錄井儀數(shù)據(jù)采集傳輸無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用

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摘要：綜合錄井在油氣顯示識別及鉆井工程異常監(jiān)測方面發(fā)揮重要的作用。隨著油田大力推進數(shù)字化建設(shè)，錄井信息化及數(shù)字化水平也越來越高。論文探討了錄井無線傳感器系統(tǒng)及井場無線局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建的原理，對于進一步提升錄井信息化建設(shè)水平具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：綜合錄井；無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)傳輸

一、前言

綜合錄井儀是錄井現(xiàn)場最重要的裝備之一，在油氣顯示識別及鉆井工程狀況監(jiān)測中發(fā)揮重要作用。工程數(shù)據(jù)和氣測數(shù)據(jù)是綜合錄井最重要的兩項數(shù)據(jù)，前者通過傳感器檢測得到，后者通過烴類氣體檢測系統(tǒng)分析得到。目前，綜合錄井儀傳感器系統(tǒng)多為有線傳輸方式，通過總線集合多個傳感器信號傳輸?shù)骄C合錄井儀，綜合錄井儀接收數(shù)據(jù)后進行存儲。這樣的傳輸方式電路連接繁瑣，要求電纜抗干擾性能好、防爆級別高[1]。此外，轉(zhuǎn)井過程中，頻繁的拆卸及安裝工作量大，線路連接穩(wěn)定性差，經(jīng)常出現(xiàn)傳感器信號丟失的情況，增加了儀器操作人員的工作強度。近年來，得益于信息及通信技術(shù)的發(fā)展，油田數(shù)字化建設(shè)程度越來越高，綜合錄井在信息化建設(shè)方面也取得了長足進步。隨著傳感器技術(shù)及短距離無線通信技術(shù)的發(fā)展，錄井無線傳感器系統(tǒng)研制成功并得到了應(yīng)用[2]，無線傳感器系統(tǒng)具有便于安裝及維護的特點，能夠大大降低儀器操作人員勞動強度[3]。此外，錄井現(xiàn)場數(shù)據(jù)類型多，有工程數(shù)據(jù)、氣測數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)、地化數(shù)據(jù)及第三方數(shù)據(jù)（測井?dāng)?shù)據(jù)、lwd數(shù)據(jù)等），這些數(shù)據(jù)存儲呈分散狀態(tài)，不利于充分挖掘儲層信息，無法開展數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用。只有以綜合錄井儀為中心，構(gòu)建井場無線網(wǎng)絡(luò)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，采集和存儲錄井現(xiàn)場各種類型數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)多種應(yīng)用，挖掘工程及地質(zhì)信息，為隨鉆監(jiān)測、評價及決策提供依據(jù)。

二、無線傳感器技術(shù)

（一） 傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的選擇錄井現(xiàn)場傳感器有多個，分別安裝在井架、泥漿池、泥漿泵等處，能夠監(jiān)測扭矩、力壓、套壓、大鉤高度、轉(zhuǎn)速、懸重、流量、溫度、密度、電導(dǎo)率、池體積、泵沖等參數(shù)。根據(jù)鉆井現(xiàn)場布置情況，傳感器通常分布在幾十米范圍內(nèi)，不超過100m，短距離無線通信技術(shù)即可滿足需要。短距離無線傳輸方式主要有紅外、光波及無線電波3種，基于這三種傳播方式的無線通信技術(shù)有紅外數(shù)據(jù)傳輸、藍(lán)牙、Zigbee及無線局域網(wǎng)絡(luò)（Wi-Fi）等，紅外傳播的優(yōu)點是不會受到井場無線電干擾，但它屬于視距傳播，容易被鉆井設(shè)備及人為活動遮擋，影響數(shù)據(jù)傳輸；藍(lán)牙優(yōu)點是設(shè)備體積小、抗干擾能力強、傳輸數(shù)據(jù)量大，缺點是電池更換周期短，同時錄井傳輸數(shù)據(jù)量小，藍(lán)牙不是一種經(jīng)濟適用的傳輸方式[4]；無線局域網(wǎng)絡(luò)傳輸距離遠(yuǎn)、速率高，但其功耗大，對于電池供電的無線傳感器來說難以保證長時間穩(wěn)定工作；Zigbee技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)類似，都是基于IEEE 802 .15 .4標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其傳輸速率相對較低、耗電量小，降低傳播速率可擴大覆蓋范圍，最大可達(dá)134m，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，適宜于多節(jié)點聯(lián)網(wǎng)布置，使用成本相對較低，傳輸速率滿足錄井小數(shù)據(jù)量傳輸要求，是最佳的傳輸方式。

（二）無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基于ZigBee無線傳輸技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為分布式和集中式，其中，分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中各傳感器節(jié)點實行分布管理，節(jié)點之間能夠相互通信，支持多跳轉(zhuǎn)發(fā)，具有能耗低的特點[5]。但由于錄井現(xiàn)場傳感器分布密集，相鄰傳感器節(jié)點間距離較近，采用分布式傳輸方式對網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力及能耗要求較高。集中式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的各傳感器節(jié)點直接向控制中心發(fā)送檢測的信號，控制中心對檢查信號進行處理并發(fā)送。對于錄井傳感器系統(tǒng)而言，由于傳感器數(shù)量相對較少，傳感器安裝完成后不移動，傳感器屬于重復(fù)利用類型，節(jié)點之間不需要相互通信，節(jié)點與控制中心之間只是數(shù)據(jù)傳輸，不需要對節(jié)點進行控制，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較小，只需覆蓋井場即可。因此，錄井無線傳感器系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計應(yīng)簡化，集中式無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更適合錄井現(xiàn)場。

（三） 無線網(wǎng)絡(luò)組建無線傳感器系統(tǒng)采用基于ZigBee協(xié)議的集中式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具體如圖1所示。傳感器節(jié)點采用星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，傳感器作為前端采集終端，將采集的信號發(fā)送到井場處理系統(tǒng)，井場處理系統(tǒng)對信號進行處理后，發(fā)送到綜合錄井儀無線接收系統(tǒng)，然后將數(shù)據(jù)存儲到綜合錄井儀服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。在具體網(wǎng)絡(luò)組建時，首先布置一個可以覆蓋整個井場的中心節(jié)點處理器，該處理器能夠接收各傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)以無線傳輸方式發(fā)送到井場中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送到綜合錄井儀，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲。

三、井場無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

（一） 井場無線網(wǎng)絡(luò)錄井現(xiàn)場數(shù)據(jù)類型多，不同類型數(shù)據(jù)呈分散存儲狀態(tài)，不利于對數(shù)據(jù)深入應(yīng)用。為了開展對不同類型錄井?dāng)?shù)據(jù)的深入應(yīng)用，挖掘儲層含油氣性等重要信息，需要在錄井現(xiàn)場建立無線網(wǎng)絡(luò)，能夠覆蓋整個井場，數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高，網(wǎng)絡(luò)中心配置在綜合錄井儀器房，供電穩(wěn)定，無需考慮功耗問題。無線局域網(wǎng)絡(luò)（Wi-Fi）傳輸速率高、覆蓋范圍廣，在錄井儀器房不受功耗影響，滿足使用需求。同時，考慮到錄井現(xiàn)場地質(zhì)數(shù)據(jù)、地化數(shù)據(jù)、綜合錄井儀數(shù)據(jù)、測井?dāng)?shù)據(jù)、地質(zhì)導(dǎo)向數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)大，對傳輸速率要求較高，無線局域網(wǎng)絡(luò)符合要求。

（二） 井場無線局域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建在錄井現(xiàn)場構(gòu)建無線局域網(wǎng)絡(luò)，具體網(wǎng)絡(luò)布置如圖2所示，首先需要在綜合錄井儀器房布置一臺井場數(shù)據(jù)專用服務(wù)器，用于存儲錄井現(xiàn)場各種類型數(shù)據(jù)。然后將該服務(wù)器與綜合錄井儀路由器連接，實現(xiàn)對綜合錄井儀數(shù)據(jù)采集。同時，將該服務(wù)器與地質(zhì)房衛(wèi)星路由器連接，實現(xiàn)與地質(zhì)計算機連通，可以采集地質(zhì)數(shù)據(jù)。構(gòu)建井場無線局域網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵是在服務(wù)器上連接無線路由器，井場第三方的計算機通過無線網(wǎng)卡連接無線路由器，實現(xiàn)與井場服務(wù)器的連通，可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄畧龇?wù)器上，手機用戶也可以連接無線路由，方便數(shù)據(jù)的瀏覽。通過構(gòu)建井場無線局域網(wǎng)絡(luò)，將井場各方接入到無線局域網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集傳輸。

（三）數(shù)據(jù)的深入應(yīng)用通過構(gòu)建的無線局域網(wǎng)絡(luò)，井場數(shù)據(jù)服務(wù)器采集存儲多種類型數(shù)據(jù)，構(gòu)建了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)多種應(yīng)用程序，方便調(diào)用數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的深入挖掘?？梢蚤_展以下應(yīng)用：① 隨鉆數(shù)據(jù)。以報表形式地質(zhì)數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)、地化數(shù)據(jù)、測井?dāng)?shù)據(jù)。以曲線形式工程參數(shù)、測井?dāng)?shù)據(jù)；② 隨鉆成果圖。如隨鉆巖屑、巖心草圖、氣測評價圖、地化評價圖、測井評價圖等；③ 隨鉆解釋系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)庫基層上開發(fā)隨鉆解釋系統(tǒng)，實現(xiàn)儲層隨鉆解釋評價；④ 多井對比。開發(fā)多井對比功能，建立對比模板，調(diào)取鄰井?dāng)?shù)據(jù)進行對比，實現(xiàn)對地層對比及儲層預(yù)測；⑤ 工程應(yīng)用。開展地層壓力預(yù)測及監(jiān)測、鉆頭效率評價、機械比能評價等，優(yōu)化鉆井施工。

四、結(jié)語

地質(zhì)錄井工作能夠獲取地層原始資料，在發(fā)現(xiàn)油氣顯示及監(jiān)測鉆井工程狀況方面發(fā)揮重要作用。隨著油田進入勘探開發(fā)中后期，老區(qū)塊勘探程度較高，地層認(rèn)識較為清楚，新鉆井多以開發(fā)井為主，錄井項目減少、技術(shù)應(yīng)用受限，錄井受重視程度有所下降。在此情況下，要加強錄井技術(shù)創(chuàng)新研究，充分利用信息及通信技術(shù)，提升錄井?dāng)?shù)據(jù)采集水平。同時要發(fā)揮錄井在鉆井現(xiàn)場的數(shù)據(jù)中心作用，通過建立無線局域網(wǎng)絡(luò)、配置井場數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫、構(gòu)建井場無線局域網(wǎng)絡(luò)，采集存儲井場各種數(shù)據(jù)，構(gòu)建井筒數(shù)據(jù)平臺，開發(fā)多種應(yīng)用功能，對于提升錄井技術(shù)的整體水平及在油氣井勘探中的地位具有重要意義。

參考文獻

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作者：薛金山 單位：大慶鉆探地質(zhì)錄井一公司資料采集第二大隊