SDZ地面測井系統(tǒng)配接SBT扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀的方法研究

曹敬春 （中石化中原石油工程公司測井公司射孔壓裂中心，河南 濮陽457001）

魏昭冰，王強，薛奎，謝天兵 （中石化中原石油工程公司測井公司數(shù)控中心，河南 濮陽457001）

常規(guī)變密度儀器測量的聲幅曲線是井筒周圍360°水泥膠結(jié)情況的平均反映，SBT （segmented bond tool，扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀）測量的聲幅曲線是井筒周圍8個45°扇區(qū)的水泥膠結(jié)情況 （360°平分8等份，每等份45°區(qū)域）。因此，SBT比常規(guī)變密度儀器的測量更精細，為油井射孔、壓裂等后期作業(yè)提供了更準確的依據(jù)。中石化中原石油工程公司測井公司 （以下簡稱 “測井公司”）從美國TEK－CO公司引進了SBT。該測井儀在獲得8個扇區(qū)測井曲線的同時，還能提供3ft和5ft的水泥環(huán)測井，也可以同時進行伽馬、中子和磁定位測井。不僅能較好地評價第1、第2界面的水泥膠結(jié)狀況，還能提供套管周圍的不同扇區(qū)水泥膠結(jié)情況，能對水泥環(huán)局部缺失或不均勻作出準確評價。

在SBT的應(yīng)用中，地面測井系統(tǒng)無法配接SBT，必須使用從國外引進的Warrior數(shù)據(jù)采集便攜系統(tǒng)。該系統(tǒng)無法測量電纜磁記號，使用起來很不方便，且僅有一套便攜系統(tǒng)，無法滿足生產(chǎn)需要。2009年測井公司生產(chǎn)的DFMIS系統(tǒng)率先成功配接SBT，而數(shù)控測井中心的主流地面測井系統(tǒng)SDZ－3000和SDZ－5000還不能實現(xiàn)配接。為此，筆者對SDZ地面測井系統(tǒng)配接SBT扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀的方法進行了詳細研究。

1 SBT簡介

SBT由磁定位短節(jié)、RIB扇區(qū)水泥膠結(jié)儀器和自然伽馬短節(jié)組成 （見圖1）。該儀器采用直流供電，供電和測井信號傳輸共用一根纜芯，單芯電纜即可滿足測井需要。RIB由一個發(fā)射極，間距為1．5ft的8個定向接收極，一個3ft萬向接收極，一個5ft萬向接收極組成。發(fā)射探頭和扇區(qū)接收探頭采用20kHz頻率；3ft和5ft的接收探頭采用18kHz頻率。下井儀器設(shè)計合理，抗震可靠性高，且其耐溫高達200℃，在高溫的油氣井內(nèi)有非常高的穩(wěn)定性。RIB接收下部儀器 （伽馬和中子）的正脈沖和負脈沖并對其進行計時，使其疊加在信號纜芯上，采用一根纜芯傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)。

圖1 SBT測井儀器組成圖

1．1 SBT下井儀器的信號時序

SBT采用組合測井，能夠與自然伽馬、磁定位儀器組合下井，磁定位信號是低頻模擬信號疊加在波形信號上傳輸，自然伽馬和波形信號利用相同纜芯分時傳輸。12個周期為一個大周期，總共307．2ms。12個周期的同步信號為正脈沖，其他均是負脈沖。其中第一個周期為空，每一個周期持續(xù)25．6ms。依次傳輸8個扇區(qū)波形信號、3ft波形信號、井徑信號、5ft波形信號和自然伽馬脈沖信號。

1．2 測井曲線

SBT提供3ft聲幅曲線，用以評價套管和水泥膠結(jié)情況；提供5ft變密度全波列，用以評價水泥和地層的膠結(jié)情況；提供1．5ft的8個扇區(qū)的聲幅值，根據(jù)8個扇區(qū)的聲幅可制作出套管外水泥膠結(jié)狀況分布直觀圖像，評價套管和水泥扇區(qū)的膠結(jié)情況。結(jié)合自然伽馬和磁定位信號可以對曲線深度進行準確校深。

2 配接信號處理方法及軟件設(shè)計

SBT與以往的3組合變密度儀器的主要區(qū)別是增加了8個徑向探頭接收信號傳輸器發(fā)來的信號，每個探頭覆蓋套管周長的45°徑向范圍，可以同時提供1．5ft源距的8個扇區(qū)的聲波幅度，根據(jù)8個扇區(qū)的聲幅對套管外水泥膠結(jié)狀況分布進行灰度成像處理。SDZ－3000或SDZ－5000地面測井系統(tǒng)沒有配接過SBT，必須對SBT八扇區(qū)的信號處理方法進行研究，筆者在VDL（變密度測井）處理方法的基礎(chǔ)上設(shè)計SBT八扇區(qū)水泥膠結(jié)測井處理軟件。

2．1 信號時序同步方法的實現(xiàn)

為了實現(xiàn)時序控制，必須滿足2個必要條件：①采樣周期為25ms；②調(diào)整信號處理卡通道增益，使波形幅度為5～8V。一旦檢測到同步信號立即啟動A／D進行為時1ms的波形采集，然后延遲0．6ms后啟動自然伽馬脈沖計數(shù)，計數(shù)22．4ms后停止計數(shù)并進入下一個小周期的截止時間，開始檢測下一個同步信號，依次循環(huán)。根據(jù)SBT信號時序要求，筆者對SDZ－3000脈沖卡的可編程計數(shù)器的時序控制軟件進行重新設(shè)計，使其滿足SBT測井時序要求。同樣，對于SDZ－5000，筆者對通用卡C8051F040片內(nèi)可編程計數(shù)器／定時器陣列的時序控制軟件進行設(shè)計。

2．2 扇區(qū)聲幅計算方法

在空套管中進行刻度，待儀器穩(wěn)定后，選擇合適的基線開門 （bs）、基線門寬 （bw）、首波開門（fs）、首波門寬 （fw）等參數(shù) （見圖2）。不同于常規(guī)變密度儀器聲幅計算方法的是扇區(qū)水泥膠結(jié)測井中利用扇區(qū)聲波首波積分的平均值來作為對應(yīng)扇區(qū)的聲幅測量信號。實踐表明，利用首波積分平均值比利用首波峰值更穩(wěn)定、可靠，且線性關(guān)系好，更能準確反映套管外水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量［1］。

筆者利用該方法編寫了SBT－AS（扇區(qū)聲幅）、SBT－MIN （最小扇區(qū)聲幅）、SBT－MAX （最大扇區(qū)聲幅）和SBT－AVG（平均扇區(qū)聲幅）算法軟件，根據(jù)測量扇區(qū)聲幅信號可得到8個扇區(qū)的聲幅曲線，同時可得出8個扇區(qū)聲幅曲線的平均聲幅、最大聲幅、最小聲幅，為現(xiàn)場的直觀快速解釋提供了的很好的參考信息。地面軟件設(shè)計中，利用二次樣條函數(shù)對8個扇區(qū)聲幅數(shù)值進行徑向插值后再繪制剖面展開圖像，效果比較好，避免了直接利用徑向僅有的8個數(shù)據(jù)等分繪制出現(xiàn)的臺階；同時對徑向、縱向2個方向進行平滑濾波，避免了原始圖像中由于測量信號中的噪聲干擾帶來的毛刺、麻點。根據(jù)該方法，編制了SBT－SECT（扇區(qū)成像）算法，測井過程中能夠?qū)崟r對套管周圍8個扇區(qū)的水泥膠結(jié)聲波幅度成像，直觀地顯示出套結(jié)有無溝槽及其大小、形狀和位置①金志宏 ．扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀地面采集系統(tǒng)方案設(shè)計報告，2009．。

3 配接的硬件實現(xiàn)

3．1 SDZ5000的配接

SBT信號傳輸特點與美國吉爾哈特公司DDL生產(chǎn)測井系統(tǒng)中的CBL（聲波幅度）下井儀器基本一致，都是采用單芯分時傳輸。因此SDZ5000配接SBT在硬件方面也基本一樣，都是利用聲波卡采集八扇區(qū)聲波信號和3ft、5ft波形信號；利用通用卡的磁定位通道采集磁定位信號；利用通用卡的脈沖道采集自然伽馬脈沖信號，磁定位信號和自然伽馬脈沖信號經(jīng)過CAN （controller area network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線傳輸?shù)铰暡āＷ詈?，由聲波卡打包通過USB通訊模塊與上位機通信，信號流程圖如圖3所示。

圖2 扇區(qū)信號計算參數(shù)示意圖

圖3 SDZ5000配接SBT信號流程圖

筆者在SDZ5000配接DDL系列CBL下井儀器測井作業(yè)庫的基礎(chǔ)上，建立了SBT測井儀器庫。曲線信息里增加了AS1～AS8共8條扇區(qū)聲幅曲線，刻度方法采用八扇區(qū)變密度刻度，計算方法采用SBT－AS算法；增加CBLX （聲幅最大值）、CBLN （聲幅最小值）、CBLA （聲幅平均值）共3條曲線，計算方法分別采用SBT－MAX、SBT－MIN和SBT－AVG算法；增加扇區(qū)成像曲線，計算方法采用SBTSECT算法。然后對原始信號、控制信息和加電參數(shù)逐一進行修改，建立SBT儀器庫。根據(jù)儀器庫再

建立SBT測井作業(yè)，就可以按照儀器操作步驟配接SBT儀器①王珉．SDZ－3000數(shù)控測井儀操作手冊 ．中國電子科技集團公司第二十二研究所，2008．。但在實際配接過程中，需要解決2個問題：一是通用卡C8051F040片內(nèi)可編程計數(shù)器／定時器陣列的時序控制程序必須按照SBT時序編程進行刷新；二是由于原聲波處理電路采集的波形基線不平，嚴重影響變密度和扇區(qū)成像質(zhì)量，因此要對聲波卡聲波波列處理電路進行改進，筆者在聲波通道的輸入級K7繼電器和電阻2R3之間串入一個1500pF （1F＝1×10－12pF）的鉭電容 （耐壓63V）（圖4虛線框所示）。

圖4 SDZ5000聲波卡處理電路改進圖

3．2 SDZ3000的配接

SDZ3000配接SBT在硬件方面與SDZ5000不同。要完成SBT在SZ3000上的配接，必須對采集機的采樣程序和測井系統(tǒng)的測井軟件進行升級，并建立S8VDL（SBT）作業(yè)。具體方法是：

1）備份C：／winnt／system32＼下的 AxCurve．ocx和u820．ocx。

2）將此LogSBT目錄拷貝到D：／LogSBT／下。將此Axcurve．ocx和u820．ocx拷貝到C：／winnt／system2＼目錄下。用Job里的 “作業(yè)復制” （目標文件復制）功能，在當前作業(yè)庫里復制 “S8VDL（SBT）”作業(yè)。

3）用D：／Log／Send．exe程序?qū)：／LogSBT＼下Sample．exe發(fā)送到采集機。

4）運行D：／LogSBT下的LOG測井程序，即可進行測井。

在實際配接過程中，存在的主要問題及解決辦法有2點：一是脈沖卡的82C53可編程計數(shù)器內(nèi)控制程序沒有更新，測量周期不對，誤將一部分聲波波列信號當成自然伽馬脈沖采集，使得自然伽馬脈沖誤采，造成自然伽馬曲線與地層特征無相關(guān)性。筆者按照SBT時序編程對脈沖卡刷新程序，使其在SBT時序控制下采集自然伽馬脈沖信號。二是磁定位信號幅度小。針對磁定位信號幅度小，筆者對SDZ3000的直流卡上的磁定位測量電路進行分析，在放大器電路中增加電位器，使信號增益能夠調(diào)節(jié)，改進后的磁定位信號能夠滿足測井曲線要求①湯清岐．SKD－3000數(shù)控測井儀操作手冊 ．中國電子科技集團公司第二十二研究所，2006．。圖5是改進后的電路圖。

圖5 SDZ3000直流卡磁定位電路改進圖

4 應(yīng)用效果

4．1 SDZ5000配接SBT現(xiàn)場應(yīng)用

在車間對SBT整體聯(lián)調(diào)后，在教學井進行現(xiàn)場試驗成功。于2013年4月7第一次上衛(wèi)古1井進行現(xiàn)場試驗，試驗成功后于2013年4月21日在文A井進行了生產(chǎn)測井，經(jīng)驗收資料合格 （圖6）。

4．2 SDZ3000配接SBT現(xiàn)場應(yīng)用

SDZ3000配接SBT的現(xiàn)場試驗是在SDZ5000配接成功的基礎(chǔ)上進行的。在車間對SBT整體聯(lián)調(diào)后，于2013年6月9日第一次上衛(wèi)古1井進行現(xiàn)場試驗，試驗成功后于2013年6月16日在衛(wèi)A井進行了生產(chǎn)測井，經(jīng)驗收資料合格 （圖7）。

圖6 文A井SBT測井曲線圖

圖7 衛(wèi)A井SBT測井曲線圖

［1］陳翀霄，張彥梅，劉紅星 ．八扇區(qū)水泥膠結(jié)儀測井方法及應(yīng)用 ［J］．石油儀器，2009，23（5）：69．