李向峰 肖 宏 馬雪青 徐方友

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司技術(shù)中心 陜西西安)

微電阻率成像儀器實(shí)現(xiàn)與超聲成像儀器組合測(cè)井

李向峰 肖 宏 馬雪青 徐方友

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司技術(shù)中心 陜西西安)

成像測(cè)井系統(tǒng)相比以前的測(cè)井系統(tǒng),在數(shù)據(jù)傳輸速度、采集的信息量、數(shù)據(jù)處理精度以及系統(tǒng)可靠性等方面都有大幅度的提高。微電阻率成像儀器與超聲成像儀器組合測(cè)井試驗(yàn)成功,標(biāo)志著國(guó)內(nèi)測(cè)井技術(shù)又向前邁進(jìn)了一大步。兩種成像儀器組合測(cè)井可以大大提高勘探油氣藏的效率。

微電阻率成像;超聲成像;組合測(cè)井;數(shù)字相敏檢波;CAN接口

0 引 言

石油測(cè)井技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命中產(chǎn)生的重要技術(shù)之一,是石油工業(yè)技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域,其發(fā)展水平主要體現(xiàn)在測(cè)井系統(tǒng)的研制水平上。隨著社會(huì)發(fā)展,為滿足油氣田的勘探、開(kāi)發(fā)的要求,測(cè)井系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的成像測(cè)井系統(tǒng)時(shí)代,出現(xiàn)了成像測(cè)井系統(tǒng)。相比以前的測(cè)井系統(tǒng),成像測(cè)井系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度、采集的信息量、數(shù)據(jù)處理精度以及系統(tǒng)可靠性等性能都大幅度提高。事實(shí)證明,成像測(cè)井系統(tǒng)的使用大大提高了勘探油氣藏的效率,尤其是對(duì)復(fù)雜油氣藏的勘探效果顯著。因此在石油勘探中廣泛使用高性能的成像測(cè)井系統(tǒng)是今后石油測(cè)井的發(fā)展趨勢(shì)。

1 聲、電成像儀器測(cè)量原理

微電阻率成像測(cè)井儀是一種電阻率測(cè)井儀器,主要用于測(cè)量地層的非均質(zhì)特性,在地層的精細(xì)結(jié)構(gòu)描述、薄層劃分、裂縫識(shí)別及沉積相分析等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。推靠器極板發(fā)射的交變電流通過(guò)井內(nèi)泥漿柱和地層回到儀器頂部的回路電極。推靠器極板金屬體起到聚焦作用,使極板中部的電扣流出電流垂直于極板外表面進(jìn)入地層。通過(guò)測(cè)量電扣上的電流強(qiáng)度,可以反映出電扣正對(duì)著的地層由于結(jié)構(gòu)或電化學(xué)上的非均質(zhì)所引起的電阻率的變化。電扣電流信息經(jīng)適當(dāng)處理,可刻度為彩色或灰度等級(jí)圖像,即反映出地層微電阻率的變化[1]。

超聲成像測(cè)井儀也叫井下聲波電視,它使用一個(gè)360°旋轉(zhuǎn)的超聲換能器發(fā)射聲波的波束到井壁,聲波能量被井壁反射,返回?fù)Q能器。通過(guò)換能器記錄返回的聲波能量(幅度)和傳播時(shí)間,并且用數(shù)字記錄下來(lái)。返回的聲波能量大小主要與井壁的聲波阻抗、井眼的幾何形狀有關(guān)。超聲成像測(cè)井產(chǎn)生了大量的信息,如:裂縫、孔洞、地層均質(zhì)性、層理面和其它地質(zhì)特征。另外,聲波電視也用于確定裸眼井和套管井的井眼幾何尺寸[2]。

組合測(cè)井施工過(guò)程中,微電阻率成像儀器采用慢掃模式,測(cè)速為225 m/h,儀器自下而上的連接方式是:超聲成像(BHTV)+微電阻率成像(MCI)+伽馬(GR)+430K遙傳+馬龍頭。在MCI與BHTV間加一個(gè)絕緣短節(jié),將兩種儀器外殼隔離。兩種成像儀器與遙傳間采用CAN通訊協(xié)議,數(shù)據(jù)傳輸率可以達(dá)到1 Mb/s。遙傳與地面系統(tǒng)通過(guò)7 000 m鎧裝電纜可實(shí)現(xiàn)430 kb/s的傳輸速率,高速的遙傳系統(tǒng)解決了聲、電成像儀器組合測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳輸量大的問(wèn)題[3]。兩種成像儀器連接如圖1所示。

2 微電阻率成像儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

微電阻率成像儀器包括:絕緣短節(jié)、電源電子儀、采集電子儀和六臂液壓推靠器。絕緣短節(jié)是將EMEX信號(hào)源的兩個(gè)電極隔開(kāi),電源電子儀是為儀器的采集處理電路提供所需直流電源,六臂液壓推靠器的電機(jī)啟動(dòng)電源由地面電源箱體直接供給。

微電阻率成像儀器的EMEX信號(hào)源,是將地面電源箱體供給的直流高壓DCHV,經(jīng)過(guò)大功率的電感、電容串聯(lián)諧振,產(chǎn)生大電流的10 kHz正弦信號(hào),此信號(hào)經(jīng)隔離變壓器輸出,一端接VEX,另一端接儀器外殼AGND。VEX連接到絕緣短節(jié)上外殼,即EMEX信號(hào)源的回路電極;儀器的極板殼體為發(fā)射電極,儀器外殼的其余部分均用玻璃鋼絕緣外套包裹,實(shí)現(xiàn)電流屏蔽。電流通過(guò)所測(cè)地層形成回路。

微弱電流信號(hào)經(jīng)過(guò)極板電路,轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),同時(shí)放大20萬(wàn)倍,電路采用多級(jí)放大。推靠器有6塊極板,每塊極板有24個(gè)電扣,接收24道信號(hào),這樣電扣接收的信號(hào)共有144道。每塊極板接收的24道信號(hào)按時(shí)間排序,經(jīng)多路模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行選通,放大輸出。信號(hào)經(jīng)過(guò)選通放大后,再經(jīng)過(guò)增益調(diào)整,送到16位A/D芯片AD7671采樣,轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)送入ADSP21992進(jìn)行數(shù)字相敏檢波[4]。6塊極板輸出的信號(hào)分別被6片AD7671采樣,ADSP21992按控制時(shí)序分別讀取數(shù)據(jù)[5]。ADSP21992首先采集并計(jì)算一個(gè)周期的信號(hào)幅值,據(jù)此幅值調(diào)整增益放大倍數(shù)。極板輸出信號(hào)大小不一樣,調(diào)整的增益放大倍數(shù)就不一樣。經(jīng)過(guò)數(shù)字相敏檢波輸出的極板電扣信號(hào),通過(guò) ADSP21992的 SPORT口傳給主控 ADSP21992,主控ADSP21992再按預(yù)先定義好的幀格式,將數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線發(fā)給遙傳[6]。

圖1 兩種成像儀器連接示意圖

主控ADSP21992除了完成與檢波板ADSP21992的數(shù)據(jù)通訊外,還負(fù)責(zé)采集一些輔助信號(hào),這些輔助信號(hào)包括:測(cè)斜探頭的七個(gè)信號(hào)(AX、AY、AZ、FX、FY、FZ、T),六臂液壓推靠器的七個(gè)信號(hào)(CAL1、CAL2、CAL3、CAL4、CAL5、CAL6、PF),EMEX信號(hào)源的監(jiān)測(cè)信號(hào)(EV、EI、DCHV),電源監(jiān)測(cè)信號(hào)+12 V、-12 V等。這些輔助信號(hào)都是直流信號(hào),同樣經(jīng)過(guò)16位AD7671轉(zhuǎn)換后,由主控ADSP21992采集后按固定幀格式發(fā)給遙傳。主控ADSP21992具有CAN接口,通過(guò)對(duì)CAN控制寄存器的設(shè)置,實(shí)現(xiàn)與遙傳的CAN協(xié)議通訊。圖2是微電阻率成像儀器采集信號(hào)流程圖。

圖2 微電阻率成像儀器采集信號(hào)流程圖

3 組合測(cè)井效果

高性能聲、電成像儀器在長(zhǎng)慶事業(yè)部統(tǒng)xx生產(chǎn)井,組合下井。測(cè)井施工過(guò)程中,兩種儀器工作正常,取得合格測(cè)井資料,圖3是兩種成像儀器組合測(cè)井效果圖。圖中,左半部分是微電阻率成像儀器測(cè)井圖像,右半部分是超聲成像儀器測(cè)井圖像。

圖3 兩種成像儀器組合測(cè)井效果圖

4 結(jié) 論

聲、電成像儀器組合測(cè)井試驗(yàn)的成功,使得EILog系統(tǒng)具備了成像組合測(cè)井能力,將為今后測(cè)井生產(chǎn)作業(yè),增添新裝備,縮短現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)間,為企業(yè)帶來(lái)更多的效益。國(guó)產(chǎn)測(cè)井裝備首次完成聲、電成像組合測(cè)井試驗(yàn),這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)測(cè)井技術(shù)又向前邁進(jìn)了一大步。

[1] 中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司技術(shù)中心.MCI5570微電阻率成像測(cè)井儀維修手冊(cè).2007(資料)

[2] 王相森.聲電成像測(cè)井儀器分析[J].石油儀器,2007,21 (5)

[3] 饒運(yùn)濤,鄒繼軍,王進(jìn)宏,等.現(xiàn)場(chǎng)總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù)(第2版)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2007

[4] 李念強(qiáng),張煥春,禹艾芹.數(shù)字相敏檢波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電測(cè)與儀表,2001,38(5)

[5] 胡紹民,張廣發(fā).一種基于DSP和采樣ADC的數(shù)字鎖定放大器[J].數(shù)據(jù)采集與處理,2000,15(2)

[6] 王曉明,孫維濤,莊喜潤(rùn),等.高性能工業(yè)控制DSP——ADSP2199x原理及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005

Li Xiangfeng,Xiao Hong,Ma Xueqing and Xu Fangyou.The micro conductivity imager tool and the ultrasonic imager tool assemble logging.PI,2010,24(3):26～27,29

The imager logging tool system is different from the former logging tool system,which is improved in the speed of data transfer,the quantity of data,the precise of data and the reliability of system.The micro conductivity imager tool and the ultrasonic imager tool succeed in logging,and this is a forward sign of the logging technology in China.The assembled logging can improve the efficiency of the oil reservoir exploitation.

micro conductivity imager;ultrasonic imager;assemble logging;digital signal phase detecting;CAN interface

P631.8+3

B

1004-9134(2010)03-0026-03

李向峰,男,1979年生,工程師,2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球探測(cè)與信息技術(shù)專業(yè),碩士,主要從事測(cè)井儀器的研究與開(kāi)發(fā)工作。郵編:710075

2009-08-15 編輯:高紅霞)

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