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录井仪数据采集传输无线网络技术应用

作者::薛金山 | 字数:0 时间:2020-07-24 来源:

摘要:综合录井在油气显示识别及钻井工程异常监测方面发挥重要的作用。随着油田大力推进数字化建设,录井信息化及数字化水平也越来越高。论文探讨了录井无线传感器系统及井场无线局域网络系统构建的原理,对于进一步提升录井信息化建设水平具有借鉴意义。

关键词:综合录井;无线网络技术;数据采集;数据传输

一、前言

综合录井仪是录井现场最重要的装备之一,在油气显示识别及钻井工程状况监测中发挥重要作用。工程数据和气测数据是综合录井最重要的两项数据,前者通过传感器检测得到,后者通过烃类气体检测系统分析得到。目前,综合录井仪传感器系统多为有线传输方式,通过总线集合多个传感器信号传输到综合录井仪,综合录井仪接收数据后进行存储。这样的传输方式电路连接繁琐,要求电缆抗干扰性能好、防爆级别高[1]。此外,转井过程中,频繁的拆卸及安装工作量大,线路连接稳定性差,经常出现传感器信号丢失的情况,增加了仪器操作人员的工作强度。近年来,得益于信息及通信技术的发展,油田数字化建设程度越来越高,综合录井在信息化建设方面也取得了长足进步。随着传感器技术及短距离无线通信技术的发展,录井无线传感器系统研制成功并得到了应用[2],无线传感器系统具有便于安装及维护的特点,能够大大降低仪器操作人员劳动强度[3]。此外,录井现场数据类型多,有工程数据、气测数据、地质数据、地化数据及第三方数据(测井数据、lwd数据等),这些数据存储呈分散状态,不利于充分挖掘储层信息,无法开展数据的综合应用。只有以综合录井仪为中心,构建井场无线网络,建立统一的数据库,采集和存储录井现场各种类型数据,在此基础上开发多种应用,挖掘工程及地质信息,为随钻监测、评价及决策提供依据。

二、无线传感器技术

(一) 传感器无线网络的选择录井现场传感器有多个,分别安装在井架、泥浆池、泥浆泵等处,能够监测扭矩、力压、套压、大钩高度、转速、悬重、流量、温度、密度、电导率、池体积、泵冲等参数。根据钻井现场布置情况,传感器通常分布在几十米范围内,不超过100m,短距离无线通信技术即可满足需要。短距离无线传输方式主要有红外、光波及无线电波3种,基于这三种传播方式的无线通信技术有红外数据传输、蓝牙、Zigbee及无线局域网络(Wi-Fi)等,红外传播的优点是不会受到井场无线电干扰,但它属于视距传播,容易被钻井设备及人为活动遮挡,影响数据传输;蓝牙优点是设备体积小、抗干扰能力强、传输数据量大,缺点是电池更换周期短,同时录井传输数据量小,蓝牙不是一种经济适用的传输方式[4];无线局域网络传输距离远、速率高,但其功耗大,对于电池供电的无线传感器来说难以保证长时间稳定工作;Zigbee技术与蓝牙技术类似,都是基于IEEE 802 .15 .4标准的无线网络技术,其传输速率相对较低、耗电量小,降低传播速率可扩大覆盖范围,最大可达134m,数据传输稳定,适宜于多节点联网布置,使用成本相对较低,传输速率满足录井小数据量传输要求,是最佳的传输方式。

(二)无线网络结构基于ZigBee无线传输技术的网络结构可以分为分布式和集中式,其中,分布式网络结构中各传感器节点实行分布管理,节点之间能够相互通信,支持多跳转发,具有能耗低的特点[5]。但由于录井现场传感器分布密集,相邻传感器节点间距离较近,采用分布式传输方式对网络的抗干扰能力及能耗要求较高。集中式网络结构中的各传感器节点直接向控制中心发送检测的信号,控制中心对检查信号进行处理并发送。对于录井传感器系统而言,由于传感器数量相对较少,传感器安装完成后不移动,传感器属于重复利用类型,节点之间不需要相互通信,节点与控制中心之间只是数据传输,不需要对节点进行控制,网络覆盖范围较小,只需覆盖井场即可。因此,录井无线传感器系统网络设计应简化,集中式无线网络结构更适合录井现场。

(三) 无线网络组建无线传感器系统采用基于ZigBee协议的集中式网络结构,具体如图1所示。传感器节点采用星状网络结构,传感器作为前端采集终端,将采集的信号发送到井场处理系统,井场处理系统对信号进行处理后,发送到综合录井仪无线接收系统,然后将数据存储到综合录井仪服务器数据库中。在具体网络组建时,首先布置一个可以覆盖整个井场的中心节点处理器,该处理器能够接收各传感器节点的数据,然后将数据以无线传输方式发送到井场中心网络设备,通过中心网络设备将数据发送到综合录井仪,实现对数据的存储。

三、井场无线网络应用

(一) 井场无线网络录井现场数据类型多,不同类型数据呈分散存储状态,不利于对数据深入应用。为了开展对不同类型录井数据的深入应用,挖掘储层含油气性等重要信息,需要在录井现场建立无线网络,能够覆盖整个井场,数据传输速率要求较高,网络中心配置在综合录井仪器房,供电稳定,无需考虑功耗问题。无线局域网络(Wi-Fi)传输速率高、覆盖范围广,在录井仪器房不受功耗影响,满足使用需求。同时,考虑到录井现场地质数据、地化数据、综合录井仪数据、测井数据、地质导向数据等数据大,对传输速率要求较高,无线局域网络符合要求。

(二) 井场无线局域网络构建在录井现场构建无线局域网络,具体网络布置如图2所示,首先需要在综合录井仪器房布置一台井场数据专用服务器,用于存储录井现场各种类型数据。然后将该服务器与综合录井仪路由器连接,实现对综合录井仪数据采集。同时,将该服务器与地质房卫星路由器连接,实现与地质计算机连通,可以采集地质数据。构建井场无线局域网络的关键是在服务器上连接无线路由器,井场第三方的计算机通过无线网卡连接无线路由器,实现与井场服务器的连通,可以将数据传输到井场服务器上,手机用户也可以连接无线路由,方便数据的浏览。通过构建井场无线局域网络,将井场各方接入到无线局域网络,实现数据的采集传输。

(三)数据的深入应用通过构建的无线局域网络,井场数据服务器采集存储多种类型数据,构建了标准的数据库。在此基础上,开发多种应用程序,方便调用数据库中数据,实现对数据信息的深入挖掘。可以开展以下应用:① 随钻数据发布。以报表形式发布地质数据、工程数据、地化数据、测井数据。以曲线形式发布工程参数、测井数据;② 随钻成果图。如随钻岩屑、岩心草图、气测评价图、地化评价图、测井评价图等;③ 随钻解释系统。在数据库基层上开发随钻解释系统,实现储层随钻解释评价;④ 多井对比。开发多井对比功能,建立对比模板,调取邻井数据进行对比,实现对地层对比及储层预测;⑤ 工程应用。开展地层压力预测及监测、钻头效率评价、机械比能评价等,优化钻井施工。

四、结语

地质录井工作能够获取地层原始资料,在发现油气显示及监测钻井工程状况方面发挥重要作用。随着油田进入勘探开发中后期,老区块勘探程度较高,地层认识较为清楚,新钻井多以开发井为主,录井项目减少、技术应用受限,录井受重视程度有所下降。在此情况下,要加强录井技术创新研究,充分利用信息及通信技术,提升录井数据采集水平。同时要发挥录井在钻井现场的数据中心作用,通过建立无线局域网络、配置井场数据中心服务器、建立标准数据库、构建井场无线局域网络,采集存储井场各种数据,构建井筒数据平台,开发多种应用功能,对于提升录井技术的整体水平及在油气井勘探中的地位具有重要意义。

参考文献

[1]宋庆彬,孟令蒲,赵恩普,等.集合化井场信息远程传输简介[J].录井工程,2008,19(2):50-53.

[2]胥东宏,李冠珠,张世明.综合录井仪传感器信号无线传输系统开发[J].录井工程,2010,21(2):58-60.

[3]苏堪华,周广陈.录井工程参数采集系统无线化技术研究.录井工程[J].2006,17(1):39-42.

[4]蔡型,张思全.短距离无线通讯技术技术综述[J].现代电子技术,2004,170(3):65-68.

[5]尹强.基于ZigBee技术的综合录井数据采集系统的设计[D].西南石油大学,2010.

作者:薛金山 单位:大庆钻探地质录井一公司资料采集第二大队

本文由 :薛金山 原创内容发布于聚知文,转载请联系作者

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