钻井OPC一体化仪表系统的研究与开发

摘要

石油是重要的化石能源,钻井是石油勘探开发的主要手段,石油钻井系统一般具有结构复杂、工作环境多变、工况恶劣等特点。钻井参数仪表是石油钻井工程监测钻进过程并进行科学分析和决策的重要途径,是钻井工程的“眼睛”,它能够实时反映钻井工况,是实现安全钻井、优化钻井、平衡钻井的重要工具。目前钻井参数仪表正在由过去的机械、液压仪表向数字化、智能化、集成化和网络化方向发展。本文以钻井参数仪表的发展趋势为指导方向,参考当今国际先进水平,围绕新型钻井仪表的技术特点展开研究工作,分三步完成了钻井OPC一体化仪表系统的研发。
　　首先,在深入分析国内外钻井参数仪表技术现状及发展趋势的基础上,针对钻井参数仪表系统的功能需求和应用特点,提出了基于OPC技术的钻井一体化仪表系统总体体系架构:以数据采集器采集现场数据并集成PLC数据作为系统的数据源,采用运行于人机界面上的前台系统负责数据监控,采用运行于工控计算机上的后台系统完成数据的存储、查询、打印,采用Simatic Net OPC服务器实现数据采集器与PLC的双向实时数据交换。在确定系统架构的基础上,总体规划了钻井一体化仪表系统的硬件结构以及整个系统的软件功能。
　　其次,对系统研发过程中所涉及的关键技术进行了深入的研究,其中包括前台系统与数据采集系统基于OPC XML-DA技术的双向数据通讯技术、基于参数索引的前台系统软件动态配置方法以及数据采集系统基于RS-485总线技术的数据采集方法等。针对前台系统与数据采集系统之间的实时双向数据通讯问题,提出以OPC XML-DA技术作为两系统之间的数据传输方法,以前台系统作为OPC服务器,数据采集系统作为客户端,实现两系统之间的实时数据交换;为提高前台系统的适用性,提出一种基于参数索引的前台系统软件动态配置方法,拓展前台系统的可配置功能,主要包括前台系统监控界面控件的可配置功能和配置参数的保持功能;针对钻井现场环境恶劣、工况复杂等特点,提出采用布线简单、抗干扰能力强的RS-485总线技术来进行现场数据采集。
　　最后,在确定系统架构以及对关键技术进行深入研究的基础上,开发了钻井OPC一体化仪表系统,现场应用表明,该系统运行稳定可靠,提高了钻井现场的参数监控效率,体现出了新型钻井仪表数字化、智能化、集成化和网络化的技术特点。