CPS9000综合录井软件系统设计与实现
摘要 研制开发了集实时采集、实时监控、资料处理和数据管理于一体的一整套综合录井软件系统。该系统通过采集CAN总线的实时数据包，对井场的钻井工程参数、泥浆性能参数和油气显示情况进行监测，通过对计算后的数据进行处理，实现对油气层的综合评价和指导科学钻井。本文简要介绍整个系统的组成、软件的设计方法和各部分的主要功能。
主题词 CPS9000 综合录井 数据采集 实时监控
CPS9000录井软件系统是上海XX公司最新录井仪器CPS900的配套软件系统；本套软件系统的目标是达到国内领先水平，赶超国际录井软件水平。无论从设计思想、功能、稳定性等方面，都要有所突破。根据要求，结合目前国内、国外现有录井软件的实际情况，以及目前计算机软硬件的发展情况，本人设计并实现了CPS9000录井软件系统。下面从软件的系统结构设计、实现思想等方面进行详细介绍。
一、 CPS9000综合录井软件系统的组成
CPS9000综合录井软件系统主要完成实时数据采集、实时监控和资料处理等功能；结合录井现场对系统在稳定性等方面的要求，本套系统设计成Browser/Server结构。整个系统的组成和逻辑关系如图1所示。
图1 CPS9000综合录井软件系统组成
本系统在数据采集和网络结构等方面都采用最新技术，处于国内领先地位。在数据采集上采用了CAN总线结构，针对录井现场不同种类的信号和不同采集间隔，设计了4~20mA、脉冲计数、色谱等不同的CAN节点，所有的CAN节点以总线的形式串联在一起，定时向监控机的PC CAN发送数据包；采集程序定时对PC CAN进行查询，当有数据包时，接收数据，并进行相应处理。在网络结构上采用浏览器/服务器结构，方便客户机对数据库的访问。
二、 CPS9000综合录井软件系统的结构设计
针对CPS9000综合录井软件系统的组成结构和录井现场对录井软件系统在稳定性等方面的实际要求，本套软件系统的设计结构如下：
图 2 CPS9000综合录井软件系统结构
结合软件系统结构图，主要做以下几方面的说明：
1、 本系统一般采用三台计算机来实现，分工如下：
服务器：安装Windows NT4.0 Server、SQL Server服务程序；主要功能是负责数据库的管理，同时也作为局域网的网络服务器；在录井过程中，此台计算机可以进行数据库管理、实时数据（曲线）显示、工程应用程序的使用等工作；
监控机：安装Windows NT4.0 Workstation或Win98、SQL Server客户程序；主要负责实时数据的采集、钻井状态判断、实时钻井参数计算、报警监控等工作；
终端机：安装Windows NT4.0 Workstation或Win98、SQL Server客户程序；主要负责报表的输出、地质数据录入、实时数据显示等工作。
2、 本系统在计算机数量上存在任意扩展性，即一台、两台、多台计算都可以；采用两台以上，可以减少每台计算机的工作负荷，保证准确性和实时性，同时起到备份作用，一旦监控机出现问题，可以立即更换成其它计算机，仅进行设置的改变。
3、 本系统在实现过程中，主要围绕两个中心来进行；在整个系统（局域网）中，计算机之间以数据库机（服务器）为中心，存取服务器上的数据库；本地计算机则以共享内存为中心，所有与实时有关的应用程序都来存取共享内存，既保证了实时性，又实现了不同进程之间的数据通信（IPC）。
4、 在数据库方面，应充分利用SQL Server的浏览器/服务器结构，发挥其应有的作用；充分利用SQL语言来保证数据存取的快捷方便、安全准确。
5、 在共享内存方面主要采用如下原理，每台计算机在主程序启动时建立共享数据区；运行监控机中的共享内存服务程序，来实时检测是否有共享内存客户程序运行；如果有，则共享内存服务程序定时向共享内存客户程序发送数据，用以更新客户机的共享内存数据；共享内存服务程序和共享内存客户程序的主要功能是使监控机和其它计算机的共享内存内容保持一致，互相通讯（或单向通讯）。监控机除不能运行共享内存客户程序外，其它程序无限制；而其它计算机则只能运行共享内存客户程序、实时显示、数据库管理等与实时计算无关的程序，有一定的限制。
6、 网络机（没有安装录井软件，但与录井系统的网络相连的计算机）采用IE等网络浏览器来对数据进行实时显示，实现方式主要采用ASP编程。
三、 主监控程序实现原理
本套录井软件系统由于采用了共享内存技术，不同进程之间可以任意进行数据交换。在此前提下，将录井软件系统设计成由若干个独立的程序组成，不同程序来完成各自独立的工作，通过共享内存，实现不同程序之间的数据通讯。如采集程序，只完成采集和标定工作，每次采集的结果写到共享内存的指定位置，供其它程序调用；实时曲线打印程序，依照用户设计的格式，将共享内存的相关数据以曲线的形式实时地打印出来…….。在整套录井软件系统中，最为主要的程序是主监控程序，主监控程序主要完成数据实时计算、井场状态判断、数据存盘等工作，是录井工作的核心部分。下面对主监控程序的工作原理进行详细说明。
主监控程序利用操作员输入的有关井场信息、井配置参数、泥浆性能参数和有关状态判断的门限参数为基础，结合实时采集的有关工程参数，对井场的状态进行实时监控，其流程大体如下：
图3 主监控程序工作原理
对于主监控程序来说，最关键的部分是有关钻进、起下钻、水力学、压力预测等计算模块；在状态判断准确的前提下，主监控程序依据具体的井场活动状态进行相应的计算；主要有以下几方面：
- 与悬重、环空体积有关的计算
依据当前井身结构、钻具结构和泥浆性能参数，计算出理论悬重、钻压、泥浆下行时间、迟到时间、迟到泵冲等参数。
- 与水力学有关的计算
水力学计算主要是进行压力损失的计算，根据当前使用的有关泥浆性能参数、钻头直径、水眼直径、井身结构、钻具结构等参数，进行综合计算，计算出泥浆泵压力在从井口—>钻头—>井口整个循环过程中，压力的损失情况；依据喷射钻井原理，通过改善泥浆性能和钻头喷嘴的组合，提高钻头压力损失占总压力损失的比例，充分发挥喷射钻井的优势，可以提高钻井的效率，从而达到节约成本，缩短建井周期的目的。
- 与钻进有关的计算
主要计算钻时、迟到参数、地层压力参数等与地层有关数据。
- 与起下钻有关的计算
主要对起下钻进行监控，计算有关起下钻参数；根据起出与下入的钻具数目，对泥浆池体积进行校验；同时计算抽汲与激动压力，优化和指导起下钻上提下放的速度等。
以上只是对有关钻井计算模块的大体讲述，具体涉及到的计算可参考“CPS9000综合录井软件系统详细设计”及其它有关资料。
四、 资料处理软件的主要组成与功能
资料处理软件主要用于对实时存储的各种数据进行分析、处理，为地质录井人员提供相应资料的分析结果和油气综合评价结果，为钻井工程人员提供部分工程设计和施工计算资料，达到科学指导钻井的目的。同时，资料处理软件也提供有关各种报表生成、曲线回放等功能。
资料处理软件包括录井曲线回放系统、井斜计算与绘图、水力学计算、地层压力检测、气测解释、工程进度、时效分析、岩屑描述、地质资料处理等多个模块；下面只对其中的部分模块进行简单介绍：
录井曲线回放系统：本绘图程序十分灵活，用户可以根据实际要求，设计相应的曲线回放格式，并将图形格式以文本的形式保存到文件中；在用户回放曲线的过程中，可以灵活地添加或删除有关标识，并且可以在不同曲线道之间灵活地拖动曲线，为曲线对比提供方便。
地层压力检测：地层压力检测是根据地层的泥页岩压实情况或岩石的强度来确定地层压力及孔隙度的变化。在钻进过程中可以预报高压油气层的存在，以避免钻井事故的发生。压力检测利用实时采集的钻时、钻压、转速、泥浆密度、钻头直径等参数，进行Dc指数和Sigma指数计算。一般情况下Dc指数压力检测法在泥页岩沉积环境中使用效果较好，而Sigma录井法常用于碳酸岩地层。
井斜计算与绘图：本程序主要根据测斜数据进行相应计算和图表绘制，其功能包括：生成井斜数据报告、绘制剖面图、投影图和三维轨迹图。
对于其它有关资料处理的软件此处就不再描述，有兴趣者可参考有关资料。
五、 结论
经过半年多的软件编写工作，依照上述设计思路，已完成CPS9000综合录井软件系统的全部程序编写工作，从静态测试过程中来看，本套系统操作方便，工作稳定，数据计算准确，不产生死机现象，达到了预期目标。
（本套软件为2000年开发，环境为VC6.0、SQL Server2000，也有VB6.0版本，有需要者请与博主联系）