何小冬 陳小東 熊 偉 陳 雄 何文武

(川慶鉆探工程有限公司測井公司 重慶)

俄羅斯TSH噪聲測井儀

何小冬 陳小東 熊 偉 陳 雄 何文武

(川慶鉆探工程有限公司測井公司 重慶)

噪聲測井主要用來檢查套管外竄槽、固井質(zhì)量以及定性確定套管外出水和出氣層的位置等。TSH噪聲測井儀由短節(jié)頭、扶正器、電子線路、噪聲傳感器和溫度傳感器共五部分組成,可記錄噪聲頻率范圍為100 Hz～20 000 Hz,溫度范圍為5℃～150℃。與GK L儀組合測井時,可同時記錄噪聲、井溫、套管接箍及自然伽瑪信號。根據(jù)井下情況,TSH既可進(jìn)行連續(xù)測量,也可進(jìn)行點(diǎn)測。TSH主要通過噪聲頻譜確定套管外竄流情況,但井溫也是研究套管外竄流情況的一個重要參數(shù)。

噪聲;竄槽;傳感器;井溫;刻度;測井

0 引 言

噪聲測井主要用來檢查套管外竄槽、固井質(zhì)量以及定性確定套管外出水和出氣層的位置等。通過對噪聲、井溫測井信息進(jìn)行模擬實驗,可估算套管外流體的流量、注水量、射孔孔眼的天然氣流量以及射孔段的產(chǎn)液量和出砂量等[1]。TSH噪聲測井儀屬俄羅斯AMK2000測井系列,可同時進(jìn)行噪聲和井溫測量,通過與GK L(伽馬、磁性定位儀)進(jìn)行組合測井,在檢查套管密封性和管外竄流、溢流、漏失及評價固井質(zhì)量方面具有很大優(yōu)勢。

1 儀器結(jié)構(gòu)

TSH噪聲測井儀由短節(jié)頭1、扶正器2、電子線路3、噪聲傳感器(水中聽音器)4和溫度傳感器5共五部分組成,結(jié)構(gòu)如圖1所示。短節(jié)頭1用于電子線路與電纜頭連接,上端設(shè)計有7芯插孔,但正常測井只用纜芯1、纜芯2、纜芯3三個插孔;扶正器2使儀器測井時處于居中狀態(tài);電子線路3接收并處理井下溫度傳感器和噪聲傳感器的測量信號;噪聲傳感器4也稱水聽器,其核心材料為壓電陶瓷,是把水下聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的換能器,與聲波測井接收換能器類似,但靈敏度極高,可監(jiān)聽各種環(huán)境噪聲。TSH噪聲儀水聽器外覆聚四氟乙烯保護(hù)筒,與上部密封橡膠套相連,橡膠套內(nèi)充硅油,可防腐蝕并平衡水聽器內(nèi)外壓力,保護(hù)水聽器;溫度傳感器5用于測量環(huán)境溫度。

2 技術(shù)特性

1)可記錄噪聲頻率范圍：100 Hz～20 000 Hz;

2)可記錄噪聲幅度范圍：-60 dB～60 dB;

3)溫度測量絕對誤差：±1℃;

4)用水確定的熱慣量：≤1.5 s;

5)電源：50 V AC,60 mA;

6)遙測系統(tǒng)數(shù)據(jù)編碼類型：曼徹斯特Ⅱ;

7)測量溫度和工作溫度范圍：5℃～150℃;

8)允許靜液柱壓力：≤100 MPa;

9)外形尺寸：長度1 260 mm,直徑 Ф80 mm;10)質(zhì)量：25 kg;

11)連續(xù)測量測速：≤600 m/h;

12)電纜：≤5 000 m(三芯);

13)信號傳輸速率：21 kbps。

圖1 TSH下井儀結(jié)構(gòu)

3 工作原理

TSH 噪聲測井儀由地面記錄儀 (В У Л К А Н)和下井儀短節(jié)構(gòu)成。地面記錄儀為俄羅斯地球物理公司生產(chǎn)的AMK2000測井系列通用地面記錄儀,可與AMK2000系列各測井模塊(含TSH噪聲測井模塊)組合測井,用于評價固井質(zhì)量;下井儀短節(jié)TSH只可與GK L(伽馬、磁性定位儀)組合測井。

3.1 地面記錄儀工作原理[1]

地面記錄儀由電源組件(三個電源變壓器、電源板)、電源切換裝置(繼電器組件)、信號采集與處理單元(8道16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、控制器、處理器、深度處理電路)組成,可配接俄羅斯地球物理公司生產(chǎn)的大部分單芯、雙芯和3芯測井儀,主要用來對井下上傳的信號進(jìn)行處理和記錄,工作原理如圖2所示。

圖2 地面記錄儀工作原理

1)電源

地面記錄儀采用三個電源變壓器分別各面板和下井儀供電。電源采用線性穩(wěn)流穩(wěn)壓設(shè)計,最高電壓輸出150V,最大電流輸出0.5A,當(dāng)電壓、電流達(dá)到設(shè)計上限時,軟件觸發(fā)保護(hù)電路,使電源工作于穩(wěn)流狀態(tài)或穩(wěn)壓狀態(tài)。電源輸出采用程控繼電器控制,可逐級加壓。

2)電源切換裝置

電源切換裝置使地面記錄儀可以選用內(nèi)部電源或外部電源為井下儀供電。若采用外部電源為井下儀供電,軟件會自動提示操作工程師對電源控制開關(guān)進(jìn)行正確轉(zhuǎn)換。

3)信號采集與處理單元

信號采集與處理單元主要由深度模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和信號控制、處理模塊(CPU)組成。

(1)深度模塊

深度模塊既可采集深度編碼器脈沖信號,也可采集磁記號深度(MMD)模擬信號,同時可提供+5 VDC輸出。深度信號由機(jī)殼后插頭XP4引入,經(jīng)深度模塊處理后經(jīng)USB接口進(jìn)入計算機(jī)。

(2)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)

地面記錄儀內(nèi)有8個16位AD轉(zhuǎn)換器,用于對井下上傳的模擬信號進(jìn)行數(shù)字化。8個AD轉(zhuǎn)換通道中的前4道允許±200 V以下的同相電壓輸入,后4道輸入范圍為-5 V～+5 V,其中第8個用于采集張力信號。

(3)信號控制、處理模塊(CPU)

控制信號由計算機(jī)通過USB接口發(fā)送給地面記錄儀內(nèi)的控制器,由控制器控制繼電器接通下井儀電源,計算機(jī)同時控制處理器向下井儀發(fā)送指令。井下信號通過XP2和XP4接口進(jìn)入記錄儀,經(jīng)放大、整形后進(jìn)入處理器,處理后的信號經(jīng)USB接口進(jìn)入計算機(jī)顯示和記錄。

3.2 下井儀器工作原理

當(dāng)套管外的流體發(fā)生竄流時,由于摩擦作用就會產(chǎn)生特征頻譜的聲音,并且導(dǎo)致井筒溫度場的變化,使地溫和井溫梯度產(chǎn)生畸變。

TSH噪聲測井儀配備了高靈敏度的水聽器和溫度傳感器,可精確探測井筒噪聲和溫度場的變化。下井儀由噪聲傳感器 (Э П К-2)、溫度傳感器 (Д Т)、噪聲放大器 (УШ4)、電源 (Б П4)、溫度測量電路(И Т4)、控制器 (К4)和聯(lián)接裝置 (С У4)組成 ,信號流程及原理如圖3所示。

圖3 下井儀信號流程及原理

噪聲信號經(jīng)放大、濾波和整形后經(jīng)由4個噪聲通道與溫度信號一起經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入PIC-控制器,并經(jīng)微控制器(MCU)處理后經(jīng)聯(lián)接裝置和儀器上接頭以曼徹斯特Ⅱ碼方式沿測井電纜向地面?zhèn)鬏?。前置放大器放大倍?shù)為100～2 000(40 dB～66 dB);濾波器采用低頻8級濾波、高頻4級濾波方式;球形壓電陶瓷噪聲傳感器(Э П К-2)外覆聚四氟乙烯保護(hù)筒,筒內(nèi)充硅油。由于采用了軍艦、巡洋艦等軍事設(shè)備的聲納級別(約 -183～193dB),Э П К-2 噪聲傳感器的靈敏度高達(dá)1 mV(-60 dB)。

4 操作程序

4.1 系統(tǒng)配接

把地面記錄儀 В У Л К А Н平穩(wěn)固定在測井工作車操作室 ,確保記錄儀接地良好 ,并將開關(guān)“С Е Т Ь”置于“斷開”位置。

按測井操作規(guī)程分別檢查測井電纜、馬籠頭、轉(zhuǎn)換接頭和相關(guān)供電軟連接線的通斷、絕緣,然后根據(jù)圖4所示進(jìn)行系統(tǒng)配接。

圖4 系統(tǒng)配接

首先按纜芯順序(1、2、3、地)依次連接好測井電纜、馬籠頭、轉(zhuǎn)換接頭、GK L(CCL及 GR短節(jié))和TSH下井儀;儀器連接好后,檢查各連接部位,并根據(jù)儀器電氣參數(shù),檢查纜芯與儀器的連通情況。

儀器連接好后,從絞車面板或編碼器將A、B兩道深度脈沖信號接入地面記錄儀機(jī)殼后插頭XP4的1B和3C端,再將來自絞車面板或張力計的張力信號接入地面記錄儀后插頭XP2的4B、5B端,最后將計算機(jī)與示波器分別用USB線和BNC線與地面記錄儀連接好。確認(rèn)上述連接無誤后,接通地面記錄儀和計算機(jī)供電電源(UPS),將地面記錄儀上的開關(guān)“С Е Т Ь”置于“接通”位置,啟動“Registration”測井軟件,運(yùn)行“WORKTABLE”,建立測井?dāng)?shù)據(jù)存儲文件夾,加載與測井項目相對應(yīng)的圖版(服務(wù)表)進(jìn)行圖版參數(shù)調(diào)整和編輯。圖版參數(shù)設(shè)置好后,在“registrator”菜單下選擇“connect registrator”,下載硬件電路,建立地面記錄儀與“Registration”軟件間的通信連接。

硬件電路成功下載后,在“registrator”菜單下點(diǎn)擊“Power supply”,給下井儀供電。操作員應(yīng)根據(jù)儀器組合及電纜長度設(shè)置供電電壓和電流值,一般設(shè)定纜頭電壓為50 V。供電電壓設(shè)置完后,點(diǎn)擊“power on”,接通下井儀電源(點(diǎn)擊“power off”,則關(guān)閉下井儀電源);點(diǎn)擊“Registration”菜單下的“start”選項 ,觀察儀器工作狀況和各頻道曲線,并根據(jù)儀器反饋的纜頭電壓調(diào)節(jié)供電電壓;點(diǎn)擊“Registration setting”選項,調(diào)整記錄參數(shù)并保存參數(shù)。

儀器工作狀態(tài)正常后,對深度信號和張力信號進(jìn)行配接。

4.2 刻 度

1)測前刻度

將刻度水箱放到平坦的地方,然后按圖5所示將TSH下井儀放入安裝有相態(tài)模擬裝置(刻度器)的水箱內(nèi)并固定好。向水箱加水,使液面達(dá)到刻度器氣液出口位置(桶內(nèi)標(biāo)記處)。

圖5 TSH噪聲刻度

噪聲傳感器、液面和刻度器的相對位置調(diào)好后,用模擬電纜連接地面記錄儀與TSH下井儀。供電,啟動記錄程序,啟動刻度器電源,待儀器穩(wěn)定工作3～5分鐘后,觀察屏幕上各噪聲頻道曲線幅度是否達(dá)到表1的規(guī)定值。

表1 噪聲刻度頻段頻率-幅度對應(yīng)關(guān)系

如果讀數(shù)偏低,可微微轉(zhuǎn)動TSH,使噪聲傳感器無障礙對準(zhǔn)刻度器出水口,直到讀數(shù)達(dá)到規(guī)定的誤差范圍內(nèi);如果讀數(shù)的平均值偏離規(guī)定值25%以上,應(yīng)檢查儀器;若讀數(shù)平均值在規(guī)定值25%以內(nèi),則完成測前刻度,將儀器斷電,取出TSH下井儀。

2)測后刻度

完成測井后起出儀器,按測前刻度步驟進(jìn)行測后刻度。比較測前刻度曲線與測后刻度曲線,若誤差在25%以內(nèi),說明測井過程中儀器穩(wěn)定。

4.3 測 井

1)地面準(zhǔn)備

按正確順序在地面組裝下井儀器串,并在TSH下井儀上、下兩端安裝橡膠扶正器,確保儀器在井底處于居中狀態(tài)。將地面記錄儀上的開關(guān)“С Е Т Ь”置于“接通”位置 ,啟動“Registration”測井軟件 ,給儀器供電 ,檢查儀器工作狀態(tài)和深度、張力信號。

2)下放測量

確認(rèn)下井儀工作狀態(tài)正常且各參數(shù)設(shè)置正確后,以2 000 m/h～2 500 m/h的速度勻速下放儀器;點(diǎn)擊“Registration”菜單下“Start recording”選項 ,啟動記錄進(jìn)行下放測量。下放過程中注意觀察井溫、噪聲的變化情況,測井主界面及曲線顯示如圖6所示。

圖6 TSH測井曲線

3)上提測量

到達(dá)測量井段后,觀察各噪聲通道和溫度顯示是否正常。若正常,則以300 m/h～400 m/h的速度上提儀器開始測井,數(shù)據(jù)記錄過程中,右擊鼠標(biāo),選擇菜單項“planshet options”,對曲線屬性進(jìn)行設(shè)置。

上提測量過程中,注意觀察各噪聲頻道的噪聲是否異常,如有異常應(yīng)記錄下異常的井段,待測量井段連續(xù)測量完成后,在“Registration”菜單下點(diǎn)擊“stop recording”結(jié)束并保存記錄,然后與解釋人員研究異常井段的點(diǎn)測計劃。

4)點(diǎn)測

儀器下放到異常井段的底部進(jìn)行點(diǎn)測,每個點(diǎn)測量時間為3 min左右,每點(diǎn)應(yīng)重復(fù)測量3次,取其平均值。測量點(diǎn)的間距一般為0.3 m左右。若異常點(diǎn)的點(diǎn)測噪聲幅度無異常顯示,應(yīng)重復(fù)該井段的連續(xù)測量。

完成點(diǎn)測后,以低于3 000 m/h的速度起出儀器,進(jìn)行測后刻度,保存好測井文件,按規(guī)定文件格式提交測井?dāng)?shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

1)不同的流量和流速可以產(chǎn)生不同幅度的噪聲,不同的噪聲源以及不同相態(tài)的流動(單相流、雙相流、多相流)所產(chǎn)生的噪聲頻譜也有差異,TSH主要根據(jù)噪聲頻譜來確定竄槽以及地層的出水段和吸水段。

2)由于井下流體組成成份的復(fù)雜性,噪聲頻譜會有明顯的區(qū)別,但沒有明顯的界限劃分,只是遵循一定的分布規(guī)律：產(chǎn)氣井,噪聲頻譜主要集中在相對較高的1.7 kHz～4.5 kHz頻段;出水井,噪聲頻譜主要集中在0.5 kHz～1.5 kHz的低頻段;產(chǎn)油井,噪聲頻譜集中在產(chǎn)氣井和出水井之間。一般情況下,氣與油、氣與水比較好區(qū)分;而油與水不好區(qū)分[4]。

3)TSH噪聲測井可用于檢查固井質(zhì)量,尤其當(dāng)發(fā)生竄流的小孔道和裂縫的尺寸超出了聲波測井方法的靈敏度范圍后,采用高靈敏度的TSH噪聲測井方法所獲得的水泥膠結(jié)質(zhì)量比聲波水泥膠結(jié)測井更具說服力。

4)根據(jù)井筒狀況,TSH的正常測速為300 m/h～400 m/h,但為了減小儀器提升時由于碰撞和摩擦產(chǎn)生的噪聲,通常還需要在噪聲異常井段進(jìn)行點(diǎn)測,其中每兩個測量點(diǎn)的間距是1 ft,每個測量點(diǎn)的連續(xù)記錄時間不少于3分鐘。

5)TSH噪聲測井儀不能進(jìn)行方位測量,因而無法確定竄流所發(fā)生的方位。

[1] 郭海敏,戴家才.生產(chǎn)測井原理與資料解釋[M].北京：石油工業(yè)出版社,2007

[2] 香港合創(chuàng)國際有限公司.AMK2000操作維修手冊.2005(資料)

[3] 香港合創(chuàng)國際有限公司.井溫噪聲儀模塊TSH操作手冊.2009(資料)

[4] 香港合創(chuàng)國際有限公司.噪聲測井解釋方法.2009(資料)

Introduction of Russian TSH noise logging tool.

He Xiaodong,Chen Xiaodong,Xing Wei Chen Xiong and He Wenwu.

Noise logging is principally used for inspecting outside casing channeling,evaluating cementing quality,confirming the position of aquifer and gas reservoir production qualitatively,and so on.TSH logging tool comprises lift sub-head,centralizers,electronic circuit,noise sensor and temperature sensor.The recording noise frequency ranges from 100 to 20000 hertz and the recording temperature ranges from 5 to 150 centigrade.Combining with GK L logging tool,TSH logging tool can record noise,well-temperature,casing coupling signal and natural gamma ray.According to the borehole condition,TSH logging tool can take point measurement as well as continuous measurement.Noise spectrum is the most effective way to inspect outside casing channeling,but the recording well-temperature is also another important parameter to study outside casing channeling.

noise;channeling;sensor;well temperature;calibration;well logging

P631.8+1

B

1004-9134(2011)06-0029-04

何小冬,男,1974年生,工程師,1998年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院電子儀器測量專業(yè),現(xiàn)在川慶鉆探工程有限公司測井公司陜北項目部從事儀器維修工作。郵編：400021

2011-09-06

高紅霞)

PI,2011,25(6)：29～32

·方法研究·