成像测井地面系统软件的设计与实现
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摘要
“ERA2000成像测井地面仪”是中国石油天然气集团公司“九五”重点科技攻关项目，在研制过程中采用了当今先进的电子技术和计算机技术，系统具有自主的知识产权。本论文是在项目研制开发的基础上完成的，文中分析了系统的软硬件功能及特点，详细说明了系统软件设计与实现中采用的面向对象设计技术和数字图像处理技术。
文章首先回顾了测井技术的发展历程，分析介绍了目前国内外测井地面系统的技术现状。正在发展中的成像测井技术，对勘探复杂的非均质的油气藏具有较强的适应能力，是当今世界测井技术的前沿。
ERA2000成像测井地面仪采用具有国际标准的快速工业总线VME总线为数据采集的核心。系统使用高性能嵌入式计算机，实现网络化、开放式测井平台。能满足复杂储集层测井所要求的支持能力，可扩展性好。该系统除能满足常规的裸眼井测井、套管井测井、生产井测井、射孔取芯作业外，还能配接中子寿命测井仪和成像系列下井仪器。
用面向对象方法开发软件，通常需要建立三种形式的模型，分别是描述系统数据结构的对象模型，描述系统控制结构的动态模型和描述系统功能的功能模型。成像测井系统中的主控模块主要包括刻度、测井、回放、重测井等子模块。系统的测井主控采用双进程、多线程的设计方案。一个进程是采集管理器，它主要负责和前端机进行通讯。另一个进程就是主控软件，其中多个线程共享同一个内存空间，线程之间的通讯方便。系统采用实时抢占式调度控制方式，可及时处理在测井过程中的紧急事例和数据采集。
根据Windows NT中的DLL技术和面向对象中的动态联编技术，采用动态添加新仪器的设计思想，设计了测井仪器类及动态添加机制，可以将各种测井仪器的动态连接库动态安装到测井系统中，达到动态添加新仪器的目的。
根据测井工作的实际需要，进行了数据流图的数据流分析，把测井主控系统内核分成三个基本的类对象：测井仪器类、数据记录类、绘图输出类。测井仪器类是整个系统面向对象设计的重要部分。它向数据采集通道发送数据采集命令，并从前端机读取数据，对数据进行处理后，将处理的结果送给显示、记录、绘图
进程（线程）。作为所有测井仪器的基类，它定义了测井仪器的公有属性和操作。＿
TIFF是一种通用的位映射图像格式，在ERA2000成像测井系统中 TIFF文件。
的使用主要包括两个功能，在现场测井时实时生成标准的无压缩的TIFF图像文
件，同时给用户提供TIFF图像文件的划览和快速回放功能。用面向对象方法处
理TIFF图像的核心是设计一个处理TIFF的类，称做CTiff。在设计时将绘图仪＿
绘图的功能也包含到CTiff类中，这样便于软件的更新和维护。实时生成的TIFF
图像文件和热敏绘图仪上输出的内容完全一致，可作为现场临时替代绘图仪的一
种方案，以及作为原始资料进行长期保存。
数字半色调处理是一种用经过精心计算排列的二进制图形元素来表现一个
连续色调图像的算法处理过程，它也称为空间抖动。误差分散算法是山FIOyd和
Steinberg首先提出的，它采用的是邻域操作，是目前最流行的邻域半色调处理算
法。抖动算法己在成像测井系统中应用，对微电阻率扫描测井图像、井下声波电
视测井图像、变密度测井图像等均能很好的反映其图像特征。另外还可用于在绘＿
图仪上打印各种形式的彩色TWF图像，效果很好，方便了用户的使用。
ERA2000成像测井地面仪己通过中国石油天然气集团公司组织的专家鉴定。
并荣获中国石油天然气集团公司2002年度技术创新二等奖，荣获西安石油勘探
仪器总厂2002年度科技进步特等奖
ERA2000 (garth 8esources 8Cquisition 2000) imaging logging surface
system which owns its own intelleCtuaI property right, is a key sci-tech prOeCt
during CNPC's ninth five-year plan. This articIe, written on its deveIopment,
studies its software and hardware features, details its objeCt-oriented and
digital images processing techniques used in sof=tware designs.
Reviewed is the deveIoping history of Iogging technology, and introduced
is the surface Iogging system at home and abroad. The deveIoping imaging
Iogging technoIogy is quite adaptable to logging in complex inhomogeneous
reservoirs and hence a Ieading technoIogy in the worId today
ERA2000 imaging Iogging surface system uses internationaI standard
VME industry bus as its core of data acquisition. It aIso uses high
perfOrmance embedded PC with networking support and open Iogging
pIaborm, therefore, meeting the complicated reservoir Iogging requirements
and having a better eXtendibiIity. lt alIows matching with neutron lifetime
Iogging tool and downhoIe imaging series in addition to providing openhoIe,
casedhole, production logging service and coring operation.
DeveIoping software through objeCt-oriented approach is necessary to set
up three types of modeIs-he objeCt modeI, which describes data struCturel
the dynamic model, which describes control configuration, and the function
modeI describing the system funCtion. The main controI module in this system
incIudes caIibration, Iogging, playback, relogging submoduIes, etc. Its main
Iogging controI module uses biprocess and multi-thread designs.One process
is the data acquisition manager for communicating with the front-end
computer.The other is the main controI sof=tware, in which the multi-thread
shares a common memory space, so, communication betWeen threads is
auite convenient. The svstem uses real-time preemptive scheduIe to solve
emergent eventS and data acquisition punCtua1ly.
Based on DLL in Windows NT and dynamic binding scheme technique in
objeCt-oriented design, a design concept of dynamical1y loading new Iogging
tools is used. Logging tool cIass and dynmic loading mechanism are designed
which heIps loading dynamic Iinking Iibrary of various logging tooIs to software
system in operations so to compIete dynamic new tool loading.
Data fIow in the data fIow diagrams is anaIysed according to the real
Iogging needs. The core of main control system is classified into three basic
cIasses, Iogging tooI cIass, data recording cIass and plottingloutputting class.
The Iogging tooI class is the important part of object-oriented design which
sends data acquisition command to data acquisition channeI, get data from
front-end computeF, and transmits the processed data to display, recording,
plotting process(thread) after data processing.As the base cIass of whoIe
logging tooI,the Iogging tool cIass defines its common attributes and methods.
TlFF is a common bitrenection image format. ln ERA2ooo imaging
Iogging surface system, there are tWo fUnCtions to use T1FF file.It generates
standard non-compressed TlFF image file in reaI time,and at the same
time,provides users the files browsing and quick playback functions.The key
to TlFF image processing by objeCt-oriented method is to design a
class,CTiff.In its design,pIotting function of the plotter shouId be included in
CTiff so as easy to upgrade and maintenance the software.The real time
generated TIFF image fiIe and output on the pIotter are completeIy the
same,which can be used as a in-situ temporary substitute fOr the pIotter and
originaI data fOr Iong term storage.
DigitaI haIftoning refers to any algorithmic process which creates the
iIIusion of continuous-tone images from the judicious arrangement of binary
picture eIements. It is often called spatiaI dithering. The error diffusion
algorithm, first introduced by FIoyd and Steinberg, requires neighborhood
operations. lt is currentIy the most popuIar neighborhood halftoning process.
The dithering algorithm,
文章首先回顾了测井技术的发展历程，分析介绍了目前国内外测井地面系统的技术现状。正在发展中的成像测井技术，对勘探复杂的非均质的油气藏具有较强的适应能力，是当今世界测井技术的前沿。
ERA2000成像测井地面仪采用具有国际标准的快速工业总线VME总线为数据采集的核心。系统使用高性能嵌入式计算机，实现网络化、开放式测井平台。能满足复杂储集层测井所要求的支持能力，可扩展性好。该系统除能满足常规的裸眼井测井、套管井测井、生产井测井、射孔取芯作业外，还能配接中子寿命测井仪和成像系列下井仪器。
用面向对象方法开发软件，通常需要建立三种形式的模型，分别是描述系统数据结构的对象模型，描述系统控制结构的动态模型和描述系统功能的功能模型。成像测井系统中的主控模块主要包括刻度、测井、回放、重测井等子模块。系统的测井主控采用双进程、多线程的设计方案。一个进程是采集管理器，它主要负责和前端机进行通讯。另一个进程就是主控软件，其中多个线程共享同一个内存空间，线程之间的通讯方便。系统采用实时抢占式调度控制方式，可及时处理在测井过程中的紧急事例和数据采集。
根据Windows NT中的DLL技术和面向对象中的动态联编技术，采用动态添加新仪器的设计思想，设计了测井仪器类及动态添加机制，可以将各种测井仪器的动态连接库动态安装到测井系统中，达到动态添加新仪器的目的。
根据测井工作的实际需要，进行了数据流图的数据流分析，把测井主控系统内核分成三个基本的类对象：测井仪器类、数据记录类、绘图输出类。测井仪器类是整个系统面向对象设计的重要部分。它向数据采集通道发送数据采集命令，并从前端机读取数据，对数据进行处理后，将处理的结果送给显示、记录、绘图
进程（线程）。作为所有测井仪器的基类，它定义了测井仪器的公有属性和操作。＿
TIFF是一种通用的位映射图像格式，在ERA2000成像测井系统中 TIFF文件。
的使用主要包括两个功能，在现场测井时实时生成标准的无压缩的TIFF图像文
件，同时给用户提供TIFF图像文件的划览和快速回放功能。用面向对象方法处
理TIFF图像的核心是设计一个处理TIFF的类，称做CTiff。在设计时将绘图仪＿
绘图的功能也包含到CTiff类中，这样便于软件的更新和维护。实时生成的TIFF
图像文件和热敏绘图仪上输出的内容完全一致，可作为现场临时替代绘图仪的一
种方案，以及作为原始资料进行长期保存。
数字半色调处理是一种用经过精心计算排列的二进制图形元素来表现一个
连续色调图像的算法处理过程，它也称为空间抖动。误差分散算法是山FIOyd和
Steinberg首先提出的，它采用的是邻域操作，是目前最流行的邻域半色调处理算
法。抖动算法己在成像测井系统中应用，对微电阻率扫描测井图像、井下声波电
视测井图像、变密度测井图像等均能很好的反映其图像特征。另外还可用于在绘＿
图仪上打印各种形式的彩色TWF图像，效果很好，方便了用户的使用。
ERA2000成像测井地面仪己通过中国石油天然气集团公司组织的专家鉴定。
并荣获中国石油天然气集团公司2002年度技术创新二等奖，荣获西安石油勘探
仪器总厂2002年度科技进步特等奖
ERA2000 (garth 8esources 8Cquisition 2000) imaging logging surface
system which owns its own intelleCtuaI property right, is a key sci-tech prOeCt
during CNPC's ninth five-year plan. This articIe, written on its deveIopment,
studies its software and hardware features, details its objeCt-oriented and
digital images processing techniques used in sof=tware designs.
Reviewed is the deveIoping history of Iogging technology, and introduced
is the surface Iogging system at home and abroad. The deveIoping imaging
Iogging technoIogy is quite adaptable to logging in complex inhomogeneous
reservoirs and hence a Ieading technoIogy in the worId today
ERA2000 imaging Iogging surface system uses internationaI standard
VME industry bus as its core of data acquisition. It aIso uses high
perfOrmance embedded PC with networking support and open Iogging
pIaborm, therefore, meeting the complicated reservoir Iogging requirements
and having a better eXtendibiIity. lt alIows matching with neutron lifetime
Iogging tool and downhoIe imaging series in addition to providing openhoIe,
casedhole, production logging service and coring operation.
DeveIoping software through objeCt-oriented approach is necessary to set
up three types of modeIs-he objeCt modeI, which describes data struCturel
the dynamic model, which describes control configuration, and the function
modeI describing the system funCtion. The main controI module in this system
incIudes caIibration, Iogging, playback, relogging submoduIes, etc. Its main
Iogging controI module uses biprocess and multi-thread designs.One process
is the data acquisition manager for communicating with the front-end
computer.The other is the main controI sof=tware, in which the multi-thread
shares a common memory space, so, communication betWeen threads is
auite convenient. The svstem uses real-time preemptive scheduIe to solve
emergent eventS and data acquisition punCtua1ly.
Based on DLL in Windows NT and dynamic binding scheme technique in
objeCt-oriented design, a design concept of dynamical1y loading new Iogging
tools is used. Logging tool cIass and dynmic loading mechanism are designed
which heIps loading dynamic Iinking Iibrary of various logging tooIs to software
system in operations so to compIete dynamic new tool loading.
Data fIow in the data fIow diagrams is anaIysed according to the real
Iogging needs. The core of main control system is classified into three basic
cIasses, Iogging tooI cIass, data recording cIass and plottingloutputting class.
The Iogging tooI class is the important part of object-oriented design which
sends data acquisition command to data acquisition channeI, get data from
front-end computeF, and transmits the processed data to display, recording,
plotting process(thread) after data processing.As the base cIass of whoIe
logging tooI,the Iogging tool cIass defines its common attributes and methods.
TlFF is a common bitrenection image format. ln ERA2ooo imaging
Iogging surface system, there are tWo fUnCtions to use T1FF file.It generates
standard non-compressed TlFF image file in reaI time,and at the same
time,provides users the files browsing and quick playback functions.The key
to TlFF image processing by objeCt-oriented method is to design a
class,CTiff.In its design,pIotting function of the plotter shouId be included in
CTiff so as easy to upgrade and maintenance the software.The real time
generated TIFF image fiIe and output on the pIotter are completeIy the
same,which can be used as a in-situ temporary substitute fOr the pIotter and
originaI data fOr Iong term storage.
DigitaI haIftoning refers to any algorithmic process which creates the
iIIusion of continuous-tone images from the judicious arrangement of binary
picture eIements. It is often called spatiaI dithering. The error diffusion
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The dithering algorithm,
引文
1、Christian Clavier, Imaging Logging: a new dimension in interpretation. 94 (XP AN) TRANSACTION OF INTERNATION SYMPOSIUM ON WELL LOGGING.
2、R.D Felder, ADVANCES IN OPEN-HOLE WELL LOGGING '94 (XP AN) TRANSACTION OF INTERNATION SYMPOSIUM ON WELL LOGGING.
3、Adoumieh,R. Et al.,1990,"the MAXIS System:Imaging for Reservoir Characterization", Schlumberger Oilfield Review, v. 2, no. 2, p.31-42.
4、Paillet,F.L.et al.,1990,"Borehole Imaging and Its Application in Well Logging—An Overview",in Borehole Imaging,SPWLA Reprint Series,Society of Professional Well Log Analysts,Houston,TX,p.3-23.
5、Robert Ulichney. Digital Halftoning, Cambridge,Massachusetts,MIT ET.
6、S.E. Prensky, A Survey of recent Developments and Emerging Technology in Well Logging and Rock Characterization. THE LOG ANALYST, 1994,35(2).
7、孙以睿。浅谈数控测井系统软件开发中的应注意的问题。测井技术，1997，21(5)。
8、鞠晓东。数控测井系统软件中的OOP方法。测井技术，1998，22(5)。
9、韩剑辉，赵成钢，刘建成。BLS数控测井软件的设计与实现。测井技术，1999，23(4)
10、李安宗。数控测井仪绘图软件的设计与实现。测井技术，1994，18(2)。
11、晁永胜。5700成像仪器诊断测试系统分析。测井技术，1999，23(3)
12、陆大卫。中国石油测井技术现状。94(西安)国际测井学术会议论义集，北京，石油工业出版社，1994。
13、何斌等。Visual C++数字图像处理。北京，人民邮电出版社，2001。
14、张海藩。软件工程导论(第三版)。北京，清华大学出版社，1998。
15、《测井学》编写组。测井学。北京，石油工业出版社，1998。
16、鞠晓东。我国石油测井装备研发现状及发展的思考。石油仪器，2001，15(4)。
17、吴铭德。测井国际市场分析及中国测井界的对策。测井技术，2001，25(4)。
18、史文革。微机图像格式大全。北京，海洋出版社，1992。
19、谭廷栋。测井高新技术。北京，石油工业出版社，1999。
20、石油测井情报协作组。测井新技术应用。北京，石油工业出版社，1998。
21、张辛耕译。电缆测井技术的发展——咋天、今天和明天。测井技术信息，2000，13(1)。
22、杨春胜，杨虹。国外测井技术新进展。世界石油工业，1998，5(4)。
23、尹国平。ECLIPS成像测井系统。石油仪器，1998，12(2)。
24、谭廷栋。中国油气勘探测井技术的更新换代。测井技术，2000，24(3)。
25、张守谦等。成像测井技术及应用。北京，石油工业出版社，1997。
26、曾文冲。关于我国测井技术发展的几点意见。测井技术，2002，26(1)。
27、吴铭德。中国测井装备研制及有关发展思路的建议。测井技术，2002，26(1)。
28、晶辰工作室编著。最流行图像格式实用参考手册。电子工业出版社，1998年10月。
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25、张守谦等。成像测井技术及应用。北京，石油工业出版社，1997。
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28、晶辰工作室编著。最流行图像格式实用参考手册。电子工业出版社，1998年10月。