多臂井徑成像測井儀改進及應用

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司　黑龍江　大慶　163311)

0　引　言

多臂井徑成像測井儀(MAC-40)在推廣應用期間年測井近千口。儀器的測井資料得到了用戶的廣泛認可，為用戶提供了詳實可靠的測井數據，有效地保證了油水井的正常生產獲得了用戶的好評。同時儀器在推廣應用期間，也發現了一些不足，設計者及時了解用戶的反饋信息，對儀器進行了改進。

1　儀器的工作原理

多臂井徑成像測井儀是通過儀器的測量臂與套管內壁接觸，將套管內壁的變化轉為井徑測量臂的徑向位移，通過井徑儀內部的機械設計及傳遞，變為推桿的垂直位移；差動位移傳感器將推桿的垂直位移變化轉換成電信號。儀器使用的傳感器是一種非接觸式的機電轉換器件，其輸出電信號的幅度與其內部鐵芯的位置成正比。每一測量臂都帶動一個推桿磁芯，從而將測量井徑臂的徑向變化轉變為傳感器輸出電壓的變化[1]。

2　儀器的改進完善

多臂井徑成像測井儀在推廣應用期間，設計研發人員及時掌握用戶反饋的意見，及時地做出了多項改進：1)傳感器磁芯密封系統的改進；2)增加刻度校正傳感器，進行實時溫度校正；3)驅動采集電路的改進；4)軟件上增加偏心校正功能，對儀器進行偏心校正。正是通過對產品設計的不斷完善和改進，產品的性能得到了不斷的提高。

2.1　傳感器磁芯密封系統的改進

原有儀器磁芯暴露在含有腐蝕性物質的井內液體里，儀器長時間的工作，導致儀器的磁芯腐蝕，磁芯的腐蝕嚴重影響測量結果。原有儀器的機械結構如圖1所示。

為了避免儀器的磁針受到腐蝕，我們增加了密閉腔體，在腔體里充滿硅油，這樣儀器的磁針免受井內液體的腐蝕。在腔體上安裝了活塞，保證腔體的內外壓力平衡，保證了儀器在高壓(80 MPa)環境下穩定可靠工作。改進后儀器的機械結構如圖2所示。

圖1　原儀器傳感器密封系統圖

圖2　改進后儀器傳感器密封系統圖

2.2　增加刻度校正傳感器

多臂井徑測井儀的傳感器為電感式線圈傳感器，電感線圈隨著溫度的升高，輸出的信號會發生變化。原儀器解決該問題的方法是測井后，地面軟件對數據進行處理，解決溫漂的問題，這樣不能做到實時溫度校正，不能實時出圖[2]。

改進后的儀器解決此問題的方法是在40個測量傳感器的旁邊再安裝一個傳感器(我們把這個傳感器叫做校正傳感器)，用這個校正傳感器校正其它傳感器。在組裝儀器前，首先對傳感器進行篩選，在高溫環境下(175 ℃)測量傳感器的電感值，選擇溫度漂移相同的41個線圈安裝在同一支儀器上。這樣保證傳感器的溫度漂移相同。儀器調試完畢后，進行溫度試驗，通過調整校正傳感器磁針，調整校正傳感器的輸出值，同時我們測量其它傳感器的輸出值。表1為1640001號儀器在175 ℃環境下傳感器試驗數據。

表1　1640001號儀器在175 ℃環境下傳感器試驗數據

通過表1可以看出，隨著溫度的升高，傳感器輸出的數據變大，校正傳感器的數據也變大，變大的差值為41。用40臂傳感器輸出的數據減去校正傳感器變化的數據，得到的數據為傳感器的校正值。最大值為33，最小值為-25，而轉換成工程值時，40轉換為1 mm，最大值33轉換為工程值為0.825 mm，而儀器的精度為1 mm，滿足儀器測量要求。

2.3　驅動采集電路的改進

驅動采集電路的改進主要指傳感器的連接方式，原有儀器傳感器的連接方式為并聯，如圖3左側所示。傳感器的阻值大約為80 Ω，40傳感器并聯，阻值約為2 Ω。而傳感器驅動的電壓約為3 V，這樣功率約為4.5 W左右。由于功耗太大而發熱，導致儀器內部溫度比外部溫度高大約20 ℃左右。如果外部溫度在175 ℃，內部溫度大約在200 ℃，導致儀器使用范圍受到限制。

因為儀器有40個傳感器，而儀器只有1個A/D轉換器，采集是分開的。所以改進的方法是準備采集哪個傳感器就將哪個傳感器連接驅動電路，如圖4所示。這樣電壓同樣是3 V，而傳感器的阻值為80 Ω，功率為0.1 W左右，大大降低了功耗，極大地減少了儀器的發熱。

2.4　軟件上增加偏心校正功能

儀器在測量斜井和水平井時，由于儀器的自重，儀器不能在套管內居中，我們把這種現象叫做偏心。如果不進行軟件校正，那么嚴重影響測量結果。原有40臂測井儀器測井軟件沒有偏心校正功能，導致儀器使用受到局限。如圖5所示為沒有使用偏心校正功能在大慶油田汪深1-平2井的測井成果圖。從圖中曲線可以看出該儀器明顯存在偏心、不居中。

圖3　改進前的驅動采集電路圖

圖4　改進后的驅動采集電路圖

圖5　沒使用偏心校正功能的測井曲線

如圖6所示是使用偏心校正功能后在大慶油田汪深1-平2井的測井曲線，從圖上可以看出，如果不使用偏心校正功能，該井的測井資料不能達到要求，該功能擴大了儀器的使用范圍[3]。

3　應用效果

儀器改進完善后，進行了80多井次的現場應用。應用40臂井徑測井儀器對大慶油田龍81-斜16井進行了射孔質量檢查測井, 該井2015年投產，人工井底1 785 m，如圖7所示為該井在1 704 m到1 731 m的測井曲線圖。在1 713.8 m到1 716.8 m有3 m的射孔層，共射孔40個，通過曲線可以清晰的看到射孔孔眼，共計40個。可以看出，儀器能穩定可靠的工作，能很好的反應套管的狀況[4]。

圖6　使用偏心校正功能的測井曲線

圖7　龍81-斜16井測井曲線圖

4　結束語

多臂井徑成像測井儀通過上述四項改進，產品質量得到了保證。儀器能為地質部門提供能準確地測量套管腐蝕變形程度的資料，為監測套管的狀況，延長油水井的使用壽命，提供詳實可靠的依據[5]。儀器除了保證大慶油田的正常生產外，還遠銷美洲市場(美國、加拿大)，共計銷售儀器20余支，為大慶測試儀器贏得了良好的聲譽。

[1] 劉立志，劉存輝，張宗亮.40臂井徑成像儀器工作原理及其現場應用[J] .石油儀器，2011,25(2):27-29．

[2] 梁忠明.井徑伽馬磁定位組合測井儀的研制[J] .石油儀器，2013,27(3):41-42．

[3] 張建軍.AT+三臂井徑儀與國產伽馬儀、磁定位儀組合測井的實現[J].石油儀器,2006,20(1):75-76+80.

[4] 劉樹峰.DCTS-43電磁探傷和MAC40臂測井儀在吉林油田的應用[J] .石油儀器,2012,26(1):42-44.

[5] 喬賀唐.生產測井原理及資料解釋[M].北京:石油工業出版社,1992:89-101.