劉鑫，宛文宇，孟繁宇，肖雷雷

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300452)

0 引言

微電阻率掃描成像測(cè)井儀是基于電法測(cè)井的基本原理—?dú)W姆定律，通過高分辨率陣列掃描、數(shù)據(jù)處理，最終生成井周地層的二維視電阻率圖像。圖像可以直觀顯示出井壁地層的層理、裂縫、孔洞與斷層等信息，通過軟件處理還可以對(duì)碎屑巖地層、碳酸鹽巖地層、火成巖地層以及各種復(fù)雜巖性地層進(jìn)行精細(xì)評(píng)價(jià)。

井周聲波成像測(cè)井儀用于對(duì)裸眼井或套管井的井壁進(jìn)行超聲波掃描，從而產(chǎn)生詳細(xì)的影像。儀器的探頭發(fā)射高頻聲波脈沖，采用自激自收的方式，并測(cè)量回波的到時(shí)和幅度，獲取井眼幾何形狀、識(shí)別裂縫和評(píng)價(jià)井壁的粗糙度等，井眼覆蓋率達(dá)到100%?；夭ǖ姆却笮∈芫诮Y(jié)構(gòu)的影響，而到時(shí)則反映了探頭到井壁的距離。超聲探頭安裝于儀器的旋轉(zhuǎn)部分，從而能對(duì)井壁做環(huán)井周360°的掃描，并產(chǎn)生兩組圖像：幅度和到時(shí)?；夭ǚ葓D像顯示了井壁特征。高反射層在圖中顯示為白色，而低反射層顯示為黑色。介于兩者之間的值則賦予一定的灰度，該灰度與測(cè)量值成正比。這種圖像在確定諸如裂縫等低反射層時(shí)特別有用?；夭ǚ仁苣酀{衰減、儀器居中情況以及井壁的粗糙度等因素的影響。

中海油田服務(wù)股份有限公司通過自主創(chuàng)新將微電阻率掃描成像測(cè)井儀與井周聲波成像測(cè)井儀組合進(jìn)行測(cè)井，起到了聲電儀器組合的作業(yè)效果，作業(yè)過程中使用ERTT謠傳傳輸測(cè)井儀+ERMI微電阻率掃描成像測(cè)井儀+CBIT井周成像測(cè)井儀的儀器組合方式，配合中海油服自主研發(fā)的ELIS電纜測(cè)井系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)井作業(yè)，該組合測(cè)井方式已在BZ(渤中)區(qū)塊，SZ(綏中)區(qū)塊完成多口高溫高壓井作業(yè)，ERMI微電阻率掃描成像測(cè)井儀使用M5(模式5)數(shù)據(jù)傳輸方式，CBIT超聲成像測(cè)井儀采用M7(模式7)數(shù)據(jù)傳輸方式，ERTT謠傳傳輸測(cè)井儀使用M2(模式2)傳輸方式完成命令的下發(fā)和數(shù)據(jù)的上傳。本文旨在對(duì)井下儀器在工作過程中存在的通訊問題及解決措施進(jìn)行探析。

1 通訊方式介紹

謠傳傳輸測(cè)井儀與接在它下面的微電阻率掃描成像測(cè)井儀、井周成像測(cè)井儀儀器之間以WTS IB(INSTRMENT BUS)總線通信，WTS IB 總線傳送的是曼徹斯特編碼，它采用模式變壓器在雙絞線線上以差分信號(hào)形式傳送。地面采集系統(tǒng)和井下儀器通訊的建立，是調(diào)節(jié)M2(模式2)的發(fā)射信號(hào)的幅度以使井下儀器ERTT謠傳傳輸測(cè)井儀能夠識(shí)別下發(fā)的命令，然后調(diào)節(jié)接收信號(hào)的幅度使地面采集系統(tǒng)能夠識(shí)別上傳的數(shù)據(jù)。其中M2 (模式2)為雙向傳輸通道(地面和井下儀器可以雙向通訊)，Mode2(模式2)的20 BIT(位)命令和數(shù)據(jù)字編碼格式：3位同步＋16位數(shù)據(jù)＋1位奇校驗(yàn)，下發(fā)命令速率為20.833 kb/s(千位/秒)，地面采集系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)命令字需要1 ms；上傳數(shù)據(jù)速率為41.666 kb/s(千位/秒)；所有數(shù)據(jù)和命令編碼都是奇校驗(yàn)，即編碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。M2(模式2)是三種通訊模式中帶寬最窄的一種，用于地面采集系統(tǒng)向井下儀器發(fā)送命令，也用于某些儀器向地面?zhèn)鬏斴^小的數(shù)據(jù)串。M2(模式2)屬于半雙工通訊模式，即 M2 CMD(模式2 命令)與M2 DATA (模式2 數(shù)據(jù))不能同時(shí)發(fā)生。而M5(模式5)和M7(模式7)與M2(模式2)相比，只由井下儀器向地面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)，增大了傳輸帶寬，提高了數(shù)據(jù)速率，其上傳數(shù)據(jù)通道速率可以達(dá)到93.75 kb/s(千位/秒)。M2(模式2)、M5(模式5)和M7(模式7) 可以同時(shí)工作，而且交叉干擾相對(duì)較小。M5(模式5)和M7(模式7)用于采集數(shù)據(jù)量大的儀器向地面采集系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)字編碼格式為：8位0＋3位同步＋16位數(shù)據(jù)流，既可以和M2(模式2)同時(shí)發(fā)生，也可以異步發(fā)生。M7(模式7)與M5(模式5)的數(shù)據(jù)格式和傳輸速度完全相同，同樣應(yīng)用于大數(shù)據(jù)量的儀器。

2 儀器信號(hào)流程分析

ELIS(測(cè)井系統(tǒng))對(duì)儀器的信號(hào)采集機(jī)制，采用發(fā)送命令A(yù)cquire(采集)，Send(發(fā)送)的方式來進(jìn)行。儀器命令是由地面系統(tǒng)通過模式2通道發(fā)送到井下儀器的。命令既可以是一個(gè)字，也可以是多個(gè)字。井下儀器在上電后并不自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而是等待地面系統(tǒng)的采集命令。根據(jù)功能不同命令分為：采集命令、非采集命令，如：儀器收開腿open(開)/close(收)，儀器換擋zero(高刻)/cal(低刻)/log(外部檔)等。EDIB儀器只支持一種采集模式：采集和發(fā)送，命令格式：0xYYZZ，其中YY—地址；ZZ—命令，儀器地址：8bit地址。理論上每種儀器的地址是唯一的。先發(fā)Acq采集命令，儀器收到后啟動(dòng)采集，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，然后根據(jù)各支儀器的采集延遲時(shí)間，發(fā)send(發(fā)送)數(shù)據(jù)命令，儀器收到后，應(yīng)立即上傳規(guī)定的數(shù)據(jù)。Send(發(fā)送)的先后順序確定機(jī)制：發(fā)送ACQ(采集)后，從第一個(gè)ACQ(采集)掃描，它的DELAY(延遲)小于了ACQ(采集)到SEND(發(fā)送)的間隔，就送該ACQ(采集)的數(shù)據(jù)，否則掃描下一個(gè)ACQ(采集)，直到該ACQ(采集)的delay小于ACQ(采集)到SEND(發(fā)送)的間隔，就發(fā)送該ACQ(采集)的SEND(發(fā)送)。發(fā)送SEND(發(fā)送)后若無數(shù)據(jù)返回，在等待規(guī)定的時(shí)間后，進(jìn)行下一個(gè)ACQ(采集)的SEND(發(fā)送)。Acq(采 集 命令)Send(發(fā)送命令)示意圖如圖1所示，M2(模式2)命令、數(shù)據(jù)圖如圖2所示。

3 儀器組合時(shí)通訊故障排查方法

下發(fā)命令的通路：地面系統(tǒng)-ERTT謠傳傳輸測(cè)井儀-ERMI微電阻率掃描成像測(cè)井儀-CBIT井周成像測(cè)井儀；上行數(shù)據(jù)通道：CBIT超聲成像測(cè)井儀-ERMI微電阻率掃描成像測(cè)井儀-ERTT謠傳傳輸測(cè)井儀-地面系統(tǒng)。在建立通訊之前必須對(duì)每種儀器通訊模式進(jìn)行訓(xùn)練，每次訓(xùn)練只能訓(xùn)練一種模式。在儀器串組合中，每種方式只需要訓(xùn)練一次，其他儀器的相應(yīng)模式通訊應(yīng)該是正常的。比如，ERTT謠傳傳輸測(cè)井儀的M2(模式2)訓(xùn)練好后，其他儀器的M2(模式2)通訊也應(yīng)該是正常的。訓(xùn)練好儀器的通訊模式在通訊窗中顯示綠燈，反之就顯示紅燈。當(dāng)訓(xùn)練成功后，訓(xùn)練參數(shù)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存。在下次運(yùn)行相同地面系統(tǒng)時(shí)，如果儀器和電纜都沒有更換，通訊應(yīng)該是正常的，可以不再進(jìn)行訓(xùn)練。

圖1 Acq(采集命令)Send(發(fā)送命令)示意圖

圖2 M2(模式2)命令、數(shù)據(jù)圖示

3.1 編輯正確的服務(wù)表

使用正確版本的ELIS地面系統(tǒng)，跟據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需求選擇合適的服務(wù)表，避免通信采集時(shí)序沖突引發(fā)的通信錯(cuò)誤及波形，關(guān)注服務(wù)表編寫中的數(shù)據(jù)流與時(shí)序(ACQUIRE,SEND)，如服務(wù)表編寫不當(dāng)會(huì)引起數(shù)據(jù)沖突，作業(yè)應(yīng)用時(shí)微電阻率掃描成像測(cè)井儀采用M5通道傳輸數(shù)據(jù)，井周成像測(cè)井儀采用M7通道傳輸數(shù)據(jù)。

3.2 FIT通斷絕緣檢查儀器

謠傳傳輸測(cè)井儀與接在它下面的微電阻率掃描成像測(cè)井儀、超聲成像測(cè)井儀儀器之間以WTS IB(INSTRMENT BUS)總線通信，在WTS IB(INSTRMENT BUS)總線下，整個(gè)儀器串的27號(hào)芯、28號(hào)芯傳輸M2模式命令；29號(hào)芯、30號(hào)芯傳輸M2模式數(shù)據(jù)；31號(hào)芯、32號(hào)芯傳輸M5模式數(shù)據(jù)；15號(hào)芯、16號(hào)芯傳輸M7模式數(shù)據(jù)。因此要想保證儀器通訊正常，必須確保整個(gè)儀器串中謠傳傳輸測(cè)井儀以下的15號(hào)芯、16號(hào)芯，27號(hào)芯、28號(hào)芯，29號(hào)芯、30號(hào)芯，31號(hào)芯、32號(hào)芯通斷絕緣正常，同時(shí)確保地面系統(tǒng)中纜芯分配面板、安全開關(guān)面板及作業(yè)使用的馬籠頭及滑環(huán)的1號(hào)芯～7號(hào)芯及10號(hào)芯通斷絕緣正常。

3.3 使用示波器對(duì)儀器數(shù)據(jù)命令進(jìn)行觀察

通訊錯(cuò)誤類型包括：

(1) T/O超時(shí)，原因：儀器沒有響應(yīng)命令，無返回?cái)?shù)據(jù)；儀器有返回?cái)?shù)據(jù)，但是長(zhǎng)度小于服務(wù)表要求；儀器有返回?cái)?shù)據(jù)，長(zhǎng)度也夠，但是同步頭異常；

(2) NVM：曼碼錯(cuò)誤，原因：對(duì)于M2可能是數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)波形有干擾，導(dǎo)致解碼判斷錯(cuò)誤。

通過軟件的Act Swtich(采集開關(guān))功能，關(guān)閉其余儀器的采集，通過隔離觀察，只剩下通訊報(bào)錯(cuò)的儀器采集，觀察示波器上是否有儀器返回的數(shù)據(jù)波形；利用外部示波器觸發(fā)功能，放大觀察波形，觀察返回的數(shù)據(jù)同步頭是否正確。

可能存在的異常情況：

(1)儀器有返回?cái)?shù)據(jù)，長(zhǎng)度也夠，但是同步頭異常；

(2) M2(模式2)數(shù)據(jù)的同步頭負(fù)脈沖幅度過低，影響同步識(shí)別，導(dǎo)致通訊異常；

(3)某一儀器的采集、發(fā)送命令缺失，或該儀器的數(shù)據(jù)無返回。

4 結(jié)語

聲電成像組合測(cè)井模式相比傳統(tǒng)作業(yè)模式可大幅度提高作業(yè)時(shí)效，儀器串的通訊正常是保障作業(yè)的前提，作為儀器維保人員必須要對(duì)儀器串通訊通路了解透徹，針對(duì)不同故障舉一反三，觸類旁通，不斷提高儀器通訊穩(wěn)定性，積極應(yīng)對(duì)“高溫、高壓”作業(yè)環(huán)境，高效保障海上一線作業(yè)順利進(jìn)行。