CPS9000綜合錄井軟體系統設計與實作
摘要 研制開發了集實時采集、實時監控、資料處理和資料管理于一體的一整套綜合錄井軟體系統。該系統通過采集CAN總線的實時資料包，對井場的鑽井工程參數、泥漿性能參數和油氣顯示情況進行監測，通過對計算後的資料進行處理，實作對油氣層的綜合評價和指導科學鑽井。本文簡要介紹整個系統的組成、軟體的設計方法和各部分的主要功能。
主題詞 CPS9000 綜合錄井 資料采集 實時監控
CPS9000錄井軟體系統是上海XX公司最新錄井儀器CPS900的配套軟體系統；本套軟體系統的目标是達到國内領先水準，趕超國際錄井軟體水準。無論從設計思想、功能、穩定性等方面，都要有所突破。根據要求，結合目前國内、國外現有錄井軟體的實際情況，以及目前計算機軟硬體的發展情況，本人設計并實作了CPS9000錄井軟體系統。下面從軟體的系統結構設計、實作思想等方面進行詳細介紹。
CPS9000綜合錄井軟體系統主要完成實時資料采集、實時監控和資料處理等功能；結合錄井現場對系統在穩定性等方面的要求，本套系統設計成Browser/Server結構。整個系統的組成和邏輯關系如圖1所示。
圖1 CPS9000綜合錄井軟體系統組成
本系統在資料采集和網絡結構等方面都采用最新技術，處于國内領先地位。在資料采集上采用了CAN總線結構，針對錄井現場不同種類的信号和不同采集間隔，設計了4~20mA、脈沖計數、色譜等不同的CAN節點，所有的CAN節點以總線的形式串聯在一起，定時向監控機的PC CAN發送資料包；采集程式定時對PC CAN進行查詢，當有資料包時，接收資料，并進行相應處理。在網絡結構上采用浏覽器/伺服器結構，友善客戶機對資料庫的通路。
針對CPS9000綜合錄井軟體系統的組成結構和錄井現場對錄井軟體系統在穩定性等方面的實際要求，本套軟體系統的設計結構如下：
圖 2 CPS9000綜合錄井軟體系統結構
結合軟體系統結構圖，主要做以下幾方面的說明：
1、 本系統一般采用三台計算機來實作，分工如下：
伺服器：安裝Windows NT4.0 Server、SQL Server服務程式；主要功能是負責資料庫的管理，同時也作為區域網路的網絡伺服器；在錄井過程中，此台計算機可以進行資料庫管理、實時資料（曲線）顯示、工程應用程式的使用等工作；
監控機：安裝Windows NT4.0 Workstation或Win98、SQL Server客戶程式；主要負責實時資料的采集、鑽井狀态判斷、實時鑽井參數計算、報警監控等工作；
終端機：安裝Windows NT4.0 Workstation或Win98、SQL Server客戶程式；主要負責報表的輸出、地質資料錄入、實時資料顯示等工作。
2、 本系統在計算機數量上存在任意擴充性，即一台、兩台、多台計算都可以；采用兩台以上，可以減少每台計算機的工作負荷，保證準确性和實時性，同時起到備份作用，一旦監控機出現問題，可以立即更換成其它計算機，僅進行設定的改變。
3、 本系統在實作過程中，主要圍繞兩個中心來進行；在整個系統（區域網路）中，計算機之間以資料庫機（伺服器）為中心，存取伺服器上的資料庫；本地計算機則以共享記憶體為中心，所有與實時有關的應用程式都來存取共享記憶體，既保證了實時性，又實作了不同程序之間的資料通信（IPC）。
4、 在資料庫方面，應充分利用SQL Server的浏覽器/伺服器結構，發揮其應有的作用；充分利用SQL語言來保證資料存取的快捷友善、安全準确。
5、 在共享記憶體方面主要采用如下原理，每台計算機在主程式啟動時建立共享資料區；運作監控機中的共享記憶體服務程式，來實時檢測是否有共享記憶體客戶程式運作；如果有，則共享記憶體服務程式定時向共享記憶體客戶程式發送資料，用以更新客戶機的共享記憶體資料；共享記憶體服務程式和共享記憶體客戶程式的主要功能是使監控機和其它計算機的共享記憶體内容保持一緻，互相通訊（或單向通訊）。監控機除不能運作共享記憶體客戶程式外，其它程式無限制；而其它計算機則隻能運作共享記憶體客戶程式、實時顯示、資料庫管理等與實時計算無關的程式，有一定的限制。
6、 網絡機（沒有安裝錄井軟體，但與錄井系統的網絡相連的計算機）采用IE等網絡浏覽器來對資料進行實時顯示，實作方式主要采用ASP程式設計。
本套錄井軟體系統由于采用了共享記憶體技術，不同程序之間可以任意進行資料交換。在此前提下，将錄井軟體系統設計成由若幹個獨立的程式組成，不同程式來完成各自獨立的工作，通過共享記憶體，實作不同程式之間的資料通訊。如采集程式，隻完成采集和标定工作，每次采集的結果寫到共享記憶體的指定位置，供其它程式調用；實時曲線列印程式，依照使用者設計的格式，将共享記憶體的相關資料以曲線的形式實時地列印出來…….。在整套錄井軟體系統中，最為主要的程式是主監控程式，主監控程式主要完成資料實時計算、井場狀态判斷、資料存盤等工作，是錄井工作的核心部分。下面對主監控程式的工作原理進行詳細說明。
主監控程式利用操作員輸入的有關井場資訊、井配置參數、泥漿性能參數和有關狀态判斷的門限參數為基礎，結合實時采集的有關工程參數，對井場的狀态進行實時監控，其流程大體如下：
圖3 主監控程式工作原理
對于主監控程式來說，最關鍵的部分是有關鑽進、起下鑽、水力學、壓力預測等計算子產品；在狀态判斷準确的前提下，主監控程式依據具體的井場活動狀态進行相應的計算；主要有以下幾方面：
與懸重、環空體積有關的計算
依據目前井身結構、鑽具結構和泥漿性能參數，計算出理論懸重、鑽壓、泥漿下行時間、遲到時間、遲到泵沖等參數。
與水力學有關的計算
水力學計算主要是進行壓力損失的計算，根據目前使用的有關泥漿性能參數、鑽頭直徑、水眼直徑、井身結構、鑽具結構等參數，進行綜合計算，計算出泥漿泵壓力在從井口—>鑽頭—>井口整個循環過程中，壓力的損失情況；依據噴射鑽井原理，通過改善泥漿性能和鑽頭噴嘴的組合，提高鑽頭壓力損失占總壓力損失的比例，充分發揮噴射鑽井的優勢，可以提高鑽井的效率，進而達到節約成本，縮短建井周期的目的。
與鑽進有關的計算
主要計算鑽時、遲到參數、地層壓力參數等與地層有關資料。
與起下鑽有關的計算
主要對起下鑽進行監控，計算有關起下鑽參數；根據起出與下入的鑽具數目，對泥漿池體積進行校驗；同時計算抽汲與激動壓力，優化和指導起下鑽上提下放的速度等。
以上隻是對有關鑽井計算子產品的大體講述，具體涉及到的計算可參考“CPS9000綜合錄井軟體系統詳細設計”及其它有關資料。
資料處理軟體主要用于對實時存儲的各種資料進行分析、處理，為地質錄井人員提供相應資料的分析結果和油氣綜合評價結果，為鑽井工程人員提供部分工程設計和施工計算資料，達到科學指導鑽井的目的。同時，資料處理軟體也提供有關各種報表生成、曲線回放等功能。
資料處理軟體包括錄井曲線回放系統、井斜計算與繪圖、水力學計算、地層壓力檢測、氣測解釋、工程進度、時效分析、岩屑描述、地質資料處理等多個子產品；下面隻對其中的部分子產品進行簡單介紹：
錄井曲線回放系統：本繪圖程式十分靈活，使用者可以根據實際要求，設計相應的曲線回放格式，并将圖形格式以文本的形式儲存到檔案中；在使用者回放曲線的過程中，可以靈活地添加或删除有關辨別，并且可以在不同曲線道之間靈活地拖動曲線，為曲線對比提供友善。
地層壓力檢測：地層壓力檢測是根據地層的泥頁岩壓實情況或岩石的強度來确定地層壓力及孔隙度的變化。在鑽進過程中可以預報高壓油氣層的存在，以避免鑽井事故的發生。壓力檢測利用實時采集的鑽時、鑽壓、轉速、泥漿密度、鑽頭直徑等參數，進行Dc指數和Sigma指數計算。一般情況下Dc指數壓力檢測法在泥頁岩沉積環境中使用效果較好，而Sigma錄井法常用于碳酸岩地層。
井斜計算與繪圖：本程式主要根據測斜資料進行相應計算和圖表繪制，其功能包括：生成井斜資料報告、繪制剖面圖、投影圖和三維軌迹圖。
對于其它有關資料處理的軟體此處就不再描述，有興趣者可參考有關資料。
經過半年多的軟體編寫工作，依照上述設計思路，已完成CPS9000綜合錄井軟體系統的全部程式編寫工作，從靜态測試過程中來看，本套系統操作友善，工作穩定，資料計算準确，不産生當機現象，達到了預期目标。
（本套軟體為2000年開發，環境為VC6.0、SQL Server2000，也有VB6.0版本，有需要者請與部落客聯系）