随钻中子测井仪数字模块设计及软件可靠性研究

摘要

孔隙度是地层评估的重要参数，随钻中子测井仪利用放射性测井原理，在钻井的同时对地层孔隙度进行测量。数字模块作为随钻中子测井仪的核心组成部分，控制高压板、模拟板和井径板完成中子脉冲、井眼几何信息以及相关辅助参数的测量及存储，并完成孔隙度的实时计算。此外，数字模块对中控系统下发的指令进行解析，并控制仪器执行指令内容。数字模块作为软硬件综合系统，其稳定可靠工作是仪器完成地层参数测量的基础。本文依托国内某油田技术服务公司承担的国家科研项目，对数字模块的软硬件设计展开研究，并对其软件可靠性进行分析。 本文首先介绍了随钻中子测井仪电路架构，并对数字模块功能需求进行分析。在此基础上，给出数字模块硬件设计方案，将其划分为主控电路、通讯电路、电源转换电路、电源监测电路、环境参数测量电路以及数据存储电路，并对详细电路设计展开描述。随后，本文分析了数字模块软件需求，给出软件功能框图，从提高软件可靠性、可维护性及复用性角度出发，将数字模块软件划分为功能层和应用层。功能层以功能为特性，形成通讯服务、存储服务等功能模块，应用层在此基础上，实现与测井作业相关的应用设计。本文对功能层和应用层的设计进行了详细描述。 在数字模块软件设计的基础上，本文利用测试数据对数字模块软件可靠性进行分析。一方面，应用FMECA(Failure Modes Effects and Criticality Analysis)方法对软件故障模块、故障模式及故障原因进行划分，并识别数字模块软件中具有较高危害度的故障模块，有针对性地对其进行改进。其次，应用NHPP(Non-Homogeneous Poisson Process)类软件可靠性增长模型中的G-O模型和Delayed S-shaped模型对数字模块软件剩余故障数进行预测，并通过模型评估方法对两种模型的预测性能进行评估，从而选取预测结果中的最优解。 最后，本文描述了数字模块功能测试及功耗测试，并对测试结果进行了分析。测试结果表明，数字模块实现了相关项目所要求的各项功能，满足其性能指标要求。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 随钻中子测井技术

1.2.2 故障模式、影响及危害性分析

1.2.3 软件可靠性增长模型

1.3 本文主要内容及结构安排

第二章 数字模块硬件电路设计

2.1 随钻中子测井仪电路架构

2.2 数字模块硬件电路需求分析

2.3 硬件电路详细设计

2.3.1 主控电路设计

2.3.2 通讯电路设计

2.3.3 电源转换电路设计

2.3.4 电源监测电路设计

2.3.5 环境参数测量电路设计

2.3.6 数据存储电路设计

2.4本章小结

第三章 数字模块软件系统设计

3.1 数字模块软件系统功能分析

3.2数字模块软件系统功能层设计

3.2.1 通讯服务设计

3.2.2 存储服务设计

3.2.3 电源管理服务设计

3.2.4 时间服务设计

3.2.5 测量服务设计

3.3 数字模块软件系统应用层设计

3.3.1 系统状态设计

3.3.2 系统主流程设计

3.3.3 指令通讯设计

3.3.4 周期性测井作业设计

3.3.5 刻度作业设计

3.3.6 高速总线数据下载设计

3.3.7 仪器自检设计

3.3.8 孔隙度算法实现

3.4本章小结

第四章 数字模块软件可靠性研究

4.1 数字模块软件故障分析及改进设计

4.1.1 故障分析方法概述

4.1.2 数字模块软件故障划分

4.1.3 数字模块软件故障模块、模式及原因分析

4.1.4 数字模块软件故障危害性分析

4.1.5 数字模块软件改进设计

4.2 数字模块软件剩余故障数预测

4.2.1 NHPP类可靠性增长模型基本理论

4.2.2 基于NHPP类模型的数字模块软件剩余故障数预测

4.2.3 可靠性模型性能评估

4.3 本章小结

第五章 数字模块测试及结果分析

5.1 数字模块功能测试

5.1.1 指令通讯测试

5.1.2 存储测试

5.1.3 环境监测测试

5.1.4 电源监测测试

5.2 数字模块功耗测试

5.3 孔隙度计算测试

5.4 本章小结

第六章 结束语

致谢

参考文献