高分辨率数字声波时差测井仪井下仪器研制.doc

数字高分辨率声波时差井下仪器研制 大庆测井公司地球物理研究所 赵克壮 摘要 在高分辨率声波井下仪器研究生产的基础上，结合油田测井实际需求，研制了数字高分辨率声波时差测井仪井下仪器。文章论述了仪器的设计原理，关键技术点，达到的指标和现场使用效果。关键词：数字 高分辨率 声波 时差 井下仪器1、 引言 在常规裸眼井声波测井中，我们所要得到的信息主要是地层的准确时差。目前的测井方法是将声波全波列传输到地面，然后解算出声波时差。在声波传输到过程中需要占用缆芯、高速AD、时间等很多资源。在测速为600米/小时的条件下，数字传输高分辨率声波全波列，要求传输速率在800Kbps以上。目前所用的仪器大多是在四选一电路的控制下，每次接收到的四个信号只有一个传送到地面。发射四次对四个源距作一完整记录（一个循环）。采用这种方式采集因仪器时差记录时状态不一致，而且经电缆传输后的波形均有不同程度的畸变，而使测量精度降低。由于一次只能够上传一列波，因此，测得的时差无法与目的层深度严格对齐。因此，我们采用了在井下解算时差，将解算后的时差值，传输到地面测井系统的方法。将声波信号在井下由模拟信号转变成数字信号，可以避开电缆的干扰。在时差采集时，应用的是原始放大的模拟信号，减少了采集误差。四路时差信号同时采集，可以使测得的时差与目的层严格对齐。提高了的测量精度。2、 仪器工作原理高分辨率声波测井仪是测量滑行纵波在地层中的传播速度。为了提高分辨率而又不增大测量误差，采用小间距和对同一地层多次测量取平均值的方法。该仪器有单发射器或双发射器和四个接收器组成，可同时录取高分辨率和普通补偿声波两条曲线。对0.1m的薄层有时显反映.当地层厚度大于0.16m时,用该仪器所测资料计算的孔隙度与岩心分析比较,平均误差为1.3pu。这样不仅能解决薄层的划分,岩性的判别、孔隙度计算等问题,还能扣除厚储集层中的泥质和钙质夹层,为薄油层的勘探和开发、厚油层的精细描述提供可靠的依据.2.1仪器工作原理如图1所示，高分辨率声波测井仪是由一个发射器和四个接收器组成，从发射探头F到接收探头J1、J2、J3、J4的距离分别为128cm、112cm、96cm、80cm。两相邻探头间距16cm。测量时，F发射J1、J2、J3、J4接收。2.1.1 高分辨率时差测量当四个接收器J1、J2、J3、J4依次经过同一测量井段h（h=16cm）,可取得三个高分辨率声波时差t1(J1-J2)、t2(J2-J3)、t3(J3-J4)，然后将三个时差值相加，再取平均，作为该测量段的时差值，即t=1/3（t1+t2+t3）。目的地层 2.1.2 补偿声波时差测量 单发射探头井下仪器如图2所示，当接收器J4与J1在测量层段H（H=48cm），记录点设为J1、J4的中点，可取得一个时差t1=t1-t4；当仪器上提到发射器F经过测量层段H（H=48cm）原J4的位置时，为时刻，用t1-1 、t1-2 t1-3 t1-4表示四个信号接收探头J1、J2、J3、J4的首波旅行时间。当仪器上提到发射器F经过测量层段H（H=48cm）原J1的位置时，为时刻，用t2-1 、t2-2 t2-3 t2-4表示四个信号接收探头J1、J2、J3、J4的首波旅行时间。在时刻和时刻可获得同一深度和同一间距（h）的另一时差t2= t1-1 - t2-4。最后t=1/2（t1+t2），这样便得到了具有补偿效果的普通声波时差。目 的地 层 3、仪器电气原理高分辨率数字声波时差井下仪包扩声波探头、电子线路两大部分。声波探头部分包扩一个声波发射器和四个声波接收器，同普通的高分辨率声波测井仪相同。电子线路部分包扩电源电路、逻辑接收电路、发射控制电路、前放电路、CPU中心控制电路、程控放大电路、AD转换电路、首波鉴别扑捉电路、时差计算电路、数据输出十个部分。 仪器通过遥测短节，经CAN总线通讯系统，接受地面系统下发的控制命令，包括发射、及井下控制命令。同时将测得的声波时差及波列信号上传到地面系统。 数字高分辨率声波时差井下仪电路原理框图 3.1电源 电源部分见地面供下的AC180V交流电经变压器、电桥及滤波电路变+15V、+5V、-15V、+200V直流电，供发射、放大、控制及DSP电路工作。3.2前放四路前放电路将接收探头J1、J2、J3、J4接收到的声波信号做初级放大。采用增益可程控的仪表放大器，器件的集成度提高了，既有利于小型化，又提高了可靠性。3.3 程控放大器程控放大器由单片机控制可做8级放大，放大倍数为1、2、4、8、16、32、64、128. 单片机检测的未经程控放大器放大的首波信号幅度，经过单片机计算控制程控放大器增大或减小增益；使经过程控放大器放大的首波信号幅度理论计算值保持在15V与18V之间。3.4 CPUCPU选用集成了“多通道高速模数转换器”、“大容量数据存储器”、“eCAN总线控制器”等功能的DSP2808芯片。通过软件编程实现4道声波接收信号的同时采集、存储、处理、时差计算、数据上传，并完成地面下发命令接收、解释和相关控制等。DSP2808具备8通道模数转换器，采样周期最快为160nS。循环采集，同时采集4道声波信号时，每道的采样周期为0.64uS，完全满足时差解算精度的要求。3.5 可控性设计 1） 可设置鉴别阈值。 通过地面下发命令，可分别设置4个通道的鉴别阈值，以便压制基线上的干扰。 2） 可设置通道增益。 通过地面下发命令，可分别设置4个通道的信号增益，使采集的信号幅度控制在最佳的范围之内。 3） 可设置首波极性 通过地面下发命令，选择查找正峰首波还是查找负峰首波，以提高测井的成功率和效率。 4） 可设置发射脉冲宽度 通过地面下发命令，可设置发射脉冲的宽度，以适应发射探头的不一致性。 5）可存储性 以上参数设置完毕后，可长期保存在井下仪器中，断电不丢失，从而便于仪器的管理和操作。 6）工作和待机状态的切换 可接收地面系统下发的脱站命令，以便进入待机状态。进入待机状态后，停止声波发射和波形采集，仪器只响应地面系统下发的挂站命令。接收到挂站命令后可返回工作状态。待机状态的作用： a）仪器功耗大幅度下降，延长了仪器寿命。 b）可提高测井速度。横向段测井完成后，横向段以上只测量自然伽玛、井径、连斜、自然电位、横向电极等曲线，声波曲线不需要了。此时使声波仪器脱站，上传给地面系统的数据可大幅度减少，从而可以提高测井速度。 c）可尽量减小仪器的辐射干扰。4、主要技术指标（1） 耐压：80Mpa（2） 温度：150C，连续工作2小时。（3） 外径：89mm；总长：2.3m 重量：45KG（4） 稳定性：连续工作3小时，信号漂移值小于3s/m（5） 线性：100600s/m误差小于 0.2%（6） 重复性：在沙泥岩渗透层（300400s/m）重复误差小于4s/m（7） 钢筒中刻度时差值为1872s/m（8） 最高测速1200m/h5、结论通过不同区块100多口生产井实测资料分析比较，数字高分辨率声波时差测井仪有以下优点： 5.1可准确发现0.16m的层