王德平

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163412)

0 引 言

固井質(zhì)量的準(zhǔn)確評價對油氣田勘探開發(fā)和產(chǎn)能建設(shè)具有十分重要的意義。八扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀(SBT)是近幾年發(fā)展起來的新一代徑向固井質(zhì)量評價測井儀器，它主要用于油、水井的固井質(zhì)量評價。大慶油田的八扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀主要使用PHASE 地面儀完成測井任務(wù)。PHASE 地面儀經(jīng)過十多年使用出現(xiàn)許多問題，現(xiàn)在僅有兩套能夠維持生產(chǎn)，并且不能提供原始測井?dāng)?shù)據(jù)，嚴(yán)重制約了SBT 儀器的應(yīng)用。超越地面系統(tǒng)［1］是大慶測試技術(shù)服務(wù)分公司研發(fā)的新一代地面系統(tǒng)。為了進(jìn)一步滿足聲波測井需求，測試技術(shù)服務(wù)分公司在超越地面系統(tǒng)上開發(fā)了聲波模塊及相應(yīng)的現(xiàn)場測井軟件［2、3］，配接了八扇區(qū)聲波測井儀。

1 聲波測井模塊硬件設(shè)計

聲波測井模塊可以插入超越地面采集系統(tǒng)PXI 機箱除零槽外任何一個槽位，其系統(tǒng)配置原理框圖如圖1 所示。

圖1 聲波測井模塊系統(tǒng)配置設(shè)計原理框圖

聲波測井模塊硬件電路主要包括聲波測井信號前端硬件處理電路設(shè)計，聲波測井信號程控增益放大，聲波測井信號同步識別電路設(shè)計，套管波首波CBL 數(shù)據(jù)采集及全波列測井信號VDL 數(shù)據(jù)采集控制電路設(shè)計，高速A/D 數(shù)據(jù)采集及緩存電路設(shè)計，脈沖計數(shù)(主要針對八扇區(qū)水泥膠結(jié)SBT 測井信號傳輸序列中伽瑪探測器負(fù)脈沖)電路設(shè)計，聲波自檢信號設(shè)計，示波器增輝控制及測井信號通道顯示選擇等。另外，還包括嵌入式系統(tǒng)CPU、大規(guī)模現(xiàn)場可編程門陣列FPGA 等外圍基礎(chǔ)電路設(shè)計。利用虛擬示波實時顯示及控制技術(shù)，顯示各關(guān)鍵點波形來進(jìn)行信號調(diào)節(jié)控制。聲波測井信號經(jīng)過帶通濾波器和程控增益放大，送入高速A/D 轉(zhuǎn)換器，由FPGA根據(jù)同步信號的判別，控制A/D 轉(zhuǎn)換器的啟動和停止。每個子周期的首波幅度或全波列A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，通過FPGA 時序控制先存入到FPGA 內(nèi)部FIFO 中，通過申請PowerPC 中斷，由嵌入式CPU 讀取采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)組幀要求存入到擴展RAM 區(qū)，由地面嵌入式主機讀取。3 ft(1 ft=304.8 mm)子周期A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集及控制同八個扇區(qū)一樣，需要對套管波首波幅度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。5 ft 子周期的A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集及控制同樣由FPGA判別出同步信號，對套管波和地層波進(jìn)行全波列數(shù)據(jù)采集，聲波測井模塊原理框圖如圖2 所示。

圖2 聲波測井模塊設(shè)計方案原理框圖

2 聲波測井模塊軟件設(shè)計

聲波測井軟件是基于Win32 開發(fā)平臺，運用面向?qū)ο箝_發(fā)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、VC + +2010 開發(fā)環(huán)境而開發(fā)的用于超越地面系統(tǒng)的聲波現(xiàn)場測井軟件。軟件基本運行環(huán)境為Windows 環(huán)境。聲波測井軟件的總體方案設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示。軟件采集8 個扇區(qū)幅度值，從1 扇區(qū)到8 扇區(qū)展開，根據(jù)繪圖寬度采用相鄰兩點的線性插值算法增加數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)值大小按5 個灰度級繪出2 ft 膠結(jié)圖。測井軟件根據(jù)繪圖寬度間隔提取成像數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)值大小按5 個灰度級繪出VDL 圖像。5 個灰度級采用自定義方式，用一個值為布爾型的三維數(shù)組表示。

超越聲波測井軟件主程序設(shè)計流程如圖4 所示。超越聲波測井軟件建立測井服務(wù)以后，如果各通道控制參數(shù)符合測井要求，則進(jìn)行聲波測井現(xiàn)場刻度，現(xiàn)場刻度以后便開始測井，在測井過程中禁止修改聲幅增益及各種控制參數(shù)，測井?dāng)?shù)據(jù)保存為標(biāo)準(zhǔn)LAS 格式。

圖3 聲波測井軟件的總體設(shè)計方案結(jié)構(gòu)框圖

圖4 超越聲波測井軟件主程序設(shè)計流程圖

3 聲波測井模塊的采集控制與成像處理

超越聲波測井模塊可以實現(xiàn)八扇區(qū)聲波測井儀的數(shù)據(jù)采集、實時處理、數(shù)據(jù)成像、回放處理及打印等功能。下面主要對數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)成像處理進(jìn)行簡單介紹。

3.1 聲波采集控制

測井軟件在采集控制上可以根據(jù)實際需求設(shè)置聲幅測量通道的同步放大、聲波幅度放大、同步門檻、脈沖信號GR 門檻、各子周期采樣延遲和采樣寬度等參數(shù)，實現(xiàn)對儀器信號的放大，對聲波波形的單獨放大，控制所需信號的采集，通過設(shè)置同步門限電平和同步脈寬可以排除同步干擾信號，通過設(shè)置GR 門限電平和GR 濾波上下限采集準(zhǔn)確的GR 脈沖信號、排除干擾。

虛擬示波器能實時觀察各子周期(1 ～8 扇區(qū)、3 ft、5 ft 波形)全波列信號，通過兩條紅線可以清晰地看到各波形所采集的波段，方便操作員準(zhǔn)確控制信號的采集，錄取優(yōu)質(zhì)測井資料。

3.2 曲線與成像處理

2 ft 膠結(jié)圖繪制:實際采集8 個扇區(qū)幅度值，從1 扇區(qū)到8 扇區(qū)展開，根據(jù)繪圖寬度采用相鄰兩點的線性插值算法增加數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)值大小按5 個灰度級繪出膠結(jié)圖。

VDL 全波列成像繪制:VDL 波形采集從200 μs 到1 200 μs，每微秒采樣一個點，共采樣1 000個點，根據(jù)繪圖寬度從1 000 個點間隔提取成像數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)值大小按5 個灰度級繪出VDL 圖像。

5 個灰度級采用自定義方式，用一個值為布爾型的三維數(shù)組表示。

聲波測井軟件界面包括軟件整體框架、菜單、工具欄、狀態(tài)欄等，整體設(shè)計規(guī)范、合理、易用、重點突出、容錯能力強。軟件操作簡單、實用、易學(xué)，便于操作員掌握。

4 應(yīng)用效果

在超越系統(tǒng)下用聲波模塊進(jìn)行了十幾井次的現(xiàn)場試驗，與引進(jìn)的PHASE 地面系統(tǒng)做了對比試驗。試驗結(jié)果表明聲波測井信號同步識別穩(wěn)定可靠，錄取的測井?dāng)?shù)據(jù)準(zhǔn)確可信，模塊錄取的結(jié)果與PHASE 地面系統(tǒng)錄取結(jié)果相近，所以說設(shè)計的聲波模塊完全能滿足八扇區(qū)水泥膠結(jié)聲波測井儀器測井要求。測井曲線見下圖5。圖中可以看出聲波模塊錄取的CBL 曲線、2 ft 曲線在水泥返高、膠結(jié)不好的位置均有清晰的反應(yīng)，2 ft 成像、VDL 成像能直觀反映水泥膠結(jié)的好壞。

圖5 實際X337 -X495 井測井效果圖

5 結(jié)束語

本文中設(shè)計的基于超越地面系統(tǒng)的聲波測井模塊可以準(zhǔn)確地錄取SBT 聲波儀器的測井?dāng)?shù)據(jù)，實現(xiàn)了對測井?dāng)?shù)據(jù)的實時采集、實時處理、數(shù)據(jù)成像以及數(shù)據(jù)的回放處理及打印等功能。 聲波自檢信號、虛擬示波技術(shù)、數(shù)字化濾波技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用使得聲波信號的調(diào)理簡單便捷，測井?dāng)?shù)據(jù)采集、處理可靠。試驗結(jié)果表明聲波測井模塊可以很好滿足八扇區(qū)聲波測井需求，達(dá)到了設(shè)計目的。聲波測井模塊的開發(fā)使得超越地面地面系統(tǒng)拓展了儀器配接范圍，在大慶油田具有一定的推廣前景。

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