CN102646360A - 测井过程实验教学演示装置及演示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测井过程实验教学演示装置及演示方法。是由岩层选择装置的上部设有钻塔模型，钻塔模型的上端装有天滑轮，电缆穿过天滑轮，一端连接测井探头，另一端经井口滑轮、绞车、测井仪器控制盒与计算机连接构成。本发明仿真模拟了井场、微型岩层剖面、仿真植被、仿真钻塔及测井车，模拟测井时可清晰看到井下的情况，岩层剖面选择装置设计为旋转式结构，转换方便快捷，界面清晰易懂，直观显示且内容丰富，能显示三种以上岩层剖面的30多组测井曲线数据。以单片机为核心并实现步进电机驱动、串口通信以及LED控制等功能的测量控制盒，具有成本低、工作稳定、电路简单等优点。有效地帮助学生理解教学内容，显著的提高学习效率。

Description

测井过程实验教学演示装置及演示方法

技术领域

本发明涉及一种测井过程实验教学演示装置，包括井场、地层等环境系统、测井仪器系统和测量控制软件三部分和演示方法。

背景技术

测井学科是教学体系重要组成部分，实验教学在大学生业务知识学习、综合素质及创新能力培养方面具有不可替代的作用，然而测井过程的多样性与高复杂度给教学带来了许多困难，教学中常因学生无法想象实际的测量环境和过程而影响教学效果。现场拍摄的一些图片和录像资料也无法展示井下正在进行的操作。由于地球物理测井专业性极强，成熟的相关教学实验设备和提供产商很少，因此，自行设计和研制符合测井发展，满足实验教学需求的测井模型，规划一些重要的模拟测井实验，搭建较为完善的测井实验室，提升大学生实践教学环节的质量，具有重要意义。同时，探索和推进测井学科的发展，不仅对提高我国的学术交流水平和人才培养有重要作用，而且对促进我国的测井高新技术发展和应用也意义重大。

发明内容

本发明的目的就是针对现有的测井实验教学的不足，提供一种包括井场、地层等测井环境系统、测井仪器系统和测量控制软件三部分的测井过程实验教学演示装置及演示方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

测井过程实验教学演示装置，是由岩层选择装置8的上部设有钻塔模型7，钻塔模型7的上端装有天滑轮6，电缆5穿过天滑轮6，一端连接测井探头10，另一端经井口滑轮4、绞车3、测井仪器控制盒2与计算机1连接构成。

岩层选择装置8是由三个以上能够绕钻孔转动的钻孔仿真地层剖面9构成。

仿真地层剖面9的每一个仿真地层剖面代表一个井场地质体的岩石组合。

测井探头10内装有高亮发光二极管及其驱动电路，通过电缆与单片机连接，当装置模拟生产井要求测井射孔时，高亮发光二极管闪烁，模拟射孔动作。

测井过程实验教学演示装置的演示方法，包括以下顺序和步骤：

a、用串口通信线将测井仪器系统与PC机连接起来，启动测井仪器系统，此时测井模拟装置的装饰灯被点亮；

b、启动测量控制软件，选择串口号，系统提示该串口是否可用；

c、点击初始化按钮，步进电机带动绞车转动，将测井探头10移至模拟测井模拟装置的井口，此时装置准备就绪；

d、根据设计要求，转动岩层选择装置8选择需要的仿真地层剖面9，同时在测量控制软件上选择同样的仿真地层剖面9；

e、根据设计要求在测量控制软件上选择所需模拟测量的曲线名称；

f、选择是否模拟射孔；

g、开始测井，绞车3在单片机的控制下，步进电机带动绞车3转动，将电缆5和测井探头10缓慢的送入井内，当测井探头10直至下到井底，测井探头10在井底停留10秒后，步进电机带动绞车3反方向转动，将电缆5和测井探头10缓慢提升，同时测井数据反馈到计算机1上，显示出测井曲线，当模拟生产井要求测井射孔时，步进电机再次带动绞车3转动，将电缆5和测井探头10移动到某一目的层，高亮发光二极管闪烁，模拟测井射孔过程，在测井过程中能够暂停测井也能够继续测井；

h、开动绞车3，将电缆5和测井探头10提升到测井模拟装置的井口，完成一次模拟测井的过程。

(1)井场、地层等环境系统

井场部分设计有仿真植被、模拟工地、缩小的钻塔等；地层部分设计有简化的典型岩层剖面，有三个以上岩层剖面供选择，同时岩层选择装置设计为旋转式结构，通过手动转动装置选择需要模拟的岩层。测井车模型中设计有绞车及电缆，电缆连接着测井传感器探头，探头内有可以模拟射孔动作的高亮发光二极管，绞车由步进电机提供动力。

(2)测井仪器系统

测井仪器系统安装在测井车的下方。选择AT89S52单片机作为微处理器，并配以简单的外围电路组成最小系统，在井口设置一个限位光电开关，接到单片机的通用I/O口，以判断测井传感器探头是否回到初始位置。步进电机驱动模块由步进电机控制器L297和步进电机驱动集成电路L298构成，L297用来产生两相双极性驱动信号与电机电流设定，只需要单片机提供一个时钟信号便可以产生相应的脉冲时序信号，其使能引脚ENABLE可以在任何时刻控制步进电机的转动或停止；CW/CCW引脚可控制步进电机的转动方向。由L297产生的脉冲时序经过L298功率放大，进而驱动步进电机。测井探头内装有一个高亮发光二极管及其驱动电路，通过细电缆与单片机的一个I/O口连接，当模拟生产井要求射孔时，单片机相应的I/O口发出脉冲，此时高亮发光二极管闪烁，模拟射孔动作。测井仪器与PC之间通过RS232通信协议进行实时通信。

(3)测量控制软件

测量控制软件在Visual Basic6.0环境下开发而成，软件界面上有：端口选择、剖面系统选择、测量数据选择、和打孔采样四个复选框，一个状态显示栏，同时加有复位键、开始测井键、暂停键、继续键、停止键和退出键六个按键。测量控制软件可实时控制及监视系统的运行情况。软件内包含30组测井曲线数据，通过对岩层及测量要求的选择而调用相应的数据，并与测井过程同步显示。

测量控制软件的流程图说明书附图4所示，打开测量控制软件，选择当前PC机可用的串口包括COM1～COM4，软件默认选择的是COM1，选择串口后，软件会检测该串口是否可用，如果可用，软件界面上工作指示灯会被点亮，如果不可用，软件则会提示“串口不存在或者被占用”。选择好串口后，根据需要选择对应模拟岩层的岩层剖面，有砂泥岩、火成岩和生产井三个剖面可供选择，如果选择模拟火成岩或者砂泥岩剖面，接下来选择需要测量的曲线组，此时软件界面上会显示相应的曲线名称及量程和单位，点击“开始测井”键，绞车开始转动，运行测井过程，同时，测量控制软件上会实时绘制测量曲线，并显示当前系统的运行状态。一次测井过程结束后，测井传感器探头回到井口，等待下一次测量。如果选择模拟生产井过程，选择完待测曲线后，还需要选中模拟射孔选项，其余过程同模拟火成岩和砂泥岩一样，只是完成一次测井过程后，绞车带动探头再次下井，完成模拟射孔动作。

有益效果：本发明仿真模拟了井场、微型岩层剖面、仿真植被、仿真钻塔及测井车，模拟测井时可清晰看到井下的情况，岩层剖面选择装置设计为旋转式结构，转换方便快捷，界面清晰易懂，直观显示且内容丰富，能显示三种以上岩层剖面的30多组测井曲线数据。以单片机为核心并实现步进电机驱动、串口通信以及LED控制等功能的测量控制盒，具有成本低、工作稳定、电路简单等优点。有效帮助学生理解教学内容，显著提高学习效率。

附图说明

附图1测井过程实验教学演示装置结构图。

附图2测井仪器系统结构框图。

附图3测量控制软件流程图。

附图4测井仪器系统电路原理图。

1计算机，2测井仪器控制盒，3绞车，4井口滑轮，5电缆，6天滑轮，7钻塔模型，8岩层选择装置，9仿真地层，10测井探头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例作进一步的详细说明：

测井过程实验教学演示装置，是由岩层选择装置8的上部设有钻塔模型7，岩层选择装置8是由三个以上能够绕钻孔转动的钻孔仿真地层剖面9，仿真地层剖面9的每一个仿真地层剖面代表一个井场地质体的岩石组合，钻塔模型7的上端装有天滑轮6，电缆5穿过天滑轮6，一端连接测井探头10，另一端经井口滑轮4、绞车3、测井仪器控制盒2与计算机1连接构成。

测井探头10内装有高亮发光二极管及其驱动电路，通过电缆与单片机连接，当装置模拟生产井要求测井射孔时，高亮发光二极管闪烁，模拟射孔动作。

测井过程实验教学演示装置的演示方法，包括以下顺序和步骤：

a、用串口通信线将测井仪器系统与PC机连接起来，启动测井仪器系统，此时测井模拟装置的装饰灯被点亮；

b、启动测量控制软件，选择串口号，系统提示该串口是否可用；

c、点击初始化按钮，步进电机带动绞车转动，将测井探头10移至模拟测井模拟装置的井口，此时装置准备就绪；

d、根据设计要求，转动岩层选择装置8选择需要的仿真地层剖面9，同时在测量控制软件上选择同样的仿真地层剖面9；

e、根据设计要求在测量控制软件上选择所需模拟测量的曲线名称；

f、选择是否模拟射孔；

g、开始测井，绞车3在单片机的控制下，步进电机带动绞车3转动，将电缆5和测井探头10缓慢的送入井内，当测井探头10直至下到井底，测井探头10在井底停留10秒后，步进电机带动绞车3反方向转动，将电缆5和测井探头10缓慢提升，同时测井数据反馈到计算机1上，显示出测井曲线，当模拟生产井要求测井射孔时，步进电机再次带动绞车3转动，将电缆5和测井探头10移动到某一目的层，高亮发光二极管闪烁，模拟测井射孔过程，在测井过程中能够暂停测井也能够继续测井；

h、开动绞车3，将电缆5和测井探头10提升到测井模拟装置的井口，完成一次模拟测井的过程。

系统电源启动后，单片机内部主程序初始化：首先把串口接收数据标志位RI清零，设置寄存器SCON的SM0、SM1位，定义串口工作方式，选择波特率发生器为定时器T1，设定定时器T1工作方式为方式2，设置波特率参数为9600bps，允许串行中断及总中断，允许串口接收数据，启动定时/计数器T1工作，定义TR1＝1。判断串口成功接收数据标志位RI是否为0，若RI为0，表明串口未接收到数据，则继续等待串口接收数据；若RI为1，表明串口成功接收上层软件发送过来的数据，进入串口中断服务子程序，单片机接收数据，并将串口成功接收数据标志位RI清零，调用步进电机脉冲时序信号子程序，使步进电机做出相应的响应。

点击控制与测井曲线显示软件上的“初始化”按键，系统检测传感器探头是否在井口初始位置，此时传感器探头会上升到井口，直到与限位开关接触后初始化完毕，系统准备就绪；转动岩层选择装置，有火成岩、砂泥岩和生产井三种环境可以选择。根据需要，选择模拟的岩层，同时在测量控制软件上选择相应的岩层剖面图，选择待测剖面数据，其中：火成岩剖面有三组共12条测井曲线可模拟；砂泥岩剖面有四组共13条测井曲线可模拟；生产井剖面有一组共3条测井曲线可模拟。如果模拟的是火成岩或者砂泥岩剖面时，则不需要射孔采样，不勾选射孔项(默认为不射孔)，只需点击“开始测井”按键，状态栏提示正在采集数据，此时，测井传感器探头下放10秒，在井底停顿5秒，然后上提60秒。如果模拟的是生产井剖面，则需要射孔采样，选中“模拟射孔”项，然后点击“开始测井”按键。

在系统运行过程中，按“暂停”键可随时暂停绞车，此时软件描绘绘制也暂停，测井探头停止移动。按“继续”键则软件继续从上一次暂停的测量点继续绘制测井曲线，测井探头开始移动。如果在测量期间按“停止键”，则系统停止测试动作，同时系统初始化，测井传感器探头回到起始位置。探测过程中，所有动作都会在系统状态栏中提示。

对于模拟生产井的过程，首先要选中“模拟射孔”项，然后开始测井，此后系统会运行两个过程，第一个过程是正常测井过程，以知道地层内的情况；第二个过程就是射孔采集样本的过程，此时测井传感器探头再下到井下时，上层软件不再显示测量曲线了，系统会提示“正在射孔采样，请稍后…”，具体过程是：下放6秒到需要射孔处，停顿3秒射孔，上提2秒，停顿3秒射孔，上提3秒。当探头到达需要射孔的位置时，下位机会发出脉冲指令，测井探头上的发光二极管会发出高亮的闪烁的光，然后测井探头上升，打孔采样过程结束。模拟实验结束后，点击“退出”键，退出软件程序，关闭电源。

Claims (5)

1.一种测井过程实验教学演示装置，其特征在于，是由岩层选择装置(8)的上部设有钻塔模型(7)，钻塔模型(7)的上端装有天滑轮(6)，电缆(5)穿过天滑轮(6)，一端连接测井探头(10)，另一端经井口滑轮(4)、绞车(3)、测井仪器控制盒(2)与计算机(1)连接构成。

2.按照权利要求1所述的测井过程实验教学演示装置，其特征在于，岩层选择装置(8)是由三个以上能够绕钻孔转动的钻孔仿真地层剖面(9)构成。

3.按照权利要求2所述的测井过程实验教学演示装置，其特征在于，仿真地层剖面(9)的每一个仿真地层剖面代表一个井场地质体的岩石组合。

4.按照权利要求1所述的测井过程实验教学演示装置，其特征在于，测井探头(10内装有高亮发光二极管及其驱动电路，通过电缆与单片机连接，当装置模拟生产井要求测井射孔时，高亮发光二极管闪烁，模拟射孔动作。

5.一种测井过程实验教学演示装置的演示方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤：

a、用串口通信线将测井仪器系统与PC机连接起来，启动测井仪器系统，此时测井模拟装置的装饰灯被点亮；

b、启动测量控制软件，选择串口号，系统提示该串口是否可用；

c、点击初始化按钮，步进电机带动绞车转动，将测井探头(10)移至模拟测井模拟装置的井口，此时装置准备就绪；

d、根据设计要求，转动岩层选择装置(8)选择需要的仿真地层剖面(9)，同时在测量控制软件上选择同样的仿真地层剖面(9)；

e、根据设计要求在测量控制软件上选择所需模拟测量的曲线名称；

f、选择是否模拟射孔；

g、开始测井，绞车(3)在单片机的控制下，步进电机带动绞车(3)转动，将电缆(5)和测井探头(10)缓慢的送入井内，当测井探头(10)直至下到井底，测井探头(10)在井底停留10秒后，步进电机带动绞车(3)反方向转动，将电缆(5)和测井探头(10)缓慢提升，同时测井数据反馈到计算机(1)上，显示出测井曲线；当模拟生产井要求测井射孔时，步进电机再次带动绞车(3)转动，将电缆(5)和测井探头(10)移动到要求射孔目的层，高亮发光二极管闪烁，模拟测井射孔过程，在测井过程中能够暂停测井也能够继续测井；

h、开动绞车3，将电缆5和测井探头10提升到测井模拟装置的井口，完成一次模拟测井的过程。

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