多年來(lái)，井下數(shù)據(jù)傳輸是制約隨鉆測(cè)井技術(shù)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(wù)之一就是采集泥漿脈沖信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理，解碼為原始數(shù)據(jù);同時(shí)，另一核心任務(wù)是需要在鉤載或死繩傳感器的配合下，通過(guò)深度編碼盤(pán)進(jìn)行鉆井深度實(shí)時(shí)測(cè)量。此領(lǐng)域面臨的一大挑戰(zhàn)是需要一套性能強(qiáng)大、工作穩(wěn)定可靠的實(shí)時(shí)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(guān)模塊結(jié)合NI CompactRIO及相關(guān)數(shù)據(jù)采集模塊開(kāi)發(fā)一套隨鉆嵌入式處理單元，采集鉆井現(xiàn)場(chǎng)的傳感器信號(hào)，經(jīng)過(guò)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(jī)進(jìn)行后處理。

　　下面就以中國(guó)海洋石油總公司隨鉆測(cè)井技術(shù)為例，介紹NI平臺(tái)在分布式數(shù)據(jù)記錄領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

　　隨鉆地面系統(tǒng)架構(gòu)

　　隨鉆嵌入式處理單元(以下簡(jiǎn)稱(chēng)EPU)同時(shí)承擔(dān)多項(xiàng)采集測(cè)量處理任務(wù)和系統(tǒng)通訊任務(wù)，是整個(gè)隨鉆地面系統(tǒng)的核心中樞。現(xiàn)場(chǎng)的深度、泥漿壓力、鉤載、死繩和泵沖傳感器信號(hào)進(jìn)入EPU，經(jīng)過(guò)安全隔離柵隔離、信號(hào)調(diào)理板調(diào)理之后，送入cRIO的數(shù)據(jù)采集卡，由FPGA對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)CPU處理后，通過(guò)LAN傳送給上位機(jī)。同時(shí)，上位機(jī)通過(guò)cRIO的中轉(zhuǎn)，通過(guò)RS485總線(xiàn)與司鉆顯示器和DBC中控進(jìn)行通訊，驅(qū)動(dòng)Bypass電磁閥，進(jìn)行指令下傳。

　　隨鉆地面系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

　　泥漿脈沖信號(hào)濾波解碼

　　在現(xiàn)場(chǎng)條件下，從井下發(fā)出的泥漿脈沖信號(hào)傳遞到地面時(shí)，混雜了非常強(qiáng)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(guò)FIR初級(jí)濾波、自適應(yīng)濾波、小波分析、互相關(guān)處理等一系列濾波處理，獲得較為干凈的脈沖信號(hào)波形。之后，通過(guò)準(zhǔn)確判定脈沖位置，計(jì)算相鄰脈沖的時(shí)間間隔，從而計(jì)算的到相應(yīng)的通訊數(shù)據(jù)。

　　基于FPGA的濾波算法進(jìn)行深度測(cè)量

　　在鉆井深度的測(cè)量的過(guò)程中，為了消除鉆井過(guò)程中震動(dòng)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(diǎn)后，使用FPGA模塊的相關(guān)濾波模塊設(shè)計(jì)了一套有效的濾波算法，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的深度測(cè)量。

　　基于FPGA設(shè)計(jì)的濾波算法可進(jìn)行深度測(cè)量

　　三種試驗(yàn)驗(yàn)證性能指標(biāo)

　　在已經(jīng)進(jìn)行的地面循環(huán)試驗(yàn)、井下循環(huán)試驗(yàn)和實(shí)鉆試驗(yàn)中，該EPU累計(jì)工作幾百小時(shí)，成功驗(yàn)證了其可靠性和實(shí)時(shí)性。達(dá)到的性能指標(biāo)主要有：

　　● 傳輸率：達(dá)到3.0bps，為目前國(guó)內(nèi)同類(lèi)技術(shù)的最高水平;

　　● 誤碼率：在試驗(yàn)過(guò)程中，解碼的誤碼率在1%以下;

　　● 可靠性：在試驗(yàn)工作過(guò)程中，隨鉆嵌入式處理單元工作穩(wěn)定，算法運(yùn)行正常，沒(méi)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(qiáng)大的處理能力，實(shí)時(shí)性能，快速開(kāi)發(fā)特性，以及堅(jiān)固性和可靠性，工程師們可以更專(zhuān)注于泥漿脈沖信號(hào)處理、解碼算法以及深度測(cè)量算法的開(kāi)發(fā)。目前，隨鉆嵌入式處理單元已經(jīng)通過(guò)地面循環(huán)試驗(yàn)和井下循環(huán)試驗(yàn)兩次上百小時(shí)的運(yùn)行試驗(yàn)，完全達(dá)到隨鉆測(cè)井地面系統(tǒng)的要求。

　　而對(duì)于NI LabVIEW在隨鉆嵌入式處理單元的表現(xiàn)，中國(guó)海洋石油總公司的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人更是給予了超高評(píng)價(jià)。

　　使用LabVIEW將幫助工程師更專(zhuān)注于泥漿脈沖信號(hào)處理、解碼算法以及深度測(cè)量算法的開(kāi)發(fā)。——By 中國(guó)海洋石油總公司

（轉(zhuǎn)載）