中运动的速度、深度以及对下井电缆的张力进行监测和控制的一种系统。该系统的完成，不仅可以实现对石油开采等各种设备工况的实时监测，还可为现场作业提供准确的分析数据；它创新地将LabVIEW虚拟软件系统、面向对象技术和数据采集系统等先进技术应用到该系统中去，对整个系统的程序块进行设计、优化及完善，打破了国内传统单一编程的缺陷。该系统具有极强的可扩展性，可被广泛应用于其他任何相关测试系统中去。

石油测井车；虚拟仪器；面向对象的设计；数据采集

目前，随着我国石油行业开采水平的提高，石油测井车在钻井机、修井机、采油车等石油机械上得到更加广泛的应用。测井车钢丝绳作为其主要传动部件，特别是在复杂恶劣的工况下，它在测井车上能否安全稳定的运行显得尤为重要。但目前石油测井车的设计中，存在地面采集数据工作任务单一，工作量大、计算精度和效率低等问题。所以，设计开发一种在线实时监测钢丝绳拉力并进行状态分析的动态测量装置系统软件很有必要［1］。该次研究采用LabVIEW虚拟仪器开发平台设计出一套具有自动记录、自动显示测井车钢丝绳拉力，并能在载荷或速度超过用户设定的限制时迅速启动报警装置［2］。

石油测井车井上监测系统是以图形化编程语言LabVIEW 8．0为开发平台，采用Microsoft Access为数据库的一个系统软件。该系统在作业期间进行实时测井控制、数据库管理控制、系统服务控制等，以完成测井资料的采集、处理、显示和记录。该系统通过专用井深张力传感器能对特车所用钢丝绳的下井深度、下井速度、张力、张力梯度进行实时采样、分析，并且把原始数据转换成工程值，最后形成记录文件，从而准确地为石油测井车测井、试井、修井等作业提供下井深度、钢丝绳张力等参数；同时，通过实时监测，可及时对石油测井车测井、试井、修井等作业过程中的遇阻、遇卡、近井口等情况进行报警，避免人为操作带来的事故，做到安全生产；此外还可以实现对记录文件的回放，便于事后分析和管理［3，4］。

1 系统的体系结构

石油测井车井上监测系统的设计与实现是一个以数据为中心的实时测井系统，在作业期间进行实时测井控制、数据库管理控制、系统服务控制，以完成测井资料的采集、处理、显示和记录。

为了实现这一目标，该系统采用上位机软件开发平台，采集卡主要执行控制、采集和通信任务。上位机程序的主要数据流程图如图1所示。

在主体框架中，应该有两条主要数据流：一条是从串行端口接收数据并进行各种处理，包括数据的分析、显示、分解、保存、再现等功能；另一条数据流是由用户定义的测试参数，如刹车时速、制动压力等，对它们进行显示、封装、保存，仍由串行端口发送出去。

图1 上位机程序的主要数据流程图

2 系统总体框架设计

石油测井车井上监测系统的设计运用面向对象的设计思路，采用功能模块化的方法［5］，其软件程序流程图如图2所示。因为该系统的核心部分是测试钢丝绳的张力和钢丝绳的下潜深度，所以需要对这部分做详细测试，并能推出其原理，便于工程人员根据情况进行微调。

3 系统功能设计与实现

在该系统中，接口设计采用NI公司的LabVIEW 8．0虚拟仪器开发平台，设计出虚拟压力表、深度计、实时速度计等仪器面板，采用功能模块化的方法，将虚拟的仪器指示面板和其他的状态显示命令按钮集成在一起，给用户一种直观和全新的视觉。石油测井车井上监测系统的设计包括程序主接口及主程序模块、井深测量模块、压力测量模块、数据管理模块。在该次研究中主要以井深测量模块和数据管理模块为例详细介绍了其实现过程。

1）程序主接口及主程序模块设计 该接口是整个程序的主程序接口，在这里，可以看到张力、井深、速度等各种数据的实时状态，并能进行声光报警。在程序的中间部分是张力数据的实时图像，该图像是没有经过处理的原始图像，处理过的图像在后面的单个模块中显示。

图2 软件程序流程图

图3 井深测量模块流程图

2）井深测量模块的设计与实现 井深测量本质是长度（角度）的测量，该模块位移－电变换采用光电编码器，把井深变成电脉冲，与光电编码器同轴相连的计量轮把绕在计量轮上的钢丝绳长度变成电信号，电子线路实现计数、计算、方向、符号、加／减逻辑判别显示等项技术要求。在该系统中，采用的是增量式光电编码器［6］。井深测量模块流程图如图3所示。对于脉冲量操作主要通过WriteRegisterX或ReadRegisterX对PCI设备映射寄存器的脉冲量单元进行读写实现。

3）数据管理模块设计与实现 ①数据管理前面板程序。该程序为查看历史记录程序，该程序首先选择历史数据或标准数据，然后在此基础上选择日期，此时会出现一个该时间段的数据。其前面板界面如图4所示。②磁盘空间管理子程序。对于硬盘来说，长时间执行自动监测任务的系统，如果长时间记录数据，有可能造成磁盘空间不足，如图4的程序自动检查保存数据的磁盘空间，当磁盘空间不足30M的时候，会对操作者进行提示；不足10M的时候，自动从最早的数据记录文件开始删除文件。磁盘空间管理子程序如图5所示。

图4 数据管理前面板界面

图5 磁盘空间管理子程序

4 软件系统的测试数据及处理

该软件系统研制完毕后，为了测试其工作性能，已在河南油田现场试验完毕，基本完成井深的测量和功能曲线的绘制。从现场测得的各种资料如图6、7所示。经过对比现场测得的数据和实际数据，符合设计要求。

图6 深度－时间放大曲线副本

图7 张力－时间放大曲线

5 结 语

石油测井车井上监测系统的设计与实现，较之类似的产品有许多优势：①直接利用计算机平台，采用LabVIEW软件平台进行编程，与以往的51系列的单片机相比，该系统的软件编程具有执行速度快、代码效率高、精度高、开发周期短、可在线编程等众多优势；②该系统采用了多种显示方法，不仅能做到井深、张力、速度、张力梯度的仪表指针式直观显示，同时可进行4种测量曲线的实时显示，还可利用计算机的强大功能对采集的数据进行存储、处理、回放、打印，便于对测量结果的分析；③公英制单位互换简便，方便国内和国外使用；④数据的保存和传输采用了可靠的校验检验方法，保证了数据的可靠性。

［1］许!．测井系统软件设计［D］．西安：西北工业大学，2006．

［2］李光亚．基于LabVIEW的模拟实验数据采集与处理系统开发［J］．电子测试，2008，（1）：19～22．

［3］沈兰荪．数据采集技术［M］．合肥：中国科技大学出版社，1990．72～89．

［4］殷修刚．数控测井简明教程［M］．北京：石油大学出版社，1990．6～20．

［5］汪康康．面向对象的调度命令票专家系统［D］．成都：四川大学，2004．

［6］邓方，陈杰，陈文颉，等．一种高精度的光电编码器检测方法及其装置［J］．北京理工大学学报，2007，27（11）：26～29．

［编辑］ 龙 舟

P631．84

A

1000－9752（2012）06－0100－04

2012－02－10

丁伟（1977－），男，1999年大学毕业，硕士，讲师，现主要从事计算机技术及应用工作。

[收稿日期]2009-12-03

国家科技重大专项项目(2008ZX050052002201)。

[作者简介]尤东华(19802),男,2003年大学毕业,工程师,硕士生,现主要从事碳酸盐岩成岩与储层研究工作。