"使用LabVIEW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。"

　　– Di'nan Jiang, China Oilfield Services Limited

　　The Challenge:

　　隨鉆嵌入式處理單元是隨鉆地面系統的核心，主要負責兩大任務：一、對泥漿脈沖遙傳信號進行實時采集、處理和解碼;二、對鉆井深度進行準確的實時測量。泥漿脈沖遙傳信號和深度信號均參雜著大量的環境干擾，開發能夠有效濾除這些環境干擾，還原原始信號的處理算法是整個處理單元最大的挑戰，具有相當的復雜性。因此，需要一套性能強大、工作穩定可靠、開發簡單快速的實時嵌入式系統作為單元的核心，以減少開發工程師在硬件相關方面的投入，將有限的資源集中在處理算法的開發上。

　　The Solution:

　　使用NI LabVIEW及相關模塊結合NI CompactRIO及相關數據采集模塊開發了一套隨鉆嵌入式處理單元，采集鉆井現場安裝的泥漿壓力傳感器、深度編碼盤、死繩傳感器、鉤載傳感器和泵沖傳感器信號，經過處理后得到泥漿脈沖遙傳數據和鉆井深度數據，傳送給上位機進行后處理。

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　　Author(s):

　　Di'nan Jiang - China Oilfield Services Limited

　　Songwei Zhang - China Oilfield Services Limited

　　Huatao Lu - China Oilfield Services Limited

　　多年來，井下數據傳輸是制約隨鉆測井技術發展的瓶頸，目前比較成熟的數據傳輸方式是泥漿脈沖遙傳。隨鉆地面系統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，解碼為原始數據;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。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。目前，隨鉆嵌入式處理單元已經通過地面循環試驗和井下循環試驗兩次上百小時的運行試驗，工作穩定，功能正常，完全達到隨鉆測井地面系統的要求。

　　開發背景

　　隨鉆測井技術是油氣田勘探開發的關鍵技術之一，目前為幾家國際性大公司所壟斷。在國內隨鉆測井和相關的定向鉆井服務市場上，國外技術占據主導地位，其中國內的海上市場則完全為國外技術所壟斷。近年來，國內企業購置的國外隨鉆測井裝備估計每年都需花費數億元人民幣，包括伽瑪/電阻率/中子密度/MWD在內的隨鉆測井設備(井下儀器按每種2支配置)售價超過4000萬元，不僅購置和維護成本高昂，而且受到技術和市場的雙重限制，在相當程度上制約著我國油氣資源、特別是海上油氣田的勘探開發，也限制了國內相關企業的發展。隨著我國深水油氣資源勘探開發的展開，這個問題將愈顯嚴重。

　　自主研發隨鉆項目的成功實施將形成我國自主知識產權的相對完整的隨鉆測井技術和裝備，打破國外技術的壟斷，與進口設備相比將大大降低其生產、維護和使用成本，為我國海上、特別是深水油氣資源的勘探開發，以及我國油田服務企業的發展壯大提供有效的技術支撐。

　　泥漿正脈沖編碼技術

　　正脈沖信號是通過瞬時部分阻擋鉆柱內泥漿柱的通行，迫使壓力升高而產生的。因此，當脈沖器提升閥上行部分阻擋泥漿流，壓力上升，當提升閥歸位，鉆柱壓力回到原始狀態，如圖1所示：

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　　圖1 正脈沖信號發生器

　　泥漿正脈沖編碼是通過調整泥漿脈沖之間的脈沖間隔實現數字編碼的一種編碼方式。脈沖位置編碼的信息或者數據隱含在兩個脈沖的之間的脈沖間隔中，不同脈沖間隔長度代表不同的信息，如圖2所示。

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　　圖2 基于脈沖間隔的正脈沖編碼

　　Data = (Interval - MIN_TIME) / BIT_TIME

　　其中，Data為編碼數據，Interval為間隔時長，從上式知道，編碼的數據越大，脈沖間隔就越大，反之亦然。

　　對于一個實際的遙測物理系統中，需要定義些參數，最小間隔時長(MIN_TIME)是指在數據編碼中一個用于編碼對應數值0的時間長度，如果一個間隔等于最小間隔時長，則這個間隔編碼數據信息為0。由于噪音的存在，在井底下產生的壓力信號不同于在地面上的壓力信號，這里定義比特寬度(BIT_WIDTH)來校正傳送的值，只要一個間隔的脈沖落在BW窗口內，認為無論偏移多少為一個有效的脈沖，實際脈沖位置與比特寬度內的理論脈沖位置值一致。