多年來，井下數(shù)據(jù)傳輸是制約隨鉆測井技術發(fā)展的瓶頸。目前比較成熟的數(shù)據(jù)傳輸方式是泥漿脈沖遙傳。隨鉆地面系統(tǒng)的核心任務之一就是采集泥漿脈沖信號進行實時采集和處理，解碼為原始數(shù)據(jù);同時，另一核心任務是需要在鉤載或死繩傳感器的配合下，通過深度編碼盤進行鉆井深度實時測量。此領域面臨的一大挑戰(zhàn)是需要一套性能強大、工作穩(wěn)定可靠的實時嵌入式系統(tǒng)作為隨鉆嵌入式處理單元的核心。
怎么破?
答案在此——
使用NI LabVIEW及相關模塊結(jié)合NI CompactRIO及相關數(shù)據(jù)采集模塊開發(fā)一套隨鉆嵌入式處理單元，采集鉆井現(xiàn)場的傳感器信號，經(jīng)過處理后得到泥漿脈沖遙傳數(shù)據(jù)和鉆井深度數(shù)據(jù)，傳送給上位機進行后處理。
下面就以中國海洋石油總公司隨鉆測井技術為例，介紹NI平臺在分布式數(shù)據(jù)記錄領域的具體應用。
隨鉆地面系統(tǒng)架構(gòu)
隨鉆嵌入式處理單元(以下簡稱EPU)同時承擔多項采集測量處理任務和系統(tǒng)通訊任務，是整個隨鉆地面系統(tǒng)的核心中樞?，F(xiàn)場的深度、泥漿壓力、鉤載、死繩和泵沖傳感器信號進入EPU，經(jīng)過安全隔離柵隔離、信號調(diào)理板調(diào)理之后，送入cRIO的數(shù)據(jù)采集卡，由FPGA對數(shù)據(jù)進行采集，得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過CPU處理后，通過LAN傳送給上位機。同時，上位機通過cRIO的中轉(zhuǎn)，通過RS485總線與司鉆顯示器和DBC中控進行通訊，驅(qū)動Bypass電磁閥，進行指令下傳。
隨鉆地面系統(tǒng)架構(gòu)示意圖
泥漿脈沖信號濾波解碼
在現(xiàn)場條件下，從井下發(fā)出的泥漿脈沖信號傳遞到地面時，混雜了非常強的背景噪聲。在EPU中，采集獲得的泥漿脈沖波形數(shù)據(jù)經(jīng)過FIR初級濾波、自適應濾波、小波分析、互相關處理等一系列濾波處理，獲得較為干凈的脈沖信號波形。之后，通過準確判定脈沖位置，計算相鄰脈沖的時間間隔，從而計算的到相應的通訊數(shù)據(jù)。
基于FPGA的濾波算法進行深度測量
在鉆井深度的測量的過程中，為了消除鉆井過程中震動的影響，需要更加有效、低延遲的濾波算法。在綜合了FIR、IIR、平均值濾波、中值濾波等算法的特點后，使用FPGA模塊的相關濾波模塊設計了一套有效的濾波算法，能夠進行準確的深度測量。
基于FPGA設計的濾波算法可進行深度測量
三種試驗驗證性能指標
在已經(jīng)進行的地面循環(huán)試驗、井下循環(huán)試驗和實鉆試驗中，該EPU累計工作幾百小時，成功驗證了其可靠性和實時性。達到的性能指標主要有：
● 傳輸率：達到3.0bps，為目前國內(nèi)同類技術的最高水平;
● 誤碼率：在試驗過程中，解碼的誤碼率在1%以下;
● 可靠性：在試驗工作過程中，隨鉆嵌入式處理單元工作穩(wěn)定，算法運行正常，沒有出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰的現(xiàn)象。
使用NI CompactRIO作為隨鉆嵌入式處理單元的核心，利用其強大的處理能力，實時性能，快速開發(fā)特性，以及堅固性和可靠性，工程師們可以更專注于泥漿脈沖信號處理、解碼算法以及深度測量算法的開發(fā)。目前，隨鉆嵌入式處理單元已經(jīng)通過地面循環(huán)試驗和井下循環(huán)試驗兩次上百小時的運行試驗，完全達到隨鉆測井地面系統(tǒng)的要求。
而對于NI LabVIEW在隨鉆嵌入式處理單元的表現(xiàn)，中國海洋石油總公司的項目負責人更是給予了超高評價。
使用LabVIEW將幫助工程師更專注于泥漿脈沖信號處理、解碼算法以及深度測量算法的開發(fā)?！狟y 中國海洋石油總公司
（轉(zhuǎn)載）
