（物理电子学专业论文）vsp系统软件的研究与设计.pdf

中国科学技术大学硕士论文 v 卵系统软俘的研究与设计 致谢 首先，我要感谢我的导师宋克柱副教授，本论文是在他的指导下完成的。他 严谨治学的科学态度、广阔渊博的学识经验、孜孜不倦的追求精神以及一丝不苟 的工作作风对我产生极大的影响，令我受益匪浅。 我还要特别感谢王砚方教授。我在快电子学实验室学习和工作的三年中，王 老师在我的学习上、科研工作上还有生活上都给予了极大的指导和帮助。 正是在两位老师的关心和鼓舞下，使我在求学乃至人生的道路上不断地追求 发展与进步，在此，我向他们表示最衷心的感谢! 项目组的杨俊峰、曹平、程敬原、吴义华、王超、马灵、刘祥、杜挺克、张 嗣峰、胡婷婷、王东旅、周杰。以及已经毕业的曾翔、陈佳、阮福明、伍尚坤、 唐世悦，他们在工作与论文完成过程中都给予了我许多具体的支持与帮助，在此 向他们深表感谢l 中国海洋石油服务公司的郭云，朱耀强，董立军，王子秋等， 感谢他们在工作中给我的很多支持和帮助。 我还要感谢那些在快电子实验室一起工作学习并给予我启发和帮助的老师 们，他们是：安琪教授、刘树彬副教授、程伊敏老师和刘素琴女士等。 我的好朋友冼泽、杨春江和邹涛在我完成论文和找工作期间给予了非常大的 帮助和鼓励，还要忍受我无数的抱怨和骚扰。 最后，我要衷心感谢我的父母。二十多年来，他们对我的无私关怀和教育才 使我从蹒跚学步到如今取得硕士学位，是他们的鼓励和支持给了我从挫折中站起 来的勇气。 中困科学技术大学硕士论文 v s p 系统软件的研究与设计 摘要 石油被誉为现代化工业发展的血液，近些年，随着我国经济的高速增长，石 油在我国常规能源结构中所占的比重越来越大。中国石油需求的缺口也越来越大， 石油已经威胁到了我国国家能源战略安全。现今，我国的勘探技术发展相对落后， 如何提高勘探技术水平已日益提上议程。 由于技术发展的落后，因此到目前为止，我国石油的勘探工作和开采工作， 很多是由外国公司进行勘探或者直接购买国外的设备。国外进口的设备，价格昂 贵，维修很不方便。 为此，2 0 0 1 年，“8 6 3 ”国家高科技研究计划就立项开始研究具有自主知识产 权的海上油藏勘探设备，我们实验室承担了资源与环境领域，渤海大油田勘探 开发关键技术主题，重大专项海上时移地震油藏监测技术课题时移地震采集 关键设备研制子课题v s p 地震数据采集与记录系统的研究开发任务，本论文 选题就是基于这样的研究背景。 v s p 地震数据采集与记录系统是一个复杂的系统工程，其系统软件也势必十 分复杂，本论文将主要围绕系统软件部分的开发与实现进行研究与探讨。 本文第一章从3 d 一3 cv s p 项目背景出发，简单介绍了v s p 技术的原理及发 展现状，最后介绍本论文的研究的主要内容及项目意义。 第二章首先简要介绍了3 d 3 cv s p 系统的总体方案，并简要介绍了地面及地 下系统的功能。然后又着重介绍了地面采集与记录系统的结构、功能及技术指标， 并且介绍了地面硬件系统中核心组件r v s p 单板的功能及设计。 第三章首先介绍主控软件的详细设计。先从系统分析开始，充分介绍了软件 开发前的调研阶段，并且详细介绍了软件所需完成的功能。然后介绍了软件的具 体开发，包括了开发阶段用到的主要技术。最后，结合软件功能，介绍了软件界 面的开发。并且还介绍了软件方面的测试。然后介绍了s e g - y 数据格式及格式转 换软件的设计。最后，介绍了工控机软件的设计、开发及测试。 第四章首先介绍了实验室内系统测试情况。然后又介绍我们对整个3 d - 3 c v s p 系统进行过的野外试验一一河北某油田井下测试。分别介绍了试验情况，试 验内容、方法，并对试验结果的进行了分析。 最后在总结和展望部分，总结了本论文的工作及创新性，并分析了系统仍然 存在的一些问题及改进的方法。 2 中国科学技术大学硕士论文 v s p 系统软件的研究与设计 a b s 仃a c t 0 i li sh o n o r e db l o o do fm o d e r ni n d u s t r yd e v e l o p m e n t i nr e c e n ty e a r s ，t h e p e r e a n t i t eo f o di nn o r m a le n e r g y 吼川烈瑚eg r o w st o g e t h e rw i t ht h ec o 珈：血y se c o n o m y a st h eg a pb e t w e e no i lr e q u i r e m e n ta n ds u p p l ye n l a r g e si nc h i n a , o i lh a si n f l u e n c e d t h e e n e r g ys t r a t e g y ss a f e t yo fo u rc o u n t r y n o w a d a y s ，t h et e c h n o l o g yo fo i l e x p l o r a t i o n si nc h i n ai s s t i l li nd i s a d v a n t a g e ，s oh o wt oe n h a n c ee x p l o r a t i o n t e c h n o l o g yh a si n c r e a s i n g l yp u to nt h ea g e n d a b e c a u s eo ft h et e c h n i q u ed e v e l o p m e n tl a g ，u pt i l ln o w , t h eo i le x p l o r a t i o n si n c h i n ae i t h e ru s et h ee q u i p m e n t sb r o u g h tf i - o mf o r e i g nc o u n t r i e so ra r ec a r r i e do u t d i r e c t l yb yf o r e i g nc o m p a n i e s b o t hc a n s eal a r g es u mo f m o n e y , b e s i d e s ，t h ee x p o r t e d e q u i p m e n t sa r eh a r dt or e p a i r d u et ot h e s e 阳硼伽，8 6 3 ，t h en a t i o n a li - l i - t e c hr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t p r o g r a m ，b e g a ni n2 0 0 1ap r o j e c to fr e s e a r c ho nd e v e l o p m e n to fo f f s h o r eo i lr e s o u r c e e x p l o r a t i o ne q u i p m e n t s ，w i t hs e l f - o w n e di n t e l l e c t u a la u t h o r i t y o u rl a bi sr e s p o n s i b l e f o rr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h e3 d - 3 c ( 3d i m e n s i o n 一3c o m p o n e n t ) v s p s e i s m i cd a t aa c q u i s i t i o na n dr c c o r d i n gs y s t e m ，w h i c hb e l o n g st ot h er e s o u r c ea n d e n v i r o n m e n tf i e l d , t o p i co ft h ek e yt e c h n o l o g yo fe x p l o r a t i o na n dp r o d u c t i o no ft h e b o h a io f f s h o r eo i lf i e l d , s u b - t o p i co ft b et i m e - l a p s em es e i s m i ct e c h n o l o g yf o r t h e e x p l o r a t i o no fo i ls t o r a g e , t a s ko fd e v e l o p m e n to fp i v o t a ld e v i c eo fm a r i n es e i s m i c d a t a a c q u i s i t i o n 。m yt h e s i si sb a s e do nt h i sr e s e a r c hb a c k g r o u n d 3 d - 3 cv s pi saq u i t ec o m p l e xp r o j e c t r e s e a r c ha n dd i s c u s s i o na 托b a s e do nt h e s o f t w a r ed e v e l o p m e mo f t h es y s t e mi nt h i st h e s i s c h a p t e r1b e g i n sw i t ht h em e t h o d so fo i ls e e k i n g ，g i v e so u tab r i e fd e s c r i p t i o no n v s ps e i s m i ct e c h n i q u e t h e n , t h et e n d e n c ya n dp r e s e n ts t a t u so fv s ps e i s m i c t e c h n i q u e sd e v e l o p m e n ti si n 舡o d u c e d a tl a s tt h ek e yp o i n t so ft h i st h e s i sa r eb r i e f l y i n t r o d u c e d mf i r s tp a r ti nc h a p t e r2i st h e 姒叫m r yo ft h eo v e r a l ld e s i g nf o r3 d - 3 cv s p ， w h i c hb r i e f l yi n c l u d e st h es y s t e mf u n c t i o no fb o t hg r o u n da n du n d e r g r o u n d t h e nt h e s e c o n d p a r ti sm a i n l yf o c u so i lt h ed a t ac o l l e c t i o ns y s t e ma n dt h ec o r r e s p o n d i n gs y s t e m s t r u c t u r e ，r u c t i o na n dt e c h n i c a li n d e x a f t e ra n a l y z i n gt h er e q u i r e m e n t so fg r o u n d s y s t e m , t h ek e r n e lc o m p o n e n to fh a r d w a r ei ng r o u n ds y s t e m ( v s pb o a r d ) i sb r i e f l y i n c o d u c e d 3 中国科学技术大学硕士论文v s p 系统软件的研究与设计 f i r s t l y ，c h a p t e r3i n t r o d u c e st h em a i n - c o n t r o la n dm o n i t o rs o f t w a r ed e s i g na n d d e v e l o p m e n to f g r o u n ds y s t e m b e g i nw i t ht h ea n a l y s i so f t h es y s t e m , t h ei n v e s t i g a t i o n o ft h es o r w a r ei si n t r o d u c e di nd e t a i l 。a n dt h ef u n c t i o no ft h es o r w a r ei sd e s c r i b e d c l e a r l y t h e nt h ed e v e l o p m e n to ft h es o r w a r ei si n t r o d u c e d a tl a s t , t h eg r a p h i cu s e r i n u - 玎f a c ed e s i g ni si n t r o d u c e d t h e nt h es b g yd a t af o r m a ti si n t r o d u c e d a n dt h ed a t a f o r m a tt r a n s f e rs o f t w a r ei si n t r o d u c e d 。i nt h ef m a lp a r to ft h i sc h a p t e r , t h ei n d u s t r i a l t e r m i n a lc o m p u t e rs o f t w a r ei si n t r o d u c e d c h a p t e r4i n t r o d u c e st h ef i e l dt e s ti naw e l li nh e b e ip r o v i n c e t h es t a t u s ， p r o c e d u r ea n dm e t h o do ft h et e s ti si n t r o d u c e dt h e n i nt h ee n d , w eg i v es o m ej u n i o r a n a l y s i so f t h er e s u l t i nt h ef i n a lc h a p t e r , t h ee x t r a o r d i n a r ya d v a n t a g e sa n dp r a c t i c a b i l i t yo fo u r3 d - 3 c v s pi sg i v e n n 埭nas u m 娜o ft h ec r e a t i v i t ya n do r i w o r ki sg i v e n a tl a s ta n a l y s i s o f s y s t e m s e x i s t i n g p r o b l e m a n d t h e w a y t o i m p r o v e i s i n t r o d u c e d 4 中田科学技术大学硕士论文 v g p 系统软件的研究与设计 图表目录 图表l - l 、垂直和水平地震剖面测量基本图形1 0 图表1 2 、v s p 观澳4 设备布置图。1 2 图表1 3 、测井检波器。1 3 图表2 1 、v s p 系统结构示意图1 6 图表2 2 、v s p 地面采集与记录系统示意图。1 7 图表2 3 、v s p 地面记录系统便携式总体框图2 0 图表2 4 、v s p 单板结构图2 2 图表2 5 、f p g a 逻辑代码框图2 3 图表2 6 、信号调理框图2 4 图表2 ，7 、命令驱动框图2 4 图表2 8 、经过驱动后的命令波形2 5 图表2 9 、m 编解码框图2 5 图表2 1 0 、均衡原理2 6 图表2 1 l 、m 码数据恢复原理2 7 图表2 1 2 、a m i 正交码产生2 8 图表3 1 、软件架构图3 2 图表3 2 、系统模式切换示意图3 5 图表3 3 、软件高层类图3 6 图表3 4 、系统复位状态。3 7 图表3 5 、上下阈值的确定3 8 图表3 6 、通讯错误3 9 图表3 7 、采集参数定义4 1 图表3 8 、d a t a f o r m a t 格式- 4 1 图表3 9 、数据包结构示意图。4 3 图表3 1 0 、数据传输时序示意图4 4 图表3 1 l 、数据采集时序示意图4 5 图表3 1 2 、系统采集过程的活动图4 7 图表3 1 3 、数据采集阶段的顺序图4 8 图表3 1 4 、信息帧格式5 0 图表3 1 5 、采用w m 1 ) r i v e r 的架构方式5 0 图表3 1 6 、主界面设计样式5 l 图表3 1 7 、s e t u p 模式通讯钡试5 2 7 中国科学技术大学硕士论文 v s p 系统软件的研究与设计 图表3 - 1 8 、s e t u p 模式推靠器控制5 3 图表3 1 9 、n o r m a l 模式5 3 图表3 2 0 、v s p 模式5 4 图表3 - 2 1 、快捷键列表5 5 图表3 2 2 、s e g - y 文件格式5 6 图表3 2 3 、工程文件夹内部结构。5 7 图表3 - 2 4 、工控机工作流程活动图5 9 图表3 - 2 5 、工控机界面设计6 0 图表4 - l 、阈值设置过程6 l 图表4 2 、m 2 原始数据6 2 图表4 - 3 、m 5 原始数据6 2 图表4 4 、m 5 解码数据6 3 图表4 5 、m 7 原始数据6 3 图表4 - 6 、m 7 解码数据6 3 图表4 7 、试验井架6 4 图表4 - 8 、部分试验仪器6 5 图表4 9 、文件4 f a r4 ( 5 号检波器) 3 分量波形6 6 图表4 1 0 、文件4 f a r4 数据整体波形6 7 图表4 - 1 1 、文件4 f a r4 数据波形局部放大图6 7 图表4 1 2 、文件g r o u n d (5号检波器)3分量数据图形68_10 图表4 一1 3 、文件g r o u n d1 0 数据波形整体图。6 9 图表4 1 4 、文件g r o u n d1 0 数据波形局部放大图6 9 图表4 1 5 、文件g r o u n d _ 1 3 ( 5 号检波器) 3 分量数据图形7 0 图表4 1 6 、文件g r o u n d _ 1 3 数据波形整体图7 1 图表4 1 7 、文件g r o u n d 数据波形局部放大图71_13 8 中国科学技术大学硕士论文v s p 系统软件的研究与设计 第一章绪论 1 1 基于光纤检波器的3 d 3 cv s p 项目的背景 石油和天然气是国民经济发展的重要能源资源，是中国能源安全的核心问题， 随着我国石油供应对外依赖程度的增大，石油安全问题越来越突出，将会成为我 国2 1 世纪经济、社会可持续发展面临的一个重要问题。 我国石油资源潜力巨大，尚有约三分之二的潜力待探明。在这三分之二的待 探明潜力中，三分之一可以在当前技术和成本条件下探明；三分之一可以利用现 有技术探明，但发现成本将大幅增加；其余三分之一将依赖未来技术的创新。到 目前为止，由于技术发展的落后，我国石油的勘探和开采，一是从国外进口价格 昂贵的设各，但是设备一旦出现问题，维修很不方便。二是与外国公司合作，用 市场换取外国公司的一部分技术，但这两项显然不是长久之计。基于长期发展考 虑，国家应采取有效措施，加大石油勘探开发力度，建立与市场经济相适应的新 体制，完善油气基础地质投入机制，实行风险投资机制，推进勘探开发竞争机制。 为此，2 0 0 1 年，“8 6 3 ”国家高科技研究计划就立项开始研究具有自主知识产 权的海上油藏勘探设备，我们实验室承担了资源与环境领域，渤海大油田勘 探开发关键技术主题重大专项海上时移地震油藏监测技术课题时移地震采 集关键设备研制子课题v s p 地震数据采集与记录系统的研究开发任务，本论 文选题就是基于这样的研究背景。 1 2 v s p 技术简介 垂直地震剖面法( v e r t i c a ls e i s m i cp f i l e - v s p ) 是另一种常用的地震勘探 方法。多年来，地震勘探工作一直是在地面布置测线，设置排列。近些年来，出 现了在井中与地面结合起来设置观测系统的地震勘探方法。人们称这种方法为垂 直地震剖面法，或简称为v s p 。 9 中国科学技术大学硕士论文v s p 系统软件匏研究与设计 摩平妇葡蔚潮t 箍寝 乡 地震格量 垂直_ i 也 ： 图表1 1 、垂直和水平地震剖面测量基本图形 v s p 7 i 仅可获取初至直达波信息，而见还可获得初至以后的各类续至波信息。 利用这些地震波信息，可研究波场、波速、岩层产状、岩石孔隙度等，为直接找 油找气提供了可能性。由于地震波是在地表传输，高频信号衰减小，横波衰减小， 因此与其它地震勘探方法相比，反射振幅强、信嗓比高、分辨率高、初至波清晰、 波场信息丰富、波的运动学和动力学特征明显的特点，可以提取高精度的地震属 性。 与水平地面剖面相比，垂直剖面具有如下特点： ( 1 1 地面剖面基本上是通过观测波场在水平方向( 地表) 的分布来研究地质剖面 的垂向变化，垂直削面是通过观测波场在垂直方向的分布来研究地质剖面的垂向 变化，v s p 的观测检波器为三分量检波器，即垂直分量与两个水平分量传统的 水平地震勘探目前只能接收一个垂直分量单纯接收纵波。因此，v s p 波的运 动学和动力学特征更明显、更宜接、更灵敏。可同时获取纵波和横波的信息，波 场信息丰富。 地表观测离开介质内部有意义的界面较远。与界面有关的波需要经过一段 复杂的旅程才到达地表，垂直剖面可以在介质内部紧靠界面附近观测，因而可直 接记录到与界面有关的较纯的地震子波的波形。 ( 3 ) 地面地震记录上主要的干扰大都来自剖面上部，由于这些干扰往往使地面 记录上波的识别和对比发生困难。垂直地震剖面由于在介质内部点上直接观测 因而有可能避开和减弱剖面上部低降速带的干扰，易于识别波的性质 ( 4 ) 地表观测时，由于剖面上部的影响，地震噪声水平较高，仪器有效灵敏度 受到限制，因而很难记录和识别强度低的弱波。垂直剖面在介质内部的点上观测， 由于地震噪声水平随深度迅速衰减，因而可以大大提高仪器的有效灵敏度，并使 弱波的观测成为可能。 ( 5 ) 地表观测时，不同界面的波到达地表测线上各点的方向都是来自下方，且 l o 中田科学技术大学硕士论文 v s p 系统软件鹩研究与设计 彼此差别不大。垂直剖面观测时，可同时记录上行波和下行波，不同界面的波到 达井内测线上各点的方向可以是来自上方，也可以是来自下方，而且在界面附近 发生突变，所以垂直剖面可以有效地利用波的到达方向这特点。 ( 6 ) 地表观测时，由于低速带和剖面上部的影响，波的质点运动方向发生畸变。 垂直剖面由于能避开剖面上部和低速带的干扰，所以能够较准确地观测波的质点 运动方向，因而可以利用波的“空间偏振( 或极化) ”这一特别灵敏的参数来研究 波的性质和地层岩性。 v s p 法是一种新的地震勘探技术，它也是常规地震速度测并技术的发展，但 又不同于地震测井。地震测井和垂直地震剖面的不同在于：前者只利用记录的初 至波，后者不仅利用记录上的初至波，也要利用记录上的续至波：前者的观测点 距( 深度间隔) 通常较大0 0 0 米到数百米) ，后者的观测点距很小( 典型的是1 0 到2 5 米) ；前者只利用震源在井口附近的零偏移距观测系统，后者还利用震源偏 离井口的( 非零) 偏移距观测系统和多偏移距观测系统；前者的目的主要是测定 波速，后者主要是研究井旁地层剖面及在实际地质介质中研究波的形成和传播的 规律，除此之外，垂直地震剖面在其发展过程中已经研制了专门的仪器系统，试 验了成套的野外工作方法，并发展了解释的理论基础。所以它已远远超出地震测 并原来的范围，而发展成为一套完整而独立的、新的观测方法。 垂直地震剖面法，也有自己的不足之处。如：野外采集远比水平地震勘探采 集工艺复杂。它需要井孔、电缆、电缆车及重复性好的震源，比水平地震勘探工 作环节多且繁琐。特别在严寒的冬季施工，更增加了许多麻烦。最大的缺点是它 的测量范围有限，这一点远不能与水平地震勘探相比。此外由于井深以及井内环 境的原因，v s p 的带道能力、采集和传输性能等远不如水平地震勘探。 在v s p 数据采集中所用的设备如图所示，它主要包括震源、井下检波器、记 录仪器、电缆、参考检波器等。 中置科学技术大学硕士论文v s p 系统软件的研究与设计 图表1 - 2 、v s p 观测设备布置固 1 震源 进行实际v s p 采集工作的震源应满足以下条件：1 震源能激发宽高频信号， 使之有较高的分辨率；2 能量强，干扰少，多在低速层以下介质中激发，为增强 信号能量，采取同一观测点多次重复激发的方法：3 震源子波的一致性，一口井 观测点上百个，每个点又重复激发，这样测一口井必须激发上百次，甚至千次以 上，要求每次激发子波都一样，激发条件必须重复；4 相邻道震源的标时误差应 小于一毫秒，以保证有较高的精度。 所用的震源类型有炸药、可控震源、气枪等。 一般来说，当震源能量较弱时，为了加强信号的能量，常采用叠加的方法， 它可以使信嗓比提高倍( n 为叠加次数) 。当使用炸药震源时，对记录很少进 行叠加，一是炸药震源能量较强，二是各炮波形很难一致。 2 偏移距 偏移距是指井口到震源点的距离，其可大可小，主要要考虑偏移距的大小与 界面成像的范围，随偏移距增加地下成像范围也随之增大，反之成像范围就小。 偏移距小，野外工作及处理较简单，偏移距过大，由于波形转换，可能造成资料 质量变坏。综上，我们应该综合考虑来确定偏移距的大小。一般认为当震源位于 井口附近，偏移距为接收点深度的十分之一时，可以认为是零偏移的。 3 参考检波器 参考检波器埋于地下监视震源子波，要求它尽可能与井中检波器的性能相同， 它可以为子波处理提供依据。 中国科学技术大学硕士论文v s p 系统软件的研究与设计 4 铡井检波器 井下检波器是v s p 工作中的主要设备，它应具有可伸缩的推靠臂，当检波器 沉放到某一观测点时，要求将检波器推靠在井内套管上，保证良好的耦合条件。 还要求检波器具有较宽的通频带，有可调的动态增益。它的形状应是两端尖直径 小，以防止管道波的产生，它应是三分量的，可同时取得纵横波的资料，并能承 受高温高压。 井下检波器多数是一道或两道，一般不超过1 2 道。 田表1 3 、潮井检波器 5 检波器点距 要求相邻检波器的点距符合采样定理，点距应为二分之一的最小有效波波长， 点距小，对应界面上的反射点的间距也越小，这对分辨细微的地质结构是有利的， 这实际上提高了v s p 割面的分辨率。在实际生产中点距选为6 1 5 m 。 6 记录仪器 v s p 的记录系统一般要求动态范围大于1 2 0 d b ，采用浮点放大系统，1 5 位的 模数转换，0 5 m s 采样，标准记录格式等。 中盈科学技术大学硕士论文 v s p 系统软件的研究与设计 1 3v s p 技术国内外发展状况 v s p 技术已经历了很长的一段发展历程，从早期的地震速度罚并发展起来的 零井源距v s p 技术开始，就几乎同时出现了非零井源距v s p 观测和多方位的非 零并源距v s p 观测，后来还曾一度出现变井源距v s p ( w a l ka w a yv s p ) ，至2 0 世 纪8 0 年代末，三维v s p 技术问世，极大地促进和拓宽了v s p 技术的应用。随着 井下震源性能的改善，三维逆v s p 观测也就成为可能。与此同时，人们还开发了 随钻v s p 技术。 有迹象表明，今后v s p 技术在数据采集方面有以下发展趋向： ( 1 ) 三分量检波器和时移地震技术的应用使v s p 技术的应用功能大大加强， 成为油田开发阶段储层描述和提高采收率不可缺少的种方法； ( 2 ) 三维v s p 与地面三维地震的同时实施是既经济又高效的可行途径，三维 三分量v s p 数据和地面三维地震数据同时处理与解释，将为油藏地质模型的建立 提供准确和详细的数据； ( 3 ) 十分注重三维v s p 野外采集作业的设计，针对储层参数，借助于模型迸 行波场模拟，利用地面三维地震施工因素设计出最佳采集方案。在数据处理与解 释方面，围绕单井成像和储层描述这一主题，开展了以下几方面的研究并取得了 一定效果： ( 3 一1 ) 基于模型的波场模拟和波场分离方法； ( 3 - 2 ) 提高成像质量和偏移归位精度的处理方法： ( 3 3 ) 三维v s p 数据与三维地面地震数据同步处理与解释方法； ( 3 - 4 ) 三维v s p 数据反演储层参数的处理与解释方法。 随着采集、处理、解释技术的提高，v s p 技术将成为井旁储层非均质性研究 的重要方法，通过应用多波多分量接收技术和时移技术，v s p 技术将会成为油藏 精细描述和油藏动态监测的有效方法，将对提高采收率产生十分积极的作用。具 体表现在以下几方面： ( 1 ) 大大改善井旁构造成像； ( 2 ) 提高盐丘侧翼成像精度； ( 3 井旁储层岩性分析： ( 4 ) 储层裂缝检测及各向异性研究； ( 5 ) 油气信息预测。 1 4 中国科学技术大学硕士论文v s p 系统软件的研究与设计 1 4v s p 地震数据采集记录系统的意义 该系统的研发有着深远的意义： 1 在国内，首次对v s p 探测设备进行了自主研发，有自主的知识产权，它将弥 补国内在该领域的空白，为国家的石油勘探技术提供重要的技术根据。 2 该设备的研制将大大降低我国陆上油田的物探成本，我们自己研发的勘探设备 的成本将远低于从国外进口一套同类设备所需费用，可以为国家节省大量的 资金。 3 通过该设备的研制，可以学习国外先进的地震勘探设备，积累和掌握国际上先 进的v s p 地震数据采集技术，为今后在该领域追赶国外的先进技术打下坚实 的基础。 系统软件是系统里面一个重要的组成部分，所以系统软件的设计也是一个需 要重点研究的部分。 中圆科学技术大学硕士论文 v s p 系统软件的研究与设计 第二章v s p 系统介绍 v s p 系统是一个复杂的系统，本章将先介绍本系统的整体结构，然后着重介 绍一下地面采集与记录系统的构成。 2 1v s p 系统整体结构 该系统是基于光纤加速度传感器的3 d - 3 cv s p ( 3d i m e n s i o n - 3c o m p o n e n t 眦a ls e i s m i cp r o 疗1 r - 3 维3 分量垂直地震刨面) 数据采集系统，主要包括地 面采集记录系统、6 级检波器组成的井下仪器( 不包括震源及其控制系统) 。地面 记录系统与井下仪器通过7 k i n 的电缆进行通讯。7 k i n 长电缆高速、可靠的数据传 输，是系统成败的关键。 图表2 1 、v s p 系统结构示意图 1 采集，通讯子系统构成 本子系统包含3 个部分：地面采集记录系统、井下数据通讯仪器( r t t ) 、 井下辅助测量仪器。井下数据通讯仪器的主要功能是实现地面系统与井下仪器的 数据通讯，通过e d i b 总线与其它e d i b 总线仪器相连，这当中包括v s p 检波器 1 6 中国科学技术大学硕士论文 v s p 系统软件的研究与设计 中控单元。并下辅助测量仪器主要包括用于仪器定位的自然伽玛测量仪器以及电 缆张力测量仪器。这些辅助测量仪器与通讯仪器均属成型设备，因此有关这两类 仪器的技术细节此处不再赘述。 2 检波器子系统构成 本子系统由检波器阵列( f 灿t ) 及其中央控制器( g a c ) 两个部分构成。检 波器阵列由6 级完全相同的检波器组成。g a c 用以协调控制检波器阵列的工作， 缓存地震波数据，并实现两种总线( e d mv s v l b l l s ) 间的转换，其中v l b u s 采 用的是c a n 总线方式。 2 2 地面采集与记录系统介绍 地面采集与记录系统是整个系统中最直接与用户相关的部分，系统的控制也 是由此部分来负责的，所以这个部分是系统中非常重要的一个部分。 2 2 1 主要研究内容 图表2 2 、v s p 地面采集与记录系统示意圈 v s p 地震数据地面采集与记录系统结构示意图如上图所示，其中虚线代表地 面和地下系统的分隔线。地面采集与记录系统主要是由基于c o m p a c tp c i 总线的 数据采集腔制子系统( 硬件部分) 以及运行于其上的基于w m d o w s2 0 0 0 x p 操作 系统的系统软件( 软件部分) 共同构成。 基于c o m p a c tp c i 总线的数据采集，控制子系统主要功能包括： 1 7 中田科学技术大学硕士论文v s p 系统软件的研究与设计 基于e d i b 总线的电缆数字通讯功能，数据率为2 3 0 k b p s 。 井深测量及显示 井口电缆张力测量及显示( 不包括电缆张力计) 枪控及导航系统信号接口以及相关控制功能 数据显示、存储、绘图，打印功能。 基于w i n d o w s2 0 0 0 x p 操作系统的系统软件主要功能包括： 硬件驱动； 系统工作参数配置； 系统数据采集记录过程控制； 系统( 包括井下仪器系统) 工作状态监视； 按标准s e g - y 格式进行实时数据记录； 实时数据显示； 系统日月检功能； 绘图及打印功能； 班报记录功能； 友好的用户界面和使用帮助文档。 2 2 2 技术指标 1 机箱内功能板卡满足c o m p a c t p c i 总线规范，功能板卡能够按照e d i b 总 线要求实现2 3 0 k b p s 电缆数字通讯，满足v s p 井下仪器系统的控制和数 据通讯的需要。通讯方式应当能够适应不同长度的标准7 芯测井电缆。 通过3 路上行( 井下到地面) 数据通道接收1 8 路地震波数据和其它井下 仪器数据。3 路信道总数据率为2 3 0 k b p s ，其中： 2 路单向上行信道m s m 7 ，每路数据率9 3 7 5 k b p s ； 1 路半双工上行信道m 2 ，数据率4 1 6 7 k b p s ； 通过1 路半双工下行信道m 2 发送井下仪器控制命令，数据率2 0 k b p s 。 2 目前的通讯信号调理：信号程控放大，滤波，数字均衡( 用了6 套固定参 数) 。 3 完成与枪控及导航系统的配接，正确实现v s p 采集触发方式。 4 接收深度编码器输出信号，正确测量测量井深并以适当方式显示。 5 接收井口张力计输出信号，正确测量电缆张力并显示。 中国科学技术大学硕士论文v s p 系统软件的研究与设计 张力测量采用1 6 b i ta d 分辨率 6 系统软件性能指标： 操作系统：w i n d o w s2 0 0 0 x p ，主要开发语言：c ，c + + ； 系统工作参数配置，主要包括地震波采集时间和采样率设置。 采集时间可选：l 8 秒； 采样率可选：o 5 k i - i z 、i k h z 、2 k h z ； 实时数据显示内容包括：地震波波形、深度、张力、系统工作状态等。 地震波波形显示要求： 标准道数l b 道，道数可以增减( 最大3 6 道) l 可设置幅度比例尺和时窗宽度： 具备局部放大显示功能； 系统自检及系统诊断功能； 记录与回放操作功能； 绘图、打印选择、控制功能； 相关信息显示功能( 5 c 件号，炮号等) ； 错误信息处理功能； 完善的帮助文档： 7 数据记录与输出 实时数据双记录： 数据输出：标准介质( 磁光盘m o ) 、s e g - y 格式； 8 ，深度、张力显示面板 用于绞车操作所需深度、张力及差分张力等信息显示； 通过标准通讯端口( 如r s 2 3 2 ) 与c p c i 系统进行数据交换，所需电缆长 度约5 米； 采用液晶触摸屏，以适当方式显示有关信息。 电缆张力；1 6 位a d ，张力变化( 1 秒内的变化量) 显示，包括井下张力 和井口张力。 深度需要用显示器显示。 9 2 踪示波器监视电缆信号波形 1 9 中国科学技术大学硕士论文v s p 系统软件鲍研究与设计 采用软件控制模拟开关进行不同信号向的切换 监视信号包括： 调理前后的上行m 2 信号波形： 调理前后的上行m 5 信号波形l 调理前后的上行m 7 信号波形： 调理后的下行m 2 命令信号波形； 2 2 3 地面采集与记录系统介绍 c o m p a c tp c i 机箱轻便简洁，并且可以通过加载c p c i 板卡方便地进行功能扩 展。所以根据系统要求，并考虑到紧凑性、可移动性和可扩展性，使用了c o m p a c t p c i 机箱( 包括零槽、v s p 板以及零槽后插板、v s p 后插板和其它系统必须的板 卡) 作为系统主体。 外围接入了绘图仪、磁光盘存储器m o 、示波器、打印机等辅助功能设备。 总体框图如图2 3 所示。 4 槽6 uc p c i 机箱艄 图襄2 3 ，v s p 地面记录系统便携式总体框豳 c p c i 机箱型号：m i c 3 0 3 6 s 2 ( 4 槽) c p c i 机箱尺寸：4 4 1 m m 8 8m m * 2 9 5 姗 2 0 中胃科学技术大学硕士论文v s p 系统软件的研究与设计 c p c i 机箱重量：6 k g c o m p a c tp c i 机箱负责与井下系统的通讯、信号调理、数据采集、格式转换、深度测 量、采集触发等；在极箱里插入零槽系统板和c p c i 功能模板r s p ( r e a j t i m es i 謇刚 p r o c e s s i n g 实时信号处理) 零槽板上面运行的是w i n d o w sx p 操作系统，相当于一台p c 的主板，主要功 能为人机界面、测井数据动态实时显示、测并致据实时记录、回放，驱动绘图仪； 数据记录采用磁光盘m o ( m a g n e t o - o p t i c a ld i s k ) 。另外，零槽还要负责整个系统 硬件的控制：c p c i 资源配置、时钟、中断管理、接收主控计算机的命令、将井深、 张力等数据通过百兆网口传给远程工控计算机用以实现所需状态的实时显示。c t u 作为p c i 总线仲裁器，负责对p c ) 总线的仲裁管理，v s p 软件通过w i n d o w sx p 操 作系统可以实现对r s p 单板的控翎运行。 v s p 板负责井下地震信号的调理、信号恢复、数据缓存、深度测量、命令下发、 采集触发等：所以v s p 板对于采集与记录系统而言，是至关重要的核心板卡 示波器用来监视井下数据经过调理后的模拟信号的波形。 打印机用来打印有关报告、报表、分析结果等 枪控系统给c p c i 系统发送触发脉冲t b 信号，控制采集系统的采集触发。 工控机主要负责在井边读取深度张力信息，并且将信息传给主控机进行比对。 2 2 4v s p 单板介绍 v s p 板是插在c p c i 机箱里的插板，是一块标准的6 u ( 2 3 3 3 5 r a m 1 6 0 m m ) 尺寸的c o m p a c tp c i 插板，是根据系统功能自主设计的板卡，是地面硬件系统里 面的核心组件。 v s p 板完成如下功能： 井