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NI平台在分布式数据记录领域中的应用
2017-09-12       suixiang    浏览:556    0  

多年来,井下数据传输是制约随钻测井技术发展的瓶颈。目前比较成熟的数据传输方式是泥浆脉冲遥传。随钻地面系统的核心任务之一就是采集泥浆脉冲信号进行实时采集和处理,解码为原始数据;同时,另一核心任务是需要在钩载或死绳传感器的配合下,通过深度编码盘进行钻井深度实时测量。此领域面临的一大挑战是需要一套性能强大、工作稳定可靠的实时嵌入式系统作为随钻嵌入式处理单元的核心。

怎么破?

答案在此——

使用NI LabVIEW及相关模块结合NI CompactRIO及相关数据采集模块开发一套随钻嵌入式处理单元,采集钻井现场的传感器信号,经过处理后得到泥浆脉冲遥传数据和钻井深度数据,传送给上位机进行后处理。


下面就以中国海洋石油总公司随钻测井技术为例,介绍NI平台在分布式数据记录领域的具体应用。

随钻地面系统架构

随钻嵌入式处理单元(以下简称EPU)同时承担多项采集测量处理任务和系统通讯任务,是整个随钻地面系统的核心中枢。现场的深度、泥浆压力、钩载、死绳和泵冲传感器信号进入EPU,经过安全隔离栅隔离、信号调理板调理之后,送入cRIO的数据采集卡,由FPGA对数据进行采集,得到的数据经过CPU处理后,通过LAN传送给上位机。同时,上位机通过cRIO的中转,通过RS485总线与司钻显示器和DBC中控进行通讯,驱动Bypass电磁阀,进行指令下传。


随钻地面系统架构示意图

泥浆脉冲信号滤波解码

在现场条件下,从井下发出的泥浆脉冲信号传递到地面时,混杂了非常强的背景噪声。在EPU中,采集获得的泥浆脉冲波形数据经过FIR初级滤波、自适应滤波、小波分析、互相关处理等一系列滤波处理,获得较为干净的脉冲信号波形。之后,通过准确判定脉冲位置,计算相邻脉冲的时间间隔,从而计算的到相应的通讯数据。

基于FPGA的滤波算法进行深度测量

在钻井深度的测量的过程中,为了消除钻井过程中震动的影响,需要更加有效、低延迟的滤波算法。在综合了FIR、IIR、平均值滤波、中值滤波等算法的特点后,使用FPGA模块的相关滤波模块设计了一套有效的滤波算法,能够进行准确的深度测量。

三种试验验证性能指标

在已经进行的地面循环试验、井下循环试验和实钻试验中,该EPU累计工作几百小时,成功验证了其可靠性和实时性。达到的性能指标主要有:

● 传输率:达到3.0bps,为目前国内同类技术的最高水平;

● 误码率:在试验过程中,解码的误码率在1%以下;

● 可靠性:在试验工作过程中,随钻嵌入式处理单元工作稳定,算法运行正常,没有出现系统崩溃的现象。

使用NI CompactRIO作为随钻嵌入式处理单元的核心,利用其强大的处理能力,实时性能,快速开发特性,以及坚固性和可靠性,工程师们可以更专注于泥浆脉冲信号处理、解码算法以及深度测量算法的开发。目前,随钻嵌入式处理单元已经通过地面循环试验和井下循环试验两次上百小时的运行试验,完全达到随钻测井地面系统的要求。

而对于NI LabVIEW在随钻嵌入式处理单元的表现,中国海洋石油总公司的项目负责人更是给予了超高评价。

使用LabVIEW将帮助工程师更专注于泥浆脉冲信号处理、解码算法以及深度测量算法的开发。——By 中国海洋石油总公司

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