張麗華, 潘保芝, 范曉敏, 莫修文

(吉林大學(xué) 地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 吉林 長春 130026)

儀器設(shè)備研制與應(yīng)用

測井過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)動(dòng)態(tài)演示裝置

張麗華, 潘保芝, 范曉敏, 莫修文

(吉林大學(xué) 地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 吉林 長春 130026)

針對測井教學(xué)的實(shí)際需要,設(shè)計(jì)了測井過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示裝置,該裝置包括井場、地層等測井環(huán)境系統(tǒng),測井儀器系統(tǒng)和測量控制軟件3部分。該裝置不僅是機(jī)械、電子線路、自動(dòng)化、操作控制、軟件、圖形圖像顯示等多方面配合的產(chǎn)品,更是軟硬件結(jié)合的綜合教學(xué)用具。

測井； 演示裝置； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

測井也叫地球物理測井或礦場地球物理,簡稱測井,是利用巖層的電化學(xué)特性、導(dǎo)電特性、聲學(xué)特性、放射性等地球物理特性,測量地球物理參數(shù)的方法,屬于應(yīng)用地球物理方法之一[1]。石油鉆井時(shí),在鉆到設(shè)計(jì)井深度后都必須進(jìn)行測井,又稱完井電測,以獲得各種石油地質(zhì)及工程技術(shù)資料。這種測井習(xí)慣上稱為裸眼測井，而在油井下完套管后所進(jìn)行的二系列測井,習(xí)慣上稱為生產(chǎn)測井或開發(fā)測井。其發(fā)展大體經(jīng)歷了模擬測井、數(shù)字測井、數(shù)控測井、成像測井4個(gè)階段。電、聲、放射性是3種基本方法。特殊方法如電纜地層測試、地層傾角測井、成像測井、核磁共振測井,其他如隨鉆測井。

各種測井方法基本上是間接地、有條件地反映巖層地質(zhì)特性的某一側(cè)面[2]。要全面認(rèn)識(shí)地下地質(zhì)面貌、發(fā)現(xiàn)和評價(jià)油氣層,需要綜合使用多種測井方法,并重視鉆井、錄井第一性資料。地球物理測井是對鉆井內(nèi)實(shí)際地質(zhì)情況有條件地間接反映,必須將測井信息進(jìn)行深加工,轉(zhuǎn)換成地質(zhì)信息、工程信息以及災(zāi)害地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境等信息,才能達(dá)到認(rèn)識(shí)問題和解決問題的目的。本文針對測井教學(xué)的實(shí)際需要,設(shè)計(jì)了測井過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示裝置,該裝置系統(tǒng)包括井場、地層等測井環(huán)境系統(tǒng)、測井儀器系統(tǒng)和測量控制軟件3部分。

1 井場、地層等環(huán)境系統(tǒng)

井場部分[3]設(shè)計(jì)有仿真植被、模擬工地、縮小的鉆塔等；地層部分設(shè)計(jì)有簡化的典型巖層剖面,共有3個(gè)巖層剖面(包括火山巖剖面,砂泥巖剖面和碳酸鹽巖剖面)可以選擇,同時(shí)巖層選擇裝置設(shè)計(jì)為旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu),通過手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置選擇需要模擬的巖層。測井車模型中設(shè)計(jì)有絞車及電纜,電纜連接著測井傳感器探頭,探頭內(nèi)有可以模擬射孔動(dòng)作的高亮發(fā)光二極管,絞車由步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力。測井現(xiàn)場微型模型結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 測井現(xiàn)場的微型模型結(jié)構(gòu)圖

測井儀器系統(tǒng)安裝在測井車的下方。選擇AT89S52單片機(jī)作為微處理器,并配以簡單的外圍電路組成最小系統(tǒng),在井口設(shè)置一個(gè)限位光電開關(guān),接到單片機(jī)的通用I/O口, 以判斷測井傳感器探頭是否回到初始位置。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由步進(jìn)電機(jī)控制器L297和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路L298構(gòu)成,L297用來產(chǎn)生兩相雙極性驅(qū)動(dòng)信號與電機(jī)電流設(shè)定,只需要單片機(jī)提供一個(gè)時(shí)鐘信號便可以產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖時(shí)序信號,其使能引腳ENABLE可以在任何時(shí)刻控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)或停止；CW/CCW引腳可控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。由L297產(chǎn)生的脈沖時(shí)序經(jīng)過L298功率放大,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

2 測井儀器系統(tǒng)

測井探頭內(nèi)裝有一個(gè)高亮發(fā)光二極管及其驅(qū)動(dòng)電路,通過細(xì)電纜與單片機(jī)的一個(gè)I/O口連接,當(dāng)要求測井射孔時(shí),單片機(jī)相應(yīng)的I/O口發(fā)出脈沖,此時(shí)高亮發(fā)光二極管閃爍,模擬射孔動(dòng)作。測井儀器與PC之間通過RS232通信協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)通信[4-7]。測井儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖2，測井儀器子系統(tǒng)電路見圖3。

圖2 測井儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 測量控制軟件

測量控制軟件在Visual Basic 6.0環(huán)境[8-10]下開發(fā)而成,軟件界面上有端口選擇、剖面系統(tǒng)選擇、測量數(shù)據(jù)選擇、和打孔采樣4個(gè)復(fù)選框,一個(gè)狀態(tài)顯示欄,同時(shí)加有復(fù)位鍵、開始測井鍵、暫停鍵、繼續(xù)鍵、停止鍵和退出鍵6個(gè)按鍵。測量控制軟件可實(shí)時(shí)控制及監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行情況。軟件內(nèi)包含30組測井曲線數(shù)據(jù),通過對巖層及測量要求的選擇而調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù),并與測井過程同步顯示。圖4為測量控制軟件流程圖。圖5為測井過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)動(dòng)態(tài)演示裝置圖。圖6為測井過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)動(dòng)態(tài)演示裝置實(shí)時(shí)顯示圖。打開測量控制軟件,選擇當(dāng)前PC機(jī)可用的串口包括COM1—COM4,軟件默認(rèn)選擇的是COM1,選擇串口后,軟件會(huì)檢測該串口是否可用,如果可用,軟件界面上工作指示燈會(huì)被點(diǎn)亮,如果不可用,軟件則會(huì)提示“串口不存在或者被占用”。選擇好串口后,根據(jù)需要選擇對應(yīng)模擬巖層的巖層剖面,有砂泥巖、火成巖和生產(chǎn)井3個(gè)剖面可供選擇,然后選擇需要測量的曲線組,此時(shí)軟件界面上會(huì)顯示相應(yīng)的曲線名稱及量程和單位。接下來選擇是否模擬射孔,如果需要模擬射孔則選中射孔選項(xiàng),最后點(diǎn)擊“開始測井”鍵,絞車開始轉(zhuǎn)動(dòng),運(yùn)行測井過程,同時(shí),測量控制軟件上會(huì)實(shí)時(shí)繪制測量曲線,并顯示當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。一次測井過程結(jié)束后,測井傳感器探頭回到井口,等待下一次測量。

圖3 測井儀器子系統(tǒng)電路圖

圖4 測量控制軟件流程圖

圖5 測井過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)動(dòng)態(tài)演示裝置圖

圖6 測井過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)動(dòng)態(tài)演示裝置實(shí)時(shí)顯示圖

4 結(jié)論

該套裝置按1∶50的比例縮微實(shí)體模型,真實(shí)地模擬了野外現(xiàn)場的場景。避免了去測井現(xiàn)場的不便。通過地層和透明井孔的設(shè)計(jì),使得學(xué)生能夠看到地下地層和井下儀器。該套裝置實(shí)現(xiàn)了野外現(xiàn)場室內(nèi)微型化,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜測量過程的動(dòng)態(tài)化演示。學(xué)生可以不用去井場,就能了解野外測井的全過程。而且操作簡便、性能穩(wěn)定,自建成以來,一直都服務(wù)于教學(xué)和實(shí)習(xí),提高了學(xué)生對野外測井過程的認(rèn)識(shí),對測井相關(guān)課程起到了很好的輔助作用。

References)

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[10] 傅豐林.電子線路基礎(chǔ)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2001.

Dynamic demonstration device for experimental teaching of well logging process

Zhang Lihua, Pan Baozhi, Fan Xiaomin, Mo Xiuwen

( College of Geo-exploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China)

In view of the actual needs of the well logging teaching, the experimental teaching demonstration device of the well logging process is designed. The device includes the following three parts: the well logging environment system of the well site, formation, etc., the logging instrument system and the measurement control software. The device is not only a product combining mechanics, electronic circuit, automation, operation control, software, graphics, image display, etc., but also a comprehensive teaching tool with hardware and software.

well logging; demonstration device; experimental teaching

2017-06-30

張麗華(1974—),女,遼寧康平,博士,高級工程師,現(xiàn)從事巖石物理實(shí)驗(yàn)與測井?dāng)?shù)據(jù)處理與解釋研究.

E-mail：zhanglh@jlu.edu.cn

10.16791/j.cnki.sjg.2017.12.017

TE257

B

1002-4956(2017)12-0071-03