一種用于5700地面系統(tǒng)的新型微球-四臂井徑測井儀設(shè)計(jì)

熊 鑫，宜 偉

(重慶礦產(chǎn)資源開發(fā)有限公司 重慶 401120)

·開發(fā)設(shè)計(jì)·

一種用于5700地面系統(tǒng)的新型微球-四臂井徑測井儀設(shè)計(jì)

熊 鑫，宜 偉

(重慶礦產(chǎn)資源開發(fā)有限公司 重慶 401120)

通過對ECLIPS5700地面系統(tǒng)進(jìn)行程序優(yōu)化升級以及對微球、四臂井徑井下儀器進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了組合測井項(xiàng)目中微球及四臂井徑儀器串的直連、地面命令的接收及井下信號的數(shù)字化上傳。在地面系統(tǒng)中增加了微球、四臂井徑服務(wù)表與電機(jī)控制命令；設(shè)計(jì)了微球-四臂井徑井下儀，并在該儀器中增加WTS(Wireline Telemetry Systems)電纜遙測系統(tǒng)通訊功能與模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。

測井技術(shù)；ECLIPS5700成像測井系統(tǒng)；微球測井儀；四臂井徑儀；數(shù)字化上傳

0 引 言

國內(nèi)早期使用的3700系統(tǒng)所配置的井下儀器均為模擬儀器，所有地面命令的下發(fā)、接收，井下數(shù)據(jù)采集、上傳均是通過模擬方式進(jìn)行。隨著國內(nèi)外油氣勘探領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，測井技術(shù)不斷向前發(fā)展。上世紀(jì)90年代在升級為數(shù)字化ECLIPS5700系統(tǒng)的過程中，將放射性儀器和聲波儀器進(jìn)行了數(shù)字化改造，而原有采用模擬信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬x器，如微球、側(cè)向、感應(yīng)、四臂井徑等井下儀器沒有被改造[1-3]。后續(xù)為了將這些儀器的測量信號數(shù)字化，在儀器串中增加了一支編碼短接(編號3516)，專用于接收這些儀器傳來的模擬信號并做數(shù)字化處理，如此便可同放射性和聲波儀器一并將數(shù)字化后的測量信號送入3514遙測儀器[4]進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配及曼徹斯特編碼，并上傳至ECLIPS5700地面系統(tǒng)進(jìn)行解碼處理。

此外，在使用ECLIPS5700地面系統(tǒng)過程中，微球[5]與雙感應(yīng)八側(cè)向不能同時(shí)測井。在實(shí)際測井中，為取全各項(xiàng)電阻率資料，通常的做法是在感應(yīng)及四臂井徑儀器串組合測井完后，再單獨(dú)下微球儀器進(jìn)行測井。如此一來使得測井時(shí)效性大大降低，并帶來井下遇阻卡等不可控的風(fēng)險(xiǎn)?；谝陨显?，設(shè)計(jì)出一種改進(jìn)方案，按照ECLIPS5700地面系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制，對微球及四臂井徑儀進(jìn)行硬件改造及軟件優(yōu)化，使之具備與3516適配器類似的信息數(shù)字化及上傳功能。經(jīng)過現(xiàn)場測試驗(yàn)證，可大大降低多趟次測井施工風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)實(shí)效。

本文重點(diǎn)涉及ECLIPS5700地面系統(tǒng)服務(wù)表的程序改編以及微球、四臂井徑測井儀的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)與井下儀器協(xié)同工作的目的。

1 地面系統(tǒng)改進(jìn)

1.1 測井服務(wù)表及儀器庫的優(yōu)化

原ECLIPS5700地面系統(tǒng)中未配置微球、四臂井徑測井儀同時(shí)測井的服務(wù)表OCT，也沒有感應(yīng)、微球同時(shí)測井的服務(wù)表，為實(shí)現(xiàn)微球、四臂井徑、感應(yīng)一趟次同步測井的目的，對ECLIPS5700地面系統(tǒng)局部模塊進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，針對性編寫了地面軟件補(bǔ)丁內(nèi)嵌于地面系統(tǒng)中，并在惠普終端下輸入：

cd /WORK

tar xvpf dm4c.tar回車后如圖1所示。

圖1 ECLIPS5700地面系統(tǒng)服務(wù)表安裝界面

另在惠普終端下輸入：

cd /WORK

tar xvpf dm4clib.tar回車后完成儀器庫的優(yōu)化，如圖2所示。

圖2 ECLIPS5700地面系統(tǒng)儀器庫優(yōu)化界面

上述優(yōu)化工作完成后，使得微球3106、四臂井徑4203、感應(yīng)1503均具備通訊功能，這利于現(xiàn)場操作工程師對各儀器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

1.2 通訊界面的改進(jìn)

圖3是ECLIPS5700地面系統(tǒng)儀器串服務(wù)表。圖3中，儀器串從上至下依次為：3514遙測短節(jié)儀器、4401方位短節(jié)儀器、1329伽馬能譜儀器、2446中子儀器、2228密度儀器、1677聲波儀器、3106微球儀器、4203四臂井徑儀器、1503感應(yīng)儀器。在服務(wù)表界面中取消了3516編碼短節(jié)的通訊窗口，取而代之為3106與4203獨(dú)立通訊顯示界面，主要優(yōu)點(diǎn)如下：一是如遇通訊中斷可及時(shí)判斷問題源，節(jié)約故障分析時(shí)間；二是可實(shí)時(shí)對集成在微球、四臂井徑及感應(yīng)內(nèi)部的溫度、工作電壓等傳感器采集的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，輔助進(jìn)行故障源的判斷；三是地面系統(tǒng)與井下儀器之間的換擋命令執(zhí)行效率更高。

圖3 ECLIPS5700地面系統(tǒng)儀器串服務(wù)表

通過在微球四臂井徑儀器內(nèi)置WTS通訊板和數(shù)字化板，把微球采集的電壓V0、電流I0，四臂井徑的CALX、CALY信號，1503感應(yīng)儀器采集的深感應(yīng)ILD、中感應(yīng)ILM、八側(cè)向LL8信號全部進(jìn)行數(shù)字化并上傳給3514遙測短節(jié)儀器，最后集中傳至地面系統(tǒng)進(jìn)行解碼處理。從圖3中可以看出，改造之后微球、四臂井徑及感應(yīng)儀器的工作狀態(tài)在服務(wù)表中同時(shí)出現(xiàn)，代表以上三支儀器在整個(gè)組合儀器串中實(shí)現(xiàn)了同步并測。

①徐飛.情理兼融，偏重闡釋——2017年江蘇高考作文題簡析及備考啟示[J].中學(xué)語文教學(xué)參考，2017(19):72-74.

1.3 開收腿命令的執(zhí)行新方式

服務(wù)表中還增加了微球電機(jī)開收腿、四臂井徑電機(jī)開收腿命令[6]。改進(jìn)之前，微球與四臂井徑儀器在開收腿時(shí)，必須先對整個(gè)儀器串?dāng)嚯?，然后才能供?10 V直流電執(zhí)行開收腿命令操作，并通過110 V直流電的大小變化判斷開收腿是否到位，從而導(dǎo)致操作員無法在儀器開收腿過程中對井下儀器工作狀態(tài)及時(shí)做出準(zhǔn)確的判斷，如遇到井眼條件復(fù)雜等狀況，將引發(fā)較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。服務(wù)表優(yōu)化之后，操作員可實(shí)現(xiàn)在儀器串正常供電工作的情況下，直接執(zhí)行開腿或收腿命令，并可實(shí)時(shí)通過曲線或上傳數(shù)據(jù)觀察井徑、張力等參數(shù)的變化，提前預(yù)判井下儀器遇阻卡或其它異常情況，大大降低施工。待井徑臂推靠到一定值后，工程師可以隨時(shí)停止開腿或者繼續(xù)開腿。

2 井下儀改進(jìn)

2.1 微球-四臂井徑儀器構(gòu)成

在原先的井下儀器配置中，微球與四臂井徑是作為兩支獨(dú)立的儀器而工作；改進(jìn)之后，將其集成為一支儀器，稱之為5700微球-四臂井徑儀器，它在保持原有功能的基礎(chǔ)上大幅縮短了儀器串長度，該儀器由電子線路EA和微球井徑探頭MA組成，如圖4所示。

圖4 5700微球-四臂井徑儀器圖

2.2 電路設(shè)計(jì)簡介

本次電路設(shè)計(jì)創(chuàng)新性地將微球、四臂井徑、感應(yīng)儀器的通信采集板集成到微球-四臂井徑儀器的電子線路中，賦予其各自獨(dú)立的通訊地址及通訊能力。電子線路EA主要包括三大功能模塊(通信采集功能模塊、微球功能模塊、四臂井徑功能模塊)，其功能如圖5所示。

2.2.1 通信采集功能模塊

圖5 5700微球-四臂井徑儀器功能框圖

2.2.2 相關(guān)組合功能模塊

以往的微球通常情況下底部不再掛接其他儀器組合測井，但出于實(shí)際測井的實(shí)用性把儀器下端設(shè)計(jì)成可掛接感應(yīng)儀器或者側(cè)向儀器以及伽馬儀器之類的端口形式，這樣可減少測井工序，從而提高測井時(shí)效性。其結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。

圖6 微球-四臂井徑結(jié)構(gòu)框圖

當(dāng)該儀器下端配接感應(yīng)測井時(shí)，具體實(shí)現(xiàn)方式參考圖7：深中感應(yīng)的信號通過下端28芯預(yù)留的通道直接上傳給數(shù)據(jù)采集板，而八側(cè)向的數(shù)值是通過繼電器切換借用通道再上傳給采集板。當(dāng)?shù)孛嫦到y(tǒng)通過3514儀器下發(fā)測井命令時(shí)，經(jīng)3516通訊板進(jìn)行命令解析，輸出控制繼電器K1切換的命令C0為低電平，此時(shí)K1開關(guān)切換；輸出控制繼電器K2切換的命令C1為高電平，此時(shí)K2開關(guān)處于默認(rèn)狀態(tài)；輸出控制繼電器K3切換的命令C2為低電平，此時(shí)K3繼電器開關(guān)切換。下端的感應(yīng)儀器就切換到測井模式。由于K1、K2、K3為磁保持繼電器，待切換命令下發(fā)完成后就會恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)。故八側(cè)向的數(shù)值就通過恢復(fù)到默認(rèn)狀態(tài)的繼電器K1、K2、K3通道上傳至數(shù)據(jù)采集板。當(dāng)?shù)孛嫦到y(tǒng)通過3514下發(fā)內(nèi)零命令時(shí)，控制繼電器K1切換的命令C0為低電平，此時(shí)K1開關(guān)切換；控制繼電器K2、K3切換的命令C1、C2為高電平，此時(shí)K2、K3開關(guān)處于默認(rèn)狀態(tài)。當(dāng)?shù)孛嫦到y(tǒng)通過3514下發(fā)內(nèi)刻命令時(shí)，控制繼電器K1切換的命令C0為低電平，此時(shí)K1開關(guān)切換；控制繼電器K2、K3切換的命令C1、C2為低電平，此時(shí)K2、K3開關(guān)切換。這樣通過該儀器下端接口的更改方式和對繼電器的控制切換設(shè)計(jì)，完成了微球四臂井徑和感應(yīng)儀器的組合測井。

當(dāng)該儀器下端配接1239側(cè)向進(jìn)行測井時(shí)，在微球-四臂井徑儀下端的28芯接口同時(shí)預(yù)留了側(cè)向所需要的過線。再通過對繼電器K1、K2、K3的控制實(shí)現(xiàn)側(cè)向內(nèi)零、內(nèi)刻、測井模式的切換，其控制方式類似于感應(yīng)工作模式的切換。側(cè)向上傳的模擬值直接在微球的數(shù)據(jù)采集板里處理，通過3516數(shù)字化后的測量信號送入3514遙測儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配及曼徹斯特編碼，并上傳至地面系統(tǒng)進(jìn)行解碼處理。

圖7 感應(yīng)儀器工作狀態(tài)切換參考圖

老式微球推靠只能在斷電的狀態(tài)下進(jìn)行開收腿，這樣的開腿方式不太可靠。基于安全考慮設(shè)計(jì)了既可在斷主電狀態(tài)下進(jìn)行收腿，也可在供主電狀態(tài)下收腿或者開腿動作[7]，這樣的工作方式更能直觀地通過監(jiān)測井徑數(shù)值的變化來判斷推靠是否正?；蛘哂隹?。其實(shí)現(xiàn)方式參考圖8：當(dāng)斷主電狀態(tài)時(shí)，此時(shí)K4、K5、K6繼電器處于默認(rèn)狀態(tài)，地面直接供110 VDC就可進(jìn)行收腿。當(dāng)儀器處于供主電工作狀態(tài)時(shí)，若在地面系統(tǒng)窗口界面點(diǎn)擊開腿命令時(shí)，3516通訊板響應(yīng)后解析輸出控制繼電器命令，輸出控制K6繼電器的命令C3為高電平，K6則處于默認(rèn)狀態(tài)。輸出控制K4、K5繼電器的命令C4、C5為低電平，K4、K5繼電器切換。此時(shí)地面提供110 VDC就可開腿；若在地面系統(tǒng)窗口界面點(diǎn)擊收腿命令時(shí)，3516通訊板響應(yīng)后解析輸出控制繼電器命令，輸出控制K4、K5、K6繼電器的命令C3、C4、C5為高電平，K4、K5、K6繼電器則處于默認(rèn)狀態(tài)。此時(shí)地面提供110 VDC就可收腿。

圖8 井徑控制命令參考圖

2.2.3 相關(guān)組合的數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集板和3516通訊板控制方式如圖9所示。微球四臂井徑和側(cè)向或者感應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)值通過MCU板的接口輸入，經(jīng)過低通濾波進(jìn)行濾波后，進(jìn)入模擬通道選擇逐一順序傳遞給AD芯片進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，之后上傳到單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理，最后相關(guān)數(shù)據(jù)通過單片機(jī)的串口通訊方式傳遞給3516通訊板上的單片機(jī)。3516板把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理通過M2方式上傳給3514儀器。當(dāng)?shù)孛嫦到y(tǒng)下發(fā)相關(guān)指令通過3516進(jìn)行解析后，通過CPLD芯片的運(yùn)用控制C0、C1、C2端口輸出命令對側(cè)向或者感應(yīng)儀器進(jìn)行內(nèi)零、內(nèi)刻、外刻轉(zhuǎn)換；控制C3、C4、C5端口輸出命令對微球推靠器進(jìn)行開腿和收腿轉(zhuǎn)換，或者作為八側(cè)向數(shù)值上傳的復(fù)用通道；控制B0、B1端口輸出命令對微球四臂井徑儀器進(jìn)行內(nèi)零、內(nèi)刻、外刻轉(zhuǎn)換。

圖9 數(shù)據(jù)采集板和3516通訊板控制方式

3 實(shí)測資料應(yīng)用對比

為進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)優(yōu)化及儀器軟硬件改進(jìn)之后的資料采集情況，將該套設(shè)備在勝利油田X井進(jìn)行對比試驗(yàn)，認(rèn)為該套設(shè)備及井下儀器工作狀態(tài)良好，功能更加強(qiáng)大，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量高。經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)資料對比，資料一致性程度高，滿足資料評價(jià)需求[8]。測井資料如圖10所示。

圖10 X井資料對比圖

4 結(jié) 論

1)通過對常規(guī)的微球、四臂井徑測井儀器進(jìn)行WTS功能改造，使之成為一支協(xié)同工作的儀器，并自帶通訊適配器功能，從而實(shí)現(xiàn)了與側(cè)向、感應(yīng)等常規(guī)電阻率儀器組合測井的目的，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)儀器串組合效率的最大化，在實(shí)際應(yīng)用中凸顯出便捷性、實(shí)效性與安全性。

2)通過對ECLIPS5700地面系統(tǒng)相關(guān)服務(wù)表進(jìn)行編程優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對微球、四臂井徑等井下儀器并測的軟件支持，并對其工作狀態(tài)進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)控，同時(shí)有效提高操作員在進(jìn)行開收腿操作時(shí)對井下各儀器工作狀態(tài)的監(jiān)控與應(yīng)急處理，減少井下異常情況發(fā)生。

3)目前該儀器已經(jīng)進(jìn)行下井實(shí)驗(yàn)，采集的微球、井徑曲線現(xiàn)場評價(jià)合格。

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Design of A New Type of Microspherically Focused Four Arm Caliper Logging Tool for the ECLIPS5700 Ground System

XIONG Xin, YI Wei

(ChongqingMineralResourcesDevelopmentCo.Ltd.,Chongqing401120,China)

This article introduces a way of achieving the connection of microspherically focused tool and four arm caliper, the reception of command from the ground and the digital upload of down-hole signals in the combination logging projects through the optimization and upgrading of the ground system program and technical transformation for the downhole tools. The service table of microspherically focused tool and four arm caliper and the electric machinery control command are added in the ground system. A new instrument, the microspherically focused-four arm caliper logging tool is designed, in which communication and A/D conversion functions of WTS are added.

logging technology; ECLIPS5700 imaging logging system; microspherically focused tool; four arm caliper; digital upload

熊 鑫，1982年生，工程師，2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)電子信息工程專業(yè)，目前在重慶礦產(chǎn)資源開發(fā)有限公司從事非常規(guī)氣井測井項(xiàng)目管理工作。E-mail: 1660188737@qq.com

P631.8+1

A

2096-0077(2017)03-0023-05

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.03.005

2016-11-01 編輯：姜 婷)