声电成像测井仪器分析

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石　油　仪　器

PETROLEUMINSTRUMENTS2007年10月　

仪器设备

声电成像测井仪器分析

王相森

(中油测井技术服务有限责任公司测井事业部　北京)

摘　　要:为了了解声电成像测井仪器的性能、功效,达到消化、吸收,更好地服务于石油市场,文章分析了Halliburton声电成像测井仪的原理及其组成。

关键词:成像测井仪器;测井原理;性能特点

中图法分类号:P631.8+3　　文献标识码:B　　文章编号:100429134(2007)0520032203

0　引　言

成像测井技术是国际上90年代发展起来的热点

技术,其地面采集系统多由工作站组成,井数据处理成图像,,积、裂缝、断层等,。。通过分析、研究、消化这些仪器,达到能够国产化仪器目的,使之更好地服务于测井市场,从而提高我国的石油勘探和开发能力。

长源距声波仪器的测量,,。成:、孔洞、地层均质,声波电视也补用于。常规CAST-V测量系统只测量返回的声波幅度和传播时

间。1.2　正交偶极子声波成像仪

普通声波发生器向井周围发射声波,使井壁周围产生轻微的膨胀作用,在地层中产生纵波和横波

。一般在硬地层中可以得到纵波和横波,由此得出纵波和横波时差,但是在疏软地层中地层横波首波与井中泥浆波一起传播,因此单极声波测井无法获取横波首波。

偶极子声波成像仪[2]包括一个单极声源和二个偶极声源(利用挠曲棒制作的偶极子声源),偶极子声源能使井壁的一侧压力增加,而另一侧压力减小,故使井壁产生挠动,形成轻微挠曲,在地层中直接激发出纵波和横波,横波在地层中产生挠曲波,在低频时,这些挠曲波,以横波的速度传播。在慢速地层的波形上,纵波成分强,横波成分弱,几乎看不见,而在后面是一个高幅度的挠曲波。这样通过一定的偏移校正就可以从挠曲波得到横波时差。该仪器共有8组接收器,每组相距6ft,可以接收到由单极和偶极发出的声波产生的纵波和横波、斯通利波等。1.3　微电阻率扫描成像测井仪(EMI-B)

EMI-B[3]机械设计基于Halliburton公司的六臂

1　声、电成像测井仪的基本原理

1.1　CAST-V井周声波扫描成像测井仪

CAST-V[1]井周声波扫描成像测井仪也叫井眼声

波电视,它使用一个360°旋转的超声换能器发射声波

的波束到井壁,声波能量被井壁反射,返回换能器。通过换能器记录返回的声波能量(幅度)和传播时间,并且用数字记录下来。返回的声波能量大小主要与井壁的声波阻抗、井眼的几何形状有关。在没有裂缝孔洞的井壁,井壁的声波阻抗越大,返回的能量越高。井壁的声波阻抗越小,返回的能量越低。在有裂缝孔洞的井壁,返回的声波能量与孔洞外环状区域的面积成正比。另外,井壁的平滑度也影响返回的声波能量的大小,如果井壁不平,它将对声波产生散射,返回的声波能量将变小。在每个360°旋转扫描中,记录200个脉冲。每个旋转扫描成像距离大约是0.3ft(1ft=304.8mm)。由声波电视进行的测量不同于常规井眼补偿或

倾角仪基础上,采用液压-马达弹簧系统推靠仪器。EMI-B测井仪的6个推靠臂相对独立,每个臂有25

　第一作者简介:王相森,男,工程师,1973年生,1997年毕业于石油大学(华东)矿场地球物理专业,现就职于中油测井技术服务有限责任公司测井

事业部,海外项目部经理。邮编:124011

声电成像测井仪器分析

　2007年　第21卷　第5期　　　　　　　　王相森:

声电成像测井仪器分析 33

个纽扣电极,共150个钮扣电极。由钮扣电极发射测量电流流入地层,仪器外壳及极板作为屏蔽电极,使测量电极聚焦,以保持高分辨率。150个钮扣电极电流变化以曲线方式记录下来,曲线反映地层相对微电阻率的变化,这些电流被转化成同步彩色图像,明亮的彩色图像代表低电导率,暗的彩色图像代表一个相对高电导率。1.4　高分辨阵列感应(HRAI)测井仪

HRAI[4]应用一系列不同线圈距的线圈系测量同一地层,从而得出原状地层及侵入带电阻率等参数。它可采集大量数据送到地面,再经计算机进行处理,得出有不同探测深度和不同纵向分辨率的电阻率曲线。与双感应-浅聚焦测井不同,HRAI除得出原状地层及侵入带电阻率等参数外,还可以研究侵入带的变化,确定过渡带的范围。根据获得的基本数据可进行二维电阻率径向成像和侵入剖面的径向成像。

HRAI由10个接收线圈对称排列在发射线圈两侧,4个长的线圈系对称布置,2个短线圈系不对称,其中下侧线圈系最短。上下2圈子阵列构成,1,蔽线圈。其余4,1个发射线圈,3,圈,两侧接收线圈为屏蔽线圈,在屏蔽直耦信号的同时提供高分辨率信息。发射频率为8kHz和32kHz。接收线圈信号提供不同的径向探测深度的地层电阻率。HRAI的测量参数还有SP、泥浆电阻率、FEEDPIPE的温度、Z轴加速度等。

发射频率的选择是根据所测量的地层电阻率的大

小决定的。小于1Ω m的10ft、20ft的感应曲线用32kHz的发射频率,其它的曲线用8kHz的发射频率。

在1Ω m和10Ω m的8kHz和32kHz的读数加权,电阻率的读数越高32kHz的权越大。大于10Ω m的用32kHz的发射频率。HRAI用于Rm>0.1Ω m和

Rt/Rm<1000。盐水泥浆和高电阻率地层用DLLT仪

器测量。

2　声、电成像测井仪的组成

声电成像测井仪必须与遥测伽马仪器组合测井才能把有效的测井数据传输到地面系统,经过CLASS软件进一步处理,从而获得理想的地层信息。为此,遥测仪就需要通过1553总线与声电成像仪的通讯板RTU板通信,不同的仪器有自己特定的地址,以便一次测井可获得多种测井仪器的信息2.　-V-,,探头组成。

处理器板,发射控制及前放,马达控制板及慢速A/D板等组成,其RTU地址是2C00,地面测井系统通过与通讯短节的通讯,并进一步与CAST的RTU识别地址后,可以交替传输MUDCELL传感器和MEASUREMENT传感器的数据,

经过放大、模数转换等处理,与方位数据一起打包通过1553总线到D4TG,根据地面命令要求采集数据,包括地层和方位及泥浆信息,以便获得各种有用的井下信息。CAST-V仪器的线路框图如图1所示

。

图1　CAST-V仪器的线路框图

2.2　正交偶极子声波成像仪

正交偶极子声波成像仪器由上部电路、发射探头与隔离短节、接收探头、下部电路组成,其RTU地址是2600。下线路由数据采集板、主控制模块、通讯接口等

的内存,来存储以3fires/sample的采样率采集的数

据,这些数据然后被送到主控制模块,发射模块也包括一个DSP来产生单极驱动的逻辑电平,它还产生模拟波形到偶极驱动,这些模拟波形是在EEPROM中预先存储的,并通过主控制模块的指令来确定这些模拟波形的类型、幅度及频率。16位DSP的工作频率是20MHz,SRAM容量为128K×8,结构图如图2所示。单

组成,接收部分由8个4通道接收放大板组成,上线路由发射控制模块、单极驱动模块及双极驱动模块等组成。主控制包括一个DSP,初始化数据采集且通过XRTU传输数据到仪器总线,XRTU通过串口接收数据

并转换成1553通讯,每一个数据采集模块包含有足够

极发射器发射5.5kHz中心频率的声波,数据采集率是20.317μs,256samples。偶极发射器发射500Hz、

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PETROLEUMINSTRUMENTS2007年10月　

5kHz中心频率,数据采集率是20.317μs,1200samples,测量以X-X和Y-Y方向横波的旅行时间,

还处理7个模拟信号,包括重力场、磁场及温度,通过低通滤波,60Hz陷波滤波和多路转换及A/D转换,到

数据采集处理,经过地面软件的处理可获得方位信息,以便了解地层的走向、倾角等信息。2.4　高分辨阵列感应仪(HRAI)

HRAI的仪器组成:HRAI由电子线路和探头两部分组成。电子线路主要由RTU板、数据采集、控制板(INC-TP)、和辅助测量板(TX/AUX)。数据采集,处理和通讯处理板(INC-TP)产生仪器所有的控制信号,包括发射8kHz

和32kHz的波形到发射器,并进一步到发射线圈TX,以及数据采集。TX/AUX发射辅助测量板处理井眼流体电阻率、温度等模拟信号,以及放大从INC-TP的发射信号,并进一步驱动发射线圈。通过10个接收线圈阵列接收的感应信号,进行两极前放,相位选择、多路开关后,送到INC-TP板进行A/D转换并进行数据采集。原理框图如图4所示传输每一帧数据有15个数据块,每一个数据块又包括32个数据字和2个字头,以这种格式传输一个深度采样需要950ms,包括每一次偶极发射的100word,每一次单极发射的64word

。

图2　正交偶极子声波线路框图

2.3　微电阻率扫描成像测井仪(EMI-B)

EMI仪器由隔离短节、电子线路和探头

组成。RTU地址是6A00,电子线路由RTU板、板、讯短节D4TG板,,在地面设置三种不同大小的电平流过6个极板的150个纽扣电极的电流,通过电流接收板测量其相位的R和X的电流信号,经过多路开关,根据地面不同的命令,处理每个极板不同电极的信号,再经过放大、

整形,然后进一步在数采集板数字化后获得流过每个极板的电流值。另外,通过绝缘短节把电流回路和参考电压分开,利用电缆外皮和探头,通过EMEX板测量EMEXR和EMEXX两个相位电压信号,然后到数据采集和控制板进行

图4　HRAI原理框图

3　结束语

成像测井技术是目前最先进的测井技术。通过它可以直接获得地层或井筒图像,可以直观地了解井下信息。通过对成像测井仪的原理及信号流程的分析和消化,不仅使我们能了解目前国外先进的测井技术,更重要的是通过剖析其结构特点,了解其性能、特点从而为成像测井仪的推广应用、国产化打下基础,使其能更好地服务于现场。参考文献

[1]　HalliburtonEnergyServiceCo.CAST-VServiceManual.

2000(资料)

[2]　HalliburtonEnergyServiceCo.EMI-BServiceManual.

2001(资料)

[3]　HalliburtonEnergyServiceCo.WavesonicServiceManual.

2003(资料)

[4]　HalliburtonEnergyServiceCo.HRAIServiceManual.2003

(资料)

(收稿日期:2007-03-23　编辑:高红霞)

处理,经过地面软件计算,从而进一步获得地层电阻率

值。EMI原理示意图如图3所示。同时,方位信号板

图3　EMI原理示意图

声电成像测井仪器分析

Ⅱ 　　　　　　　　　　　　　　　PETROLEUM　INSTRUMENTS　　　　　　　　　　Oct.2007

ShenJianhui,LiuJinshan,XieXilong,YangXiaoweiandTuGuangjun.ReformationoftheCLS3700surfacesystembycomputervirtualtechnology.PI,2007,21(5):22～23

AccordingtotheexistingproblemsoftheCLS3700surfacesystem,thispaperbringsforwardtoredesigntheoriginaldevicesbycomputervirtualtechnology.Partofthehardwareissimulatedbysoftware,sothereisalmostnomaintenanceforsomehardwareofthesystem.

Keywords:CLS3700;virtualtechnology;simulation;hardware;software

MaXijin,QuXinandXiaoXingjun.Theforegroundofthemultiphase2pumpusedintheseaoil2field.PI,2007,21(5):24～26

Thetechnologyoftheoil2gasmultiphase2pumpisahighefficiencyandeconomicalmethodinexploitationontheseaoil2field.Iitusesamultiphase2pumptoreplacethetransfusionpumpandaircompressorandusesapipelinetoconveytheoil,water,gas,http://paredwiththeconventionalexploitation,ithasobviouspredominance.

Keywords:oil2gasmultiphase2pump;seaoil2field;transfusionpump;aircompressor;centerdisposalequipmentHaoXiuquan.Anewresistivitymicroimaginginstrument:XRMI.PI,2007,21(5):27～28,31

BythecontrastbetweentworesistivityimagingtoolXRMIandEMI,thisarticleintroducesthebasicprincipleandthestructuralfeaturesoftheXRMIsoastogetthebestunderstandingabouttheinstrument.Keywords:XRMI;structuralfeature,digitization

ZhangWenying.Aslimazimuth20independent2armtool.:29～31

Inordertomeetthedemandsoftheoilfieldincasing2damagedwellswithsmallinnerdiameters,theslim202beendeveloped.Thetoolconsistsofaslimhigh2accurate2armcaliperloggingtool.Theslimhigh2accurate,azimuthofthewellandtheazimuthsofeacharmofthe202arma,aframedgyroscopeandthreeaccelerators.20independentarmsofthecalipermeasureofwallofthecasingbycontactwithcasinginternalwall.Thefield2testhasprovedthatthisloggingtoolcouldindicatethesituationandazimuthofthecasingdamageandprovidetheaccurateinformationforuserstoanalyzethemechanismofcasingdamage.

Keywords:loggingtool;casinginspection;azimuth;gyroscope;accelerator;caliper

WangXiangsen.Analysisoftheacoustoelectricimagingtool.PI,2007,21(5):32～34

HRAI,EMI-B,CAST-VandWAVESONICaretheimagingtoolsofHalliburtonenergycompany.Thefunction,theconfigurationofthesetoolsaremainlydescribedinthisarticle.Thepurposeistoimprovetheknowledgeaboutthesetoolsandtomanufacturethetoolbyourself,meanwhile,gettingthegoodresultsinloggingservice.Keywords:acoustoelectricimagingtool;loggingprinciple;characteristic

ZhangLingyun.HDCproductionprofiledigitalprocessingsystem.PI,2007,21(5):35～36

AccordingtothedisadvantagesoftheimportedHDCturbineflowmater,suchaslowcalculatingefficiencyofflowrateandwateratioandhighpersonalerrors,weconvertthenonlinearrelationshipbetweentheflowratefrequencyandflowrateintolinearrelationship,andcomposethedigitalprocessingsystemthroughoptimizationdesign.Themainmodulesofthesystemarethedateconversionanddisplayofflowratfrequencyandwateratiofrequencyonworksite,thecalculationofaveragevalue,calculationofflowrateandwateratioandtheresultpltting.Theapplicationofthesysteminthelow2flowrateBaiSeoilfieldshowstheprecisionandefficiencyisgreatlyincreased.Keywords:productionprofiles;flowrate;waterratio;precision

YangWen,ChenYanhong,LiangYujia,DieYongandZhangPeijun.DIL5520digitaldualinduction2laterolog8tool.PI,2007,21(5):37～39

DIL5520isbasedon1503XBandabsorbssomeadvancedcircuitsof1507.ItscircuitsadoptHIConDIL5520andismodularizedinordertoimprovestabilityandconsistency.Itssignalsarecommunicatedindigitalwayinordertoimprovecomplexloggingandreducenoise.Itscoilsystemismadebyadvancetechniquesinordertoimprovestabilityandsensitivity.So,

theprecisionandstabilityofinductionloggingareimproved.

Keywords:loggingtool;inductionlogging;laterallogging;circuit;digitaltransmission

LiuHongliang,MiaoDingyun,YuHongxia,GuDingna,ZhangXiandCuiHongzhu.EvaluationofoilandwaterlayerinhorizonJ3kofblockHONGNAN9bycomprehensiveutilizationofwell2logdata.PI,2007,21