超声波生产测井仪论文

超声波生产测井仪论文（共7篇）

超声波生产测井仪论文 篇1

超声波生产测井仪是利用多普勒散射原理来测量生产井内油、气、水产出情况的一种新型测井仪器, 当声源与接收体 (即接受探头和反射体) 之间有相对运动时, 反射波的频率会有所改变, 超声波生产测井仪正是利用这一原理来实现其识别油、气、水产量及产出层位的功能。在不影响生产作业的条件下, 该技术能够精确对油气井产出情况进行评价, 为生产井后期的开采提供依据。

1 技术简介

1.1 超声波生产测井仪简介

超声波测井仪器主要包括以下几部分:

1) 测井仪器接受传感器;

2) 油泡或气泡;

3) 油、套管。

超声波生产测井仪原理。整个系统包括井下仪器和地面信号处理两部分, 井下仪器由传输短节、伽码信号接受器、温度信号接受器、压力信号接受器、套管接箍信号接受器和超声波信号接受器6部分组成, 其中超声波信号接受器由发射和驱动、接收和处理等相应电路组成。

仪器主要技术指标如表1所示。

1.2 测井原理

通过超声探头发射高频超声信号, 该信号在油气水多相流中传播的过程中, 遇到油泡、气泡后, 会形成多普勒散射, 使用传感器接收多普勒散射信号;对多普勒散射信号做频域分析, 可直接得到油泡, 气泡的运动速度及等效横截面积, 以及水的流速, 通过运动速度及横截面积, 即可求得油气水流量。

2 四川气井应用效果

截止2014年2月底, 超声波生产测井仪在四川地区已完成生产测试6井次。其中两口井做了和普通7参数仪器的对比实验, 测量结果显示, 超声波生产测井仪在准确识别油气水层位及产量方面具有明显的优势, 给相关单位提供了测试成果报告, 均获得了好评。

2.1 产层识别

超声波生产测井仪测量结果和7参数仪器测量对比发现, 3160米附近, 主要产气产水层7参数仪器测量解释结果出现漏解释现象, 原因是由于下层产气产水对7参数仪器测量结果有显著影响。

3 结论

超声波生产测井仪在四川气田的应用取得良好的效果, 主要是该仪器是直接对油泡、气泡进行检测, 通过对反射回来的超声波信号做频谱分析, 结合实验模型, 能够精确的对油气水三相流进行识别。

摘要：超声波生产测井仪是利用多普勒散射原理来测量生产井内油、气、水产出情况的一种新型测井仪器, 通过对多普勒散射信号做频域分析, 可直接得到油泡, 气泡的运动速度及等效横截面积, 以及水的流速, 应用其运动速度及横截面积, 即可求得油气水流量。本文简要介绍了超声波生产测井仪的原理、结构、主要技术指标, 并通过对口几四川油气井超声波生产测井资料的分析, 指出了其在识别油、气、水产量及产出层位方面的特点, 为该仪器在四川气田中的应用奠定了基础。

关键词：天然气井,超声波生产测井仪,流体识别,应用效果

超声波生产测井仪论文 篇2

由于仪器老化, 所测量的资料不能精确的反应井下的各种信息, 为保证测井资料质量, 为用户提供优质、安全、高效、环保的测井服务, 该仪器已被停用。通过分析, 该仪器主要存在地层波强弱不明显、变密度曲线和地层对应性不好、M0B模块缺乏且稳定性差、自然伽马重复性能差的问题。

1.1 地层波强弱不明显

造成此问题的原因包括: (1) 逻辑电路中的方波发生器采用多谐振荡器, 性能不稳定, 温度性能差, 易造成同步出错; (2) 发射电路能量低, 为了加大强度, 两个发射晶体采用并联方式, 由于两个发射晶体与接收晶体的距离不同, 接收晶体不能得到最大能量。 (3) 仪器供电采用直流供电, 经过振荡、整流、滤波、稳压, 供电电路复杂且供电电路低压稳压效果不好, 纹波大, 温度性能差。

1.2 变密度曲线和地层对应性不好

造成此问题的原因为接收晶体采集的变密度信号太弱, 为了增加变密度信号的幅度, 信号接收电路的放大倍数被设置的太大, 造成变密度曲线饱和失真, 与声幅曲线、地层对应性差。

1.3 M0B模块稳定性差且备用模块缺乏

造成此问题的原因包括: (1) 测井过程中用示波器探头测量波形时, 易造成M0B模块元器件损坏; (2) 变密度刻度时, 声波同步不稳定, 首峰信号窜, 长短源距经常颠倒; (3) M0B模块不能与M05声波模块同时插在机箱中, 使用不便; (4) 变密度信号不稳定, 声波信号太强, 最低档饱和, 更换下井仪器时需重新调节同步信号; (5) GR测量数值高, 且时常断信号; (6) 测井过程中, 伽马数值易突变或无数值, 输入指令CBLG, 不能改变放大倍数。

1.4 自然伽马重复性能差

造成此问题的原因包括: (1) 电路原理设计有缺陷, 低压+24v稳压效果不好; (2) 伽马电路高压采用倍压整流电路, 高压不稳定; (3) 伽马供电倍增管采用GDB40, 平区窄, 温度性能差。

2 仪器的改进

通过对该仪器存在的问题分析, 研究采取了最佳的问题解决措施 (表1) 。

⑴将仪器改为由电缆1#和3#接收逻辑信号;供电方式由直流供电改为交流供电;低压稳压采用高性能的42094-15和42095-15三端稳压器。

利用protel软件重新设计绘制逻辑、发射PCB板, 设计后的发射逻辑电路提供0us和17us两个发射信号, 控制发射晶体相差17us工作, 使发射能量叠加为最大;发射晶体改为两个大能量晶体。设计完成后, 依照电路图, 焊制P C B板, 对仪器进行布线, 并进行了加温试验, 性能良好。

⑵利用protel软件重新设计接收和换挡模块电路原理;由7#缆芯上传声波信号;对接收和换挡电路的参数合理的选择;调整声波变密度和声幅信号的幅度。设计完成后, 重新焊制PCB板, 布线试验, 效果理想。

⑶将仪器通讯方式改为由M05模块下发逻辑协调仪器工作;由7#缆芯上传声波信号, 进入M05模块进行处理, 经M0D高速A/D进行数字化;数字量在主机的控制下进入M09模块。

⑷伽马高压改为由高压模块提供, 950V左右, 进入R980光电倍增管, 由探头来的信号首先进入射级跟随器进行阻抗匹配, 再经过门槛调节器, 去掉无用脉冲, 进入F/V转换, 由驱动电路送往地面。低压稳压电路改用稳压效果更好的42094-24。

3 改进后应用

仪器改进完成后, 通过车间刻度、试验井校验, 并上井进行了测井资料对比, 仪器的技术指标完全符合测井仪器“三性一化”的标准。变密度曲线灰度区分明显, 与地层对应性良好, 曲线重复误差小, 刻度线性良好, 变密度信号稳定, 仪器性能有了明显改善。投入应用后, 测井资料优等品率达到90%以上。

目前购买一支新的声波变密度测井仪器价格昂贵, 而通过仪器改进, 成本仅几千元, 通过对十几套仪器进行改进应用, 将节约大量的成本, 同时缓解测井任务多与测井仪器少之间的矛盾, 投入到测井生产中还可以不断创造可观的经济效益。

4 结束语

通过对S L1418仪器的改进, 实现了预期的目标, 使得该仪器电子线路集成化程度高, 提高了仪器的可靠性, 且维修方便。在仪器改进、调试、应用过程中, 仪器改造人员总结了一定的经验, 提高了自身的技术水平。随着新技术的发展, 需要在今后的工作中进行更具体、更深入地研究, 不断改进、挖掘老仪器的潜力。

参考文献

[1]楚泽涵.声波测井原理.石油工业出版社.1992 (7) .

超声波生产测井仪论文 篇3

关键词：声波测井仪,声系,阵列式换能器,电子系统,数字信号处理器,现场实例

声波测井是石油勘探开发中的一项关键技术。通过研究声波在地层中传播时的速度、幅度衰减以及频率等特性来分析地下岩层的某些重要地质特征。新型多极子阵列声波测井技术较好地解决了传统声波测井中的若干问题, 如软地层中的横波测量问题, 开创了声波测井新的应用领域, 能够满足日益复杂的油气勘探开发的需要[1—4]。国外专业油气资源探测服务公司斯仑贝谢 (Schlumberger) 、贝克休斯 (Baker Hughes) 和哈里伯顿 (Halliburton) 三大公司均于20世纪90年代开发了具有自主知识产权的多极子阵列声波测井仪器。国产多极子阵列声波测井仪 (multi-pole array acoustic logging tool, MPAL) 经过前期试验和进一步改进, 目前已经成功应用于国内外的油田现场测井服务。多极子阵列声波测井仪器根本的技术特点在于声波传感器技术的发展, 如发射换能器出现了单极、偶极和四极的组合, 使用了定向的偶极发射器和偶极接收器, 接收换能器多组且阵列化。本文结合MPAL的研制和现场实验, 对其整体结构、发射声系、接收声系、电子系统和现场测试的结果等方面进行分析。

1 仪器整体结构

图1是MPAL测井仪的井下仪器总体构成示意图[1,5,6], 从仪器底部依次向上主要包括发射电子线路、发射声系、隔声体、接收声系和主测控电子线路等几部分;另外测井时必须使用扶正器, 保证仪器居中测量。上电子短节为仪器的主电子仓, 包括以数字信号处理器 (DSP) 为核心的系统控制电路、数据采集电路、前置信号合成及放大滤波电路及井下低压供电电路等几部分。下电子短节为仪器的发射激励电子仓。由单极、同深度交叉偶极和四极等3个模块组成发射换能器阵列。发射声系和接收声系中间装有能够同时隔离纵向和横向剪切振动的特殊隔声体, 可以有效的衰减和延迟有害的直达声波干扰;同时, 隔声体的柔性结构允许仪器在斜井和水平井中使用。由阵列化排列的宽带压电陶瓷元件构成的接收声系可分时接收单极信号、同方向或者交叉方向的偶极信号以及四极信号。

多极子阵列声波测井仪与中国石油集团的Eilog高性能成像测井系统兼容, 使用CAN总线作为井下仪器系统互连接口, 传输速率是800 kbps。由图1示连接关系可以看出, 仪器命令总线 (tool command bus, TCB) 由系统主控制器操作, 贯穿连接仪器电子线路的各个功能单元模块, 用于向发射电路、接收电路和采集电路等发送控制命令和参数设置命令, 速率大约为200 kbps。TCB的接收由各功能电路单元的复杂可编程逻辑器件 (CPLD) 完成, 采用计数译码识别方式对命令位进行接收。由于井下电路布局和布线限制, MPAL的数据采集功能分布到2块电路板中 (每板4个并行采集通道) ;而所采集的波形数据必须经过DSP控制板处理后并通过高速井下仪器总线传输到地面系统, 为此设计的高速局部数据总线 (high speed local bus, HLB) 担当数据采集电路和系统控制电路之间的采集数据传输通道。HLB为多源单目的单向操作, 所连接的设备公用时钟线、数据线和源端选择线各自独立, 接口信号经过线驱动器和阻抗匹配电路, 保证了信号在传输时的稳定可靠。HLB发送和接收控制器都由CPLD器件担任, 发送和接收端的数据缓存全部采用FIFO存储器, 发送端为采集电路, 接收端为系统控制电路。采用目标设备驱动时钟的主动方式工作, 由DSP设定传输数据量和传输驱动命令。在全部读数工作完成后, 输出读数结束标志供主控制器检测[1,5,7,8]。

2 接收声系与发射声系构成

MPAL发射声系的结构如图2所示[1, 5, 6], 主要由各种模式的发射换能器和发射变压器组成。换能器部分主要包括一个单极发射换能器, 两个同深度相互垂直的偶极发射换能器和一个四极发射换能器。两个相互垂直的偶极发射换能器分别定义为X方向偶极换能器和Y方向偶极换能器。四极发射换能器由相隔90°的四部分换能器单元构成, 排列在X方向和Y方向, 而同方向的两个换能器单元连在一起。单极和两个垂直方向的偶极发射换能器各需要一道激励信号, 四极发射换能器的X和Y方向同时工作;因此, 需要两道激励信号。同时, 四极换能器的X方向既可以与Y方向同相位激励工作于近单极模式, 又可以与Y方向反相位激励工作于四极模式, 这就需要对X方向的激励信号进行相位反转切换。为了使发射换能器充分激励产生足够的能量向地层辐射, 需要激励电压达到数千伏, 激励源中必须设计升压脉冲变压器。单极、偶极及四极发射换能器的工作频率和发射功率不同, 如单极需要大约3 800 V、30μs的高压激励脉冲;偶极需要大约1 800 V、200μs的高压激励脉冲;四极激励脉冲大约2 800 V、30μs[8]。

MPAL接收声系的总体结构为等间距排列的多组阵列化接收换能器组合, 构成原理图如图3所示。包括8个频带为0.5~30 k Hz的宽带接收换能器组, 间距为0.152 m。每组有同深度的两对接收器, 一对同X方向偶极发射器同方向, 分别记为RnX1和RnX2, 另一对同Y方向偶极发射器同方向, 分别记为RnY1和RnY2, 其中n表示换能器组的编号, 范围为1~8。由此可见, 接收声系总共有32个接收换能器单元。所有接收换能器单元可分时接收单极信号、同方向或者交叉方向的偶极信号以及四极信号, 这种设计简化接收声系的结构, 有效控制仪器的总体长度, 但是, 在一定程度上增加了电子系统的复杂性。

3 电子系统关键技术

电子系统包括主测控电子线路短节和发射电子线路短节。主测控电子线路短节包括以DSP为核心的系统控制电路、数据采集电路、前置接收电路及井下低压供电电路等几部分。

3.1 系统控制电路

系统控制电路是仪器的控制与传输中心, 完成与遥测短节的接口, 控制仪器整体协调工作, 并提供一定的缓存能力保存处理后的数据[1,5,6]。主要由TMS320LF2407A DSP、CAN驱动器、FIFO存储器、RAM存储器、高速数据接收控制器和接口控制逻辑等组成。DSP担当仪器的控制核心, 实现仪器全局控制、数据处理和遥测接口等功能。遥测接口由集成在DSP中的CAN总线接口模块实现, 接收地面通过遥测短节下传的采集控制命令, 在遥测请求数据时把RAM中的数据发送到CAN总线上。在深度中断的驱动下, DSP接收到新的采集命令后通过发送相应的串行控制命令实现采集循环, 该命令主要完成接收电路的单极、偶极、交叉偶极、四极、测试和单站等接收模式的选择和各通道增益的设定, 控制单极、偶极及四极等发射方式并启动发射, 设置数据采集通道的采集速率及采集深度, 并启动数据采集。采集结束后, DSP通过高速数据接收控制器读取采集结果并进行滤波、抽取等处理, 通过对采集结果数据进行分析实现井下自动增益控制。

3.2 信号合成及放大滤波电路

接收换能器阵列输出的8组共32道声波信号由信号合成及放大滤波电路处理合成单极、偶极和四极声波信号, 并根据接收到的信号动态调整模拟处理通道的增益。模拟信号接收处理电路构成原理框图如图4所示。

接收到的模拟信号主要经过输入缓冲放大, 信号合成, 多路信号选择, 程控增益调节, 带通滤波器等处理。通道控制器把串行总线命令转换成控制信号, 用来选择单极、偶极、四极、单站和内测试等接收模式, 以及设置各个通道的增益。

每组接收换能器X和Y方向的各两道信号首先连接到缓冲放大电路, 信号合成电路对缓冲放大器输出的信号进行处理, 合成单极信号、四极信号以及X和Y方向偶极信号, 偶极信号合成电路后的低通滤波器用于衰减可能存在的高频单极信号。缓冲放大器的输出同时作为换能器独立分量信号连接到信号选择电子开关。测试信号发生器为每个通道产生相同的内部测试信号。多路选择电子开关从单极、偶极X、偶极Y、四极、测试信号和换能器独立分量信号中选择一种信号进行后续处理, 电子开关的控制信号由串行控制命令总线中的模式选择命令进行设置。模式选择多路开关输出的信号经过程控增益调节电路和滤波电路等处理后输出到数据采集电路。为适应大的信号动态范围, 设计了具有69 d B的可编程放大器 (PGA) , 并以3 d B步进量连续调节, 控制码为5 bit, 各通道既可同步调节也可独立调节。根据对信号电平、动态范围和信噪比的要求, 设计了4级8阶布特沃斯有源滤波器, 为2阶高通、6阶低通布局以更有效地降低混叠噪声, 通带频率为260 Hz~20 k Hz。

3.3 发射电子线路

发射电子线路是声波换能器的高压激励信号源, 输出一定频率和强度的单极、偶极X、偶极Y、四极X+、四极X-及四极Y的激励信号, 用于激发各种工作模式的声波发射换能器[7,8]。

4 现场测试实例分析

该仪器在不同地区的实验井和勘探井中进行了多井次的实验和测井服务作业, 并取得大量的合格测井资料, 现仅从仪器的重复性、一致性以及正确性等方面进行分析。

图5表示了MPAL分别使用两支仪器在A井测量三次得到的三种模式波的时差, 其中包括一支仪器测量一次得到的时差和另一支仪器重复测量两次得到的时差。由图5可见, 两支仪器两次测量得到的时差重合的比较好, 说明MPAL仪器的一致性很好。还可看出, 同一支仪器两次测量得到的时差曲线吻合得比较好, 也说明MPAL两次测井的重复性很好。

图6表示了MPAL在某井测量的XX偶极子波时差与同类型进口仪器该井测量的XX偶极子波时差曲线的对比情况。由图中可见, MPAL和进口仪器分别在该井段测量的偶极子波时差基本一致, 说明了测量的正确性。同时, 在个别深度点上二者有较大差异, 可能与仪器在井下的位置有关。由于MPAL在该井测量时没有装扶正器, 无法保证测井仪器居中测量, 也没有办法保证测量时两种仪器在井下同一深度时所处的方位一致, 这会导致不同仪器在同一井段测量的偶极子声波时差可能不会完全一致。

5 结语

通过不断地改进和完善, 国产多极子阵列声波测井仪已经进入工业化生产阶段, 在油田现场测井服务中发挥着重要的作用, 也在国产高端声波测井装备的应用中担当着重要角色。同时, 通过大量的试验和测井作业, 验证了MPAL设计的正确性, 并表明仪器具有很好的可靠性。该仪器在油气开发压裂酸化评价, 非常规油气勘探开发等方面也具有很好的应用前景, 并已经得到成功的应用实例。

参考文献

[1] 卢俊强.多极子阵列声波测井仪电子线路研究与开发.北京:中国石油大学, 2007Lu Junqiang.Electronic system research and designing of multi-pole array acoustic logging tool.Beijing:Ph.D.Dissertation, China University of Petroleum, 2007

[2] Olofsson B, Probert T.Azimuthal anisotropy from the Valhall 4C 3D survey.The Leading Edge.2003;22 (12) :1228—1235

[3] 乔文孝, 鞠晓东, 车小花, 等.基于圆弧阵的多极子声波测井辐射器.中国石油大学学报 (自然科学版) , 2006;30 (5) :33—41Qiao Wenxiao, Ju Xiaodong, Che Xiaohua, et al.Multipole acoustic logging transmitter structurized by annular array.Journal of the University of Petroleum, China, 2006;30 (5) :33—41

[4] Tang X M, Cheng A.Quantitative borehole acoustic methods.Amsterdam:Elsevier, 2004

[5] 鞠晓东, 成向阳, 卢俊强, 等.基于CPLD的井下控制命令电路设计及其应用.测井技术, 2005;29 (4) :356—358Ju Xiaodong, Cheng Xiangyang, Lu Junqiang, et al.The design of downhole control command circuit based on CPLD and its application.Well Logging Technology, 2005;29 (4) :356—358

[6] Altera Corporation.MAX II Device Handbook[EB/OL].[2009-08].http://www.altera.com.cn/literature/hb/max2/max2_mii5v1.pdf

[7] 杨哲, 鞠晓东.压电换能器阻抗匹配研究.高电压技术, 2007;33(1) :70—73Yang Zhe, Ju Xiaodong.Impedance matching of acoustic transducer.High Voltage Engineering, 2007;33 (1) :70—73

浅议声波测井仪器的发展 篇4

1 水泥胶结声波测井仪的发展

声波测井最原始、最传统的应用领域即固井后的水泥胶结评价。20世纪50年代水泥胶结质量的检验采用了单发单收的声幅测井仪, 到了六七十年代后逐渐发展为水泥胶结/变密度测井仪 (CBL/VDL) , 采用单发双收声系。两种仪器的原理都是将在套管中沿井轴方向传播的套管波及其后续波的幅度逐一记录下来。它们都具有测井工艺快速简单、解释评价技术较快速简单并能准确判断套管外有无水泥胶结、估判套管外水泥抗压强度等, 但对套管外空间方位上的水泥分布及水泥环和第二界面 (底层见面) 上的胶结状况无法进行评价且受发射和接收探头间距离的限制纵向分辨率较低, 通常在1m以上。

为了提高水泥胶结评价的分辨率, 国外在60年代末70年代初发展了结合地面超声探伤技术和井下声波电视测井技术的水泥胶结评价测井 (CRT或SET) , 然而虽然这类仪器可识判套管外水泥分布的空间方位, 并提高水泥胶结测井纵向分比率至厘米级, 但它对识判地层界面和水泥环的胶结是定性的, 且不能保证在任何情况下都能对二界面上的声波反射信号进行记录和识判, 因而不能保证地层界面的胶结情况评价工作在整个目的层段都能进行, 并只能作业于井液密度较低的井中。随后原苏联在80年代末生产了一种1m源距、0.5m间距且20k Hz声学探头中心频率的单发双收声系的MAK-2型声波测井仪。该仪器功能与C B L型仪器差不多, 但纵向分辨率比CBL高, 通常为0.5m。目前, 俄罗斯还在使用该类仪器并采用散射伽马测井发进行水泥胶结评价。到80年代末90年代初, 西方阿特拉斯公司发展了既能对沿井轴方向传播的套管波进行记录, 又能对套管外空间方位上水泥的分布特征进行识判的SBT型水泥胶结测井仪。这种仪器是在呈铰链状扇形分布的极板上且靠套管内壁处安装12个声学探头 (每个声学探头的中心频率均为100k Hz的) , 用于测量套管中沿螺旋线方向传播的套管波。该仪器的工作频率为100k Hz, 比CBL高很多, 所以在套管外水泥分布的非均质性方面有较高的分辨率。且由于声系呈铰链状扇形分布, 因此该仪器能较好地识判套管外水泥在空间方位上的分布情况, 如能发现径向方位上45°的串槽及定量评价径向方位上90°以上的串槽。为保证仪器接收的首波为套管波, 该仪器的声系采用了较小源距, 即发射探头和接收探头的距离小于临界距离。与CBL仪器相比, SBT仪器的纵向分辨率要高很多, 在没有水泥胶结的层段可识别纵向上0.3m的串槽, 且可定量评价0.4m以上的纵向串槽。SBT仪器的高频声波信号是不会随泥浆吸收的越多而衰减, 这主要是因为声学探头的安装位置是贴靠在套管内壁而造成的。SBT型水泥胶结测井仪可用于直径在114~406mm的套管井中。

90年代初期我国西安石油勘探仪器总厂自主研制出一套1m源距、0.5m间距、20k Hz中心频率的声学探头的QGZ-A型全波固井质量测井仪, 该仪器是一个综合测井仪器, 集自然伽马、磁定位测井仪和声波测井仪为一身, 可与83系列相配套。其中声波测井仪采用了双发双收声系。该仪器的工作原理是采用数字形式记录套管波首波及后续波的幅度, 经地面处理后将显示出一个变密度图, 该密度图是由套管波首波幅度随深度变化的曲线及后续波幅度处理得出的。

由于CET型仪器对二界面胶结状况的评价存在不确定性, 以及国内有相当一部分井由于胶结不好而难以检测的, 为解决这种不确定性, 同时考虑到二界面上的反射信号的主频会受到水泥环对声波信号的吸收而低于井下生源的主频, 90年代中期, 国内先后研制出超声固井质量检测仪 (UCT) 和声波全面检查固井质量测井仪 (CBET) 。UCT型和CBET型仪器都能对套管外面各声学界面上的反射信号进行数据记录, 并能识别频域上对主频值较低的地层界面上的反射信号, 进而使得仪器对地层界面胶结状况的评价更为准确、可靠。这两种仪器是基于CET仪器发展起来的, 且在识别和解释二界面信号方面目前国内外还是属于先进水平。然而这两种仪器在应用时会受到一定程度的限制, 如只能在清水或密度低、泥浆含量少、固相颗粒尺寸小井液的井中方可测量。

2 水泥胶结声波测井仪未来的发展方向

综合以上关于固井水泥胶结测井仪器的检查功能的发展来说, 目前水泥胶结声波测井仪未来的发展主要有3个方向, 即套管外水泥在径向方位上空间分布的识判、纵向分辨率的提高、地层界面胶结状况的检查。国外发展的CET或SET在对套管外水泥在径向方位上空间分布的识判功能是成功的, 但在检查地层界面胶结状况方面效果不好且对井液有一定要求。QGZ-A型全波固井质量测井仪是一个仅为数字记录功能的仪器, 在设计上不具有先进性。而我们国内研制的UCT型和CBET型仪器的设计思路比较先进, 能解决套管外水泥在径向方位上空间分布的识判、纵向分辨率的提高、地层界面胶结状况的检查三方面问题, 但却存在技术不成熟及对井液要求相当高、功能还不够完善等缺点, 因而目前在市场上的使用率还不高。因此, 综合上述各种仪器的性能指标, SBT型仪器是同类设备中功能较完善、应用效果较好且较可靠的仪器。

3 结论

目前, 国内普遍使用CBL/VDL型仪器用于检查水泥胶结质量, 而这种仪器的功能随着时代的发展逐渐落伍。行业对用于水泥胶结质量检查的声波测井仪器的要求主要是能有较高的分辨能力, 纵向分辨能力最好能达到0.5m以下;能识别二界面的胶结状况且能在密度较大的普通泥浆中测井, 因而, 今后应着重水泥胶结声波测井仪的发展方向, 多发共同研制出一套功能完善、应用效果及可靠性好的声波测井仪器。

摘要：本文着重介绍了国内外用于评价固井后水泥胶结质量的水泥胶结声波测井仪器的发展、性能和水平, 同时, 简要探讨了国内外水泥胶结声波测井仪器未来的发展方向。

关键词：水泥胶结声波测井仪,二界面,CET,发展

参考文献

霍树义等, 水泥胶结评价测井仪的应用, 石油仪器, 1992霍树义等, 水泥胶结评价测井仪的应用, 石油仪器, 1992

声波测井曲线异常情况分析及探讨 篇5

1 声波时差质量控制曲线的说明与应用

阿特拉斯公司的数字声波仪器DAL(Digital Acoustic Log)为双发四收结构(图1),现场记录的声波时差采用阈值法获得,在一般的波形图上,存在三个E值,即E1、E2及E3,其中E2值为超过阈值后第一个波谷对应的时间,E1值为该波谷之前的波峰对应的时间,E3值为该波谷之后的波峰对应的时间,通过确定传播时间,对应固定的仪器源距即可获得声波时差。

在仪器居中良好、井眼较为稳定情况下,该方法应用效果较好,但当仪器出现居中问题或井况较差时,该方法得到的声波时差质量相对较差。

1.1 SFA系列曲线

SFA(Surface First Arrival)指波首到时间曲线,原始文件中一般有8条,分别为5英尺源距4条(SFAF1—4)和3英尺源距4条(SFAN1—4),对应1号发射器4个接收器和2号发射器4个接收器记录的首波时间,一般采用SFAF系列进行评价。

当仪器居中良好及井眼条件较好时,该4条曲线变化规律基本一致,反之,由于首波E2值检测不稳定,4条曲线出现不一致的跳变,进而影响时差的计算。从图2中可以看到,5280~5302 m处,SFAF系列曲线变化一致,到时滞后处计算声波时差增大,5302.5米以下SFAF系列曲线相关性较差,主要表现为SFAF2曲线异常小值,记录的声波时差曲线可靠性降低,表明此处仪器居中较差。

1.2 NREJ曲线

NREJ(Number of rejected intermediate T computations at the current depth)指声波时差计算中排除条数曲线,代表4个接收器计算时差落于△Tmax与△Tmin区间以外的个数,原始文件中一般有两条:NREJQF(5英尺)和NREJQN(3英尺)。该曲线值越大,表明排除个数越多,资料越不可靠,一般认为当舍弃曲线数量超过总曲线数量的50%时,所计算的声波时差曲线不可信(如图3)。

1.3 SDDT曲线

SDDT(The standard deviation of all intermediate T computations at the current depth leavel)指声波时差计算中的标准方差曲线,现场记录时,利用接收方式得到的时差DTR和发射方式得到的时差DTT计算一条标准方差曲线。

原始文件中一般有两条:SDDTQF(5英尺)及SDDTQN(3英尺),该曲线与NREJ曲线相似,值越大代表计算结果越不可信(如图3)。

2 声波时差测井曲线异常情况分析

图4为工区内一口碳酸盐岩地层完井的测井曲线,6225 m以下为本井主要储层段,其中自然伽马曲线与电阻率曲线对应性良好,显示出了较好的一致性,但声波时差曲线显示异常,主要表现为声波时差值出现跳跃及与电性特征的不对应,根据以往经验,推测该情况的出现可能是受井况等原因影响,由于纵波首波较弱,以现场时差获得的方法不能准确拾取到纵波首波所致,遂利用STC法对声波时差进行重新处理,但在后续进行纵波时差提取时,总是无法获得正确时差,因此对波列数据回放进行分析,回放后发现本段变密度图显示异常,表现为多段的变密度图平直及突然的相变,初步判断仪器遇卡所致,后结合张力曲线,确认此处仪器遇卡严重,声波时差曲线质量差,无法进行孔隙度计算及后续工作(图5)。

从本井的情况来看,尽管变密度图及张力曲线显示仪器遇卡严重,所测量的波列数据无法利用STC法进行声波的重新提取,但是从现场提供的DT24曲线来看,并没有明显的遇卡相应特征,不通过回放变密度图或者张力曲线,似乎无法得知遇卡情况。实际上,在现场进行声波时差测量时,会产生一系列的中间曲线,通过这些中间曲线,可以对声波曲线的质量进行初步的判断,从图5中我们可以看到,DT24是通过将发射模式获得的时差(DTT)及接收模式获得的时差(DTR)进行简单平均及滤波所获得的,因此,可以通过利用DTT及DTR进行原始声波时差的评价及认识。图6中第二道分别为接收模式时差(DTT)及发射模式时差(DTR),从两条曲线的形态及数值上可明显的看到遇卡情况,曲线出现频繁的平直与跳跃,与变密度图表征一致。第三道为DT6曲线,从该曲线上我们可以观察到,由于经过简单平均,DTT及DTR的部分异常值已经被削弱,不再明显,而再经过滤波处理的DT24已经几乎看不到任何遇卡的特征了。

3 结论

现场作业时,受客观条件影响,在井眼不规则、井况复杂等情况下,声波时差的测量往往会受到影响,在后期解释评价时,需分析声波质控曲线,才能保证后期解释评价工作的准确、有效。现场提供的声波时差是经过多次处理计算后获得的,在解释工作中遇到时差异常时,尽量调取原始数据进行回放分析,以便准确快速的查找到声波异常的原因,为下一步工作做好准备。

参考文献

[1]张伟.阵列声波测井仪研制及测井数据处理方法研究[D].电子科技大学,2010.

[2]吴兴能,肖承文,张承森,郭洪波,韩能润.常规数字声波质量可靠性识别与应用[J].,国外测井技术,2013,v.34;No.19503:49~53+4.

[3]王建华.声波测井技术综述[J].工程地球物理学报,2006,05:395~400.

随钻声波测井数据存储技术研究 篇6

2009年2月13日收到在随钻声波测井中,受传输速率限制,除了少量处理结果被实时传送到地面外,大量处理结果和原始波形数据被存储在仪器内存中。在钻井过程中,为了保证随钻声波测量分辨率,需要每隔几秒钟进行一次测量。在施工过程中随钻声波测井仪为间歇工作方式,每次测量循环中,处理结果通常有几十个字节,原始波形的数据量则以千字节计,因此需要采用大容量非易失FLASH存储器进行测井数据存储。本文介绍了用于随钻声波测井数据存储的NAND FLASH芯片,并介绍了存储系统接口电路设计方法、随钻声波数据存储方式及存储流程。

1 存储器件选择

NAND FLASH和NOR FLASH是目前最常用的两种非易失闪存芯片。NOR FLASH为并行结构,传输效率高,但写入和擦除速度较低,存储器结构及引脚信号定义方式难以解决存储容量增加的矛盾,存储容量的增加使系统连线复杂且可靠性降低。NAND FLASH为串行结构,数据线与地址线复用为8 条I/O线, 另外还分别提供了命令控制信号线,命令、地址和数据信息均通过8 条I/O 线传输,因此,NAND FLASH存储器不会因为存储容量的增加而增加引脚数目,便于系统设计和产品升级。

通过以上分析和比较,NAND FLASH具有写入速度较快、容量大、功耗低、体积小、接口简单等方面的优点,更适合于随钻声波测井大容量数据存储需要,因此本设计选用了三星公司的2G bit NAND FLASH芯片K9F2G08U0M,引脚功能如表1所示[1]。

K9F2G080M的主要特点如下:

(1) 电源电压为2.7～3.6 V;

(2) 读、写、擦除操作电流15 mA,待机电流10 μA;

(3) 读时间80 ns,页编程时间200 μs,块擦除时间2 ms;

(4) 存储单元阵列为(256M+8192)×8 bit,数据寄存器和缓冲存储器均为(2K+64)×8 bit;

(5) 按页读2 Kbyte/页,按页编程(2K+64) byte,按块擦除(128K+4K) byte;

(6) 具有指令/地址/数据复用的I/O口;

(7) 命令寄存器操作,写控制器能自动控制所有编程和擦除操作;

(8) 芯片可100 K次编程/擦除,数据可保存10年不丢失。

2 接口电路设计

数据存储系统接口电路如图1所示。

随钻声波测井仪采用DSP芯片TMS320LF2407,用于测量控制和数据处理。NAND FLASH芯片以页为单位进行读写操作,擦除操作以块为单位,写数据时,位数据只能由1变为0,对NAND FLASH进行写操作前必须把写单元所在块擦除。而在写操作时,所要擦除块的数据必须事先保存,然后再对该块进行擦除,并把数据写到指定单元,最后把其余部分恢复过来,因此,需要开辟一定的缓冲区对要擦除的块进行保存。由于K9F2G08U0M每页有2 048字节,考虑到随钻声波实时计算对存储空间的需要,因此扩展一片32 K×16位SRAM CY7C1020,数据采集器将采集到的原始波形数据和处理结果存入SRAM,达到一定的采集深度之后,从SRAM中将数据读出存入FLASH。

虽然K9F2G08U0M的容量达到了256MB,其容量和寻址范围远远超过DSP的寻址范围,但由于芯片上的写控制器能自动控制所有编程和擦除功能,提供必要的重复脉冲、内部确认和数据空间,而且K9F2G08U0M的命令、地址和数据信息均通过I/O 0～I/O 7传输,在FLASH的256M物理存贮空间中,28位地址分成5个地址周期(2字节列地址和3字节行地址),通过8位I/O口写入地址寄存器,不需要通过地址线寻址,因此无需考虑采用页面技术解决逻辑存储空间与物理空间的映射问题,大大简化了DSP与FLASH的硬件接口,实际操作起来非常方便[2]。由于DSP和FLASH的工作电压均是3.3 V,因此两者的引脚可以直接连接,不需要进行电平转换。在图1中,FLASH的8位I/O口直接与DSP的通用I/O口IOPB0～IOPB7相连,FLASH的CE、CLE、ALE分别由DSP的IOPF1～IOPF3控制。DSP的WE、RD 分别接FLASH的WE、RE,控制读、写操作。DSP的通用I/O口IOPF0接FLASH的R/B,监测存储器的工作状态,当R/B 处于低电平时,表示有编程、擦除或随机读操作正在进行,操作完成后,R/B自动返回高电平。

3 程序设计

由于随钻声波测井中一个波列的数据量较大,有可能超过FALSH的页长度,而K9F2G08U0M容量为256M,不可能将测井过程中的全部波列数据均保存下来,因此,FALSH主要保存处理结果,另外根据测井需要,每隔若干页保存一次原始波形数据,两种数据均按顺序结构保存。

由于写操作时,必须先擦除当前数据块,因此如果每次测量完成后存储一次,就需要将FLASH当前块中的数据保存到SRAM中,然后擦除该块,再读出存入SRAM中的历史数据,连同当前数据一起重新写入FLASH当前块。这种存储方式需要DSP频繁访问FLASH存储器,影响DSP处理声波测量数据的实时性,因此采用整页存储方式。在整页存储方式中,每次测量完成后将数据存入SRAM,并根据测量结果占用的字节数,设置一个低于FALSH页长度(2 048字节)的SRAM数据存储长度,当SRAM中数据达到该长度时,将数据从RAM中读出,转换成规定格式,再加上诊断状态和数据区标志等信息,一次性写入FLASH。存储流程如图2所示。

对NAND FLASH的操作主要包括按页读操作、页编程、块擦除等,读、写操作以页为基础,擦除按块进行,编程和擦除操作采用两级命令确认方式,以防止误操作。以下介绍NAND FLASH的主要操作方法。

3.1 按页读操作

读操作流程如图3所示,写入30H后,5个字节的行地址所指定的页中的数据将在25 μs内传输到数据寄存器中,在RE脉冲的作用下,不但可以从指定的列地址开始连续读到该页末尾,也可以按照流程图中的虚线部分输入随机读指令码,任意读取该页中的内容,并且不受次数限制。

3.2 页编程

页编程流程如图4所示。首先写入页编程命令80H,然后顺序输入行列地址以及待写入的数据。页编程确认命令10H用于实现数据从缓冲区到FLASH的编程操作。写入完成后,读状态寄存器(通过写入70H实现)判断操作是否成功,若未成功,将当前块声明为坏块,并进行块数据替换操作,以保证可靠性。

3.3 块擦除

块擦除流程如图5所示。擦除操作以块为单位进行,由于器件分为2048块,因此输入的地址码中只有A18～A28的11位有效,其余位将被忽略。装入擦除确认指令D0H和块地址即开始擦除,与页编程操作类似,擦除完毕后应检查写状态位I/O 0并处理返回结果。

3.4 坏块处理

在闪存的使用中,可能会产生坏块。在擦除和编程操作后,如果出现读失败,应当进行块置换。块置换由容量为一页的缓冲器来执行,可以通过发现一个可擦的空块和重新对当前数据对象进行编程来复制块中的剩余部分。为了提高存储空间的使用效率,当由单个字节错误而引起的读或确认错误时,应由ECC收回而不进行任何块置换。

4 结 论

由于随钻声波测井数据量大,且受实时传输速率限制,需要采用大容量非易失FLASH存储器对测井数据进行存储。根据随钻声波测井数据的技术需求,采用NAND FLASH芯片作为非易失数据存储,通过对NAND FLASH接口电路和存储程序的合理设计,实现了随钻声波测井的数据存储功能。

摘要：随钻声波测井数据量大,且受实时传输速率限制,需要采用大容量非易失FLASH存储器保存测量数据。根据随钻声波测井数据存储需求,采用NAND FLASH作为随钻声波测井仪的数据内存,设计了NAND FLASH接口电路,采用整页存储方式将数据存入NAND FLASH,并给出了NAND FLASH存储流程,实现了随钻声波测井的数据存储功能。

关键词：随钻声波测井,数据存储,NAND FLASH

参考文献

[1]K9F2G08UOM FLASH memory datasheet rev.0.8.Samsung Elec-tronics Inc,2005

超声波生产测井仪论文 篇7

1 超声流量计的工作原理

超声波流量测定原理是多样的, 本文中所涉及的超声波流量计采用的是超声波传输时间差法。超声波在流体中传输时, 在静止流体和流动流体中的传输速度是不同的, 利用这一特点可求出流体的速度, 再根据管道流体的截面积便可知道流体的流量。在流量短接的两端各安装一个超声波传感器, 它们既可以发射超声波又可以接收超声波, 一个装在上游, 一个装在下游, 其距离为L。

设顺流方向的传播时间为t1, 逆流方向的传播时间为t2, 流体静止时的超声波传播速度为c, 流体流动速度为v, 则

一般来说, 流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度, 因此超声波传播时间差为:由于c>>v从上式便可得到流体的流速为:

超声流量计的设计只采用了两个简单的超声波传感器, 不同于涡轮流量计测量过程中叶片产生磨损的情况, 当流体流经两个传感器之间时, 均是流畅地通过, 不会对传感器造成堵塞、沾污和磨损等伤害。从原理上看超声波具有方向性好穿透能力强, 在流体中的传播速度远远大于流体本身的流速, 这就使得超声波不受流体粘度密度等物性的影响可以畅通地发射和接收。

具备了先进的测量原理, 还应经受得住实践的考验。本文接下来通过不同流量计之间和同种流量计之间的对比分析来研究流量计的性能。

2 超声流量计性能的对比和分析

在仪器使用过程中, 由于操作不合理、仪器自然老化等原因使得仪器稳定性出现相应的变化, 使用一定时间后都需要对其进行流量标定。下面就从流量标定方面对目前测试一大队在用的九方制造五参数组合测井仪和仪器厂制造五参数组合测井仪、西安思坦同位素五参数组合测井仪的稳定性和相关系数对比分析。

2.1 三种仪器进行流量标定分析

任意取九方制造五参数组合测井仪、仪器厂制造五参数组合测井仪和西安思坦同位素五参数组合测井仪各一支, 进行室内流量标定。根据实际流量和计数之间的对应关系, 拟合回归出一条直线, 即流量与计数的关系曲线, 通过它可以确定出斜率和截距进而得到一直线方程, 然后再将每个流量下对应的计数代入方程, 求出线性方程的理论流量, 和实际流量比较计算, 求得相对误差和平均相对误差。

从表1相对误差和平均相对误差的计算结果明确显示出九方仪器在稳定性方面比其他两种仪器更稳定更有优势, 应用到实际测得的流量更加准确。实验中可以看出随着流量的增加, 各仪器的相对误差都有不同程度的降低, 这说明高流量情况下测得的数据相比低流量下测得的数据更加准确更加可信。

2.2 影响仪器稳定性因素分析

由于超声波也是声波, 声速与温度有关, 随着仪器在井下的深入, 超声波穿行的环境温度也在不断的升高, 这就会造成测量的差异, 下面就这一因素进行探讨。

任意取一支九方制造注入剖面五参数组合测井仪, 放入可控温度的水箱内, 分别设定温度为15℃、25℃、30℃、40℃、50℃。在这几个不同温度的静水环境下进行室内流量标定, 通过计数地稳定性对比温度对测量结果的影响。测量结果见表2, 我们可以看出:在各个温度下流量计的读数基本稳定, 说明此流量计性能良好。同时还观察到随着温度的升高, 流量计的读数呈降低趋势, 到40至50℃时, 读数基本稳定在2100~2200之间。考虑到注入剖面组合测井仪是用于注入井, 井内温度应该不会很高, 加之在室内测试时长时间的高温有可能对仪器内部电路或是传感器结构造成破坏, 因此没有再继续升高温度测试。

在实验过程中我们发现超声流量计存在一个固定的或宽或窄的稳定工作电流区间, 当供电电流稍微高于或低于此电流区间时, 尽管仪器其它短接仍然正常工作, 但超声流量短接的显示计数会出现很大的毫无规律的波动, 当电流重新恢复到此电流区间时, 流量短接又可以正常工作。对于每支仪器的超声流量计短接来说, 它们的稳定工作电流区间是各不相同的。只要在实际测井过程中多注意观察就可以确定各仪器超声流量短接的稳定工作电流, 这对现场操作具有一定的指导意义。

3 结论

3.1 通过对三种不同注入剖面五参数组合测井仪进行流量标定分析, 得出在相关性方面三种仪器相差无几, 但在稳定性方面九方制造仪器更具有优势更加稳定。

3.2 随着流量的增加各仪器的相对误差都有不同程度的降低。

3.3 同种仪器在六个不同温度静水条件下对比其流量计数, 结果显示随着温度的升高流量计数呈下降趋势, 到达一定温度计数趋于平缓稳定在一定数值范围内。

3.4 在实验过程中发现每支流量短节都有其各自的稳定工作电流区间, 超出此区间流量计数将会极度不稳定。

摘要：本文就大庆油田测试一大队注入剖面流量测量中常用的超声波流量计, 从超声波的影响因素和仪器使用过程中操作的不当对超声流量计的测量精度做一简单的探讨。

关键词：注入剖面,超声流量计,精度分析

参考文献