一種用于5700地面系統的新型微球-四臂井徑測井儀設計

熊 鑫，宜 偉

(重慶礦產資源開發有限公司 重慶 401120)

·開發設計·

一種用于5700地面系統的新型微球-四臂井徑測井儀設計

熊 鑫，宜 偉

(重慶礦產資源開發有限公司 重慶 401120)

通過對ECLIPS5700地面系統進行程序優化升級以及對微球、四臂井徑井下儀器進行技術改造，實現了組合測井項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字化上傳。在地面系統中增加了微球、四臂井徑服務表與電機控制命令；設計了微球-四臂井徑井下儀，并在該儀器中增加WTS(Wireline Telemetry Systems)電纜遙測系統通訊功能與模數轉換功能。

測井技術；ECLIPS5700成像測井系統；微球測井儀；四臂井徑儀；數字化上傳

0 引 言

國內早期使用的3700系統所配置的井下儀器均為模擬儀器，所有地面命令的下發、接收，井下數據采集、上傳均是通過模擬方式進行。隨著國內外油氣勘探領域的不斷擴大，測井技術不斷向前發展。上世紀90年代在升級為數字化ECLIPS5700系統的過程中，將放射性儀器和聲波儀器進行了數字化改造，而原有采用模擬信號進行數據傳輸的儀器，如微球、側向、感應、四臂井徑等井下儀器沒有被改造[1-3]。后續為了將這些儀器的測量信號數字化，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字化處理，如此便可同放射性和聲波儀器一并將數字化后的測量信號送入3514遙測儀器[4]進行數據匹配及曼徹斯特編碼，并上傳至ECLIPS5700地面系統進行解碼處理。

此外，在使用ECLIPS5700地面系統過程中，微球[5]與雙感應八側向不能同時測井。在實際測井中，為取全各項電阻率資料，通常的做法是在感應及四臂井徑儀器串組合測井完后，再單獨下微球儀器進行測井。如此一來使得測井時效性大大降低，并帶來井下遇阻卡等不可控的風險?；谝陨显颍O計出一種改進方案，按照ECLIPS5700地面系統運行機制，對微球及四臂井徑儀進行硬件改造及軟件優化，使之具備與3516適配器類似的信息數字化及上傳功能。經過現場測試驗證，可大大降低多趟次測井施工風險，提高作業實效。

本文重點涉及ECLIPS5700地面系統服務表的程序改編以及微球、四臂井徑測井儀的結構優化與電路設計，實現地面系統與井下儀器協同工作的目的。

1 地面系統改進

1.1 測井服務表及儀器庫的優化

原ECLIPS5700地面系統中未配置微球、四臂井徑測井儀同時測井的服務表OCT，也沒有感應、微球同時測井的服務表，為實現微球、四臂井徑、感應一趟次同步測井的目的，對ECLIPS5700地面系統局部模塊進行優化改進，針對性編寫了地面軟件補丁內嵌于地面系統中，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地面系統服務表安裝界面

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化，如圖2所示。

圖2 ECLIPS5700地面系統儀器庫優化界面

上述優化工作完成后，使得微球3106、四臂井徑4203、感應1503均具備通訊功能，這利于現場操作工程師對各儀器的工作狀態進行監控。

1.2 通訊界面的改進

圖3是ECLIPS5700地面系統儀器串服務表。圖3中，儀器串從上至下依次為：3514遙測短節儀器、4401方位短節儀器、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感應儀器。在服務表界面中取消了3516編碼短節的通訊窗口，取而代之為3106與4203獨立通訊顯示界面，主要優點如下：一是如遇通訊中斷可及時判斷問題源，節約故障分析時間；二是可實時對集成在微球、四臂井徑及感應內部的溫度、工作電壓等傳感器采集的狀態參數進行實時監測，輔助進行故障源的判斷；三是地面系統與井下儀器之間的換擋命令執行效率更高。

圖3 ECLIPS5700地面系統儀器串服務表

通過在微球四臂井徑儀器內置WTS通訊板和數字化板，把微球采集的電壓V0、電流I0，四臂井徑的CALX、CALY信號，1503感應儀器采集的深感應ILD、中感應ILM、八側向LL8信號全部進行數字化并上傳給3514遙測短節儀器，最后集中傳至地面系統進行解碼處理。從圖3中可以看出，改造之后微球、四臂井徑及感應儀器的工作狀態在服務表中同時出現，代表以上三支儀器在整個組合儀器串中實現了同步并測。

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].中學語文教學參考，2017(19):72-74.

1.3 開收腿命令的執行新方式

服務表中還增加了微球電機開收腿、四臂井徑電機開收腿命令[6]。改進之前，微球與四臂井徑儀器在開收腿時，必須先對整個儀器串斷電，然后才能供出110 V直流電執行開收腿命令操作，并通過110 V直流電的大小變化判斷開收腿是否到位，從而導致操作員無法在儀器開收腿過程中對井下儀器工作狀態及時做出準確的判斷，如遇到井眼條件復雜等狀況，將引發較大的安全風險。服務表優化之后，操作員可實現在儀器串正常供電工作的情況下，直接執行開腿或收腿命令，并可實時通過曲線或上傳數據觀察井徑、張力等參數的變化，提前預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，工程師可以隨時停止開腿或者繼續開腿。

2 井下儀改進

2.1 微球-四臂井徑儀器構成

在原先的井下儀器配置中，微球與四臂井徑是作為兩支獨立的儀器而工作；改進之后，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 電路設計簡介

本次電路設計創新性地將微球、四臂井徑、感應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，但出于實際測井的實用性把儀器下端設計成可掛接感應儀器或者側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，從而提高測井時效性。其結構框圖如圖6所示。

圖6 微球-四臂井徑結構框圖

當該儀器下端配接感應測井時，具體實現方式參考圖7：深中感應的信號通過下端28芯預留的通道直接上傳給數據采集板，而八側向的數值是通過繼電器切換借用通道再上傳給采集板。當地面系統通過3514儀器下發測井命令時，經3516通訊板進行命令解析，輸出控制繼電器K1切換的命令C0為低電平，此時K1開關切換；輸出控制繼電器K2切換的命令C1為高電平，此時K2開關處于默認狀態；輸出控制繼電器K3切換的命令C2為低電平，此時K3繼電器開關切換。下端的感應儀器就切換到測井模式。由于K1、K2、K3為磁保持繼電器，待切換命令下發完成后就會恢復默認狀態。故八側向的數值就通過恢復到默認狀態的繼電器K1、K2、K3通道上傳至數據采集板。當地面系統通過3514下發內零命令時，控制繼電器K1切換的命令C0為低電平，此時K1開關切換；控制繼電器K2、K3切換的命令C1、C2為高電平，此時K2、K3開關處于默認狀態。當地面系統通過3514下發內刻命令時，控制繼電器K1切換的命令C0為低電平，此時K1開關切換；控制繼電器K2、K3切換的命令C1、C2為低電平，此時K2、K3開關切換。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計，完成了微球四臂井徑和感應儀器的組合測井。

當該儀器下端配接1239側向進行測井時，在微球-四臂井徑儀下端的28芯接口同時預留了側向所需要的過線。再通過對繼電器K1、K2、K3的控制實現側向內零、內刻、測井模式的切換，其控制方式類似于感應工作模式的切換。側向上傳的模擬值直接在微球的數據采集板里處理，通過3516數字化后的測量信號送入3514遙測儀器進行數據匹配及曼徹斯特編碼，并上傳至地面系統進行解碼處理。

圖7 感應儀器工作狀態切換參考圖

老式微球推靠只能在斷電的狀態下進行開收腿，這樣的開腿方式不太可靠?；诎踩紤]設計了既可在斷主電狀態下進行收腿，也可在供主電狀態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測井徑數值的變化來判斷推靠是否正常或者遇卡。其實現方式參考圖8：當斷主電狀態時，此時K4、K5、K6繼電器處于默認狀態，地面直接供110 VDC就可進行收腿。當儀器處于供主電工作狀態時，若在地面系統窗口界面點擊開腿命令時，3516通訊板響應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則處于默認狀態。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。此時地面提供110 VDC就可開腿；若在地面系統窗口界面點擊收腿命令時，3516通訊板響應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繼電器則處于默認狀態。此時地面提供110 VDC就可收腿。

圖8 井徑控制命令參考圖

2.2.3 相關組合的數據采集模塊

數據采集板和3516通訊板控制方式如圖9所示。微球四臂井徑和側向或者感應的模擬數據值通過MCU板的接口輸入，經過低通濾波進行濾波后，進入模擬通道選擇逐一順序傳遞給AD芯片進行AD轉換，之后上傳到單片機內部進行處理，最后相關數據通過單片機的串口通訊方式傳遞給3516通訊板上的單片機。3516板把接收到的數據進行數字化處理通過M2方式上傳給3514儀器。當地面系統下發相關指令通過3516進行解析后，通過CPLD芯片的運用控制C0、C1、C2端口輸出命令對側向或者感應儀器進行內零、內刻、外刻轉換；控制C3、C4、C5端口輸出命令對微球推靠器進行開腿和收腿轉換，或者作為八側向數值上傳的復用通道；控制B0、B1端口輸出命令對微球四臂井徑儀器進行內零、內刻、外刻轉換。

圖9 數據采集板和3516通訊板控制方式

3 實測資料應用對比

為進一步驗證系統優化及儀器軟硬件改進之后的資料采集情況，將該套設備在勝利油田X井進行對比試驗，認為該套設備及井下儀器工作狀態良好，功能更加強大，數據采集質量高。經與標準資料對比，資料一致性程度高，滿足資料評價需求[8]。測井資料如圖10所示。

圖10 X井資料對比圖

4 結 論

1)通過對常規的微球、四臂井徑測井儀器進行WTS功能改造，使之成為一支協同工作的儀器，并自帶通訊適配器功能，從而實現了與側向、感應等常規電阻率儀器組合測井的目的，同時也實現儀器串組合效率的最大化，在實際應用中凸顯出便捷性、實效性與安全性。

2)通過對ECLIPS5700地面系統相關服務表進行編程優化，實現了對微球、四臂井徑等井下儀器并測的軟件支持，并對其工作狀態進行獨立監控，同時有效提高操作員在進行開收腿操作時對井下各儀器工作狀態的監控與應急處理，減少井下異常情況發生。

3)目前該儀器已經進行下井實驗，采集的微球、井徑曲線現場評價合格。

[1] 孟貴生，張 利，張 宸，等.ECLIPS-5700測井系統WTS地面通訊原理[J].吐哈油氣,2003(4):354-357

[2] 馬玲華,楊勁松,李傳偉,等.ECLIPS 5700測井系統XTF文件格式分析[J].測井技術,2001,25(3):225-230.

[3] 陽建波.ECLIPS-5700系列測井儀器典型故障及排除方法[J].石油管材與儀器,2016,2(4):98-100.

[4] 張宸,陳光輝,劉江龍,等.5700測井系統3514XA遙測儀[J].石油儀器,2004,18(4):39-41.

[5] 程文濤,蔣恒豐,楊文強,等.ECLIPS-5700雙側向微球/微電極測井儀組合測井研究[J].石油儀器,2013,27(4):20-21.

[6] 何小冬，易新民，李江鋒，等.ECLIPS 5700測井系統四臂井徑不斷主電開收[J].石油儀器,2013,27(6):91-93.

[7] 王利寧，陳草棠，包德洲，等.微電阻率井徑組合儀單電機雙驅動推靠器設計[J].測井技術.2013,37(6):668-670.

[8] 趙軍龍.測井資料處理與解釋[M].北京:石油工業出版社.2012(1):73-91.

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年畢業于中國石油大學(華東)電子信息工程專業，目前在重慶礦產資源開發有限公司從事非常規氣井測井項目管理工作。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)