CN106291746B - 电缆存储双模式测井装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆存储双模式测井装置及方法，所述装置包括存控式伽马仪和存储式声波仪；存控式伽马仪包括CPU单片机，CPU单片机分别与RTC单元、存储单元、压力采集单元、CAN总线接口单元和备份电路控制部分连接，CPU单片机分别与继电器控制单元和马达控制单元连接；存储式声波仪包括单片机和可编程控制器FPGA，单片机依次通过声波发射接收电路、声波波形放大电路、通道选择器与AD转换器连接，可编程控制器FPGA分别与AD转换器、FLASH和单片机连接，单片机还与CAN收发器连接。将装置随钻具输到井底进行数据采集并存储；待起至地面后再读出数据。本发明主要用于复杂井眼条件下的安全高效测井数据采集和评价。

Description

电缆存储双模式测井装置及方法

技术领域

本发明涉及测井技术领域，具体是一种电缆存储双模式测井装置及方法。

背景技术

随着勘探技术的不断发展，勘探开发程度的不断深入，超井、大斜度井、水平井不断的出现，给裸眼井电缆测井带来了极大的挑战。据统计，仅仅四川地区2010年一年，阻卡通井率就高达47.6％，通井所占用的时间占总测井时间的近一半。很多数据表明，大角度斜井、水平井以及大于4000m的深井阻卡通井率远远高于直井。为了降低测井成本，控制测井安全风险，提高对复杂井的测井时效与测井资料的采集率，有必要发展一种新型测井技术既可以以传统的电缆方式测井又可以在复杂情况时运用先进的存储式测井方式来测井，即电缆存储双模式测井技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电缆存储双模式测井装置及方法，既可以以传统的电缆方式测井又可以在复杂情况时运用先进的存储式测井方式来测井。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

电缆存储双模式测井装置，包括存控式伽马仪和存储式声波仪；所述存控式伽马仪包括CPU单片机、RTC单元(实时时钟单元)、存储单元、压力采集单元、继电器控制单元、马达控制单元、CAN总线接口单元和备份电路控制部分，RTC单元通过两线式串行总线I2C与CPU单片机实现数据交互，存储单元通过串行外设接口SPI与CPU单片机实现数据交互，压力采集单元与CPU单片机实现数据交互，CPU单片机分别与继电器控制单元和马达控制单元连接，CAN总线接口单元与CPU单片机实现数据交互，备份电路控制部分与CPU单片机双向连接；所述存储式声波仪包括单片机、声波发射接收电路、声波波形放大电路、通道选择器、AD转换器、可编程控制器FPGA、FLASH和CAN收发器，单片机与声波发射接收电路连接并对声波发射进行控制，声波发射接收电路与声波波形放大电路连接，声波波形放大电路与通道选择器连接，通道选择器与AD转换器连接，可编程控制器FPGA分别与AD转换器、FLASH和单片机进行数据交互，单片机还与CAN收发器进行数据交互。

作为本发明进一步的方案：所述压力采集单元包括压力传感器和信号处理采集电路。

作为本发明进一步的方案：所述存控式伽马仪还预留有GR信号采集通道和CCL信号采集通道，GR信号采集通道和CCL信号采集通道分别与CPU单片机进行数据交互。

作为本发明进一步的方案：所述存控式伽马仪还包括金属感应器和井径信号采集电路，金属感应器与CPU单片机连接，井径信号采集电路与CPU单片机双向连接。

作为本发明进一步的方案：所述AD转换器为AD转换器THS1206。

作为本发明进一步的方案：所述存控式伽马仪的操作方法为：

(1)设定条件：在下井前，通过地面软件配置参数；

(2)装置释放：下井，整串泵出式测井装置连接好后，存储短节一直处于工作状态，按照设定的条件，在接收到正确的释放泥浆脉冲且泥浆压力达到设定值后，装置释放；

(3)测井：待装置释放完成进入测井状态，接收并存储声波以外的所有仪器的数据，记录数据与井下装置RTC的对应关系，在测井完成后，将装置提出井口；

(4)读出数据：读出测井数据，再通过软件完成数据和深度的对应。

作为本发明进一步的方案：所述存控式伽马仪的配置参数包括时间同步、存储单元初始化或者擦除、井下挂接配置、启动延时配置和井下泥浆压力参数配置。

作为本发明进一步的方案：所述存储式声波仪包括两种工作模式：①测时差模式，1—4道波工作，A单元的增益设置在2.5档，B单元的增益设置在3.5档；一次发射，八个声波波形同时被接收并放大送到采集存储电路；②VDL/CBL模式，1、5道波工作，固定在1档增益；一次发射，两个接收探头同时接收放大后送到采集存储电路。

电缆存储双模式测井方法，利用上述的装置，将其安置在钻具内部，通过钻具将装置输送到井底，泥浆脉冲传送指令将装置泵出钻具，同时利用装置自带的电池短节供电，井下的装置进行数据采集并将数据存储在装置自带的存储单元中；待测井结束后，装置起至地面后再将测井数据从存储单元中读取并与深度进行匹配后使用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明结合了测井、钻井、地质、岩石物理等专业知识和技术，电缆方式和传统测井方式无异，而其突出特点是必要时可采用无电缆测井方式，主要用于复杂井眼条件下的安全高效测井数据采集和评价。测井时将装置安置在钻具内部，通过钻具将装置输送到井底，泥浆脉冲传送指令将装置泵出钻具，同时利用装置自带的电池短节供电，井下装置进行数据采集并将数据存储在装置自带的存储单元之中。等待测井结束后，装置起至地面后再将测井数据从存储单元中读取并与深度进行匹配后使用。面对超深、高温、高压的大斜度井、水平井和小井眼多分支井，井壁严重失稳的复杂井，传统电缆测井往往无能为力，此时利用此模式测井技术可以较好地完成这类复杂井的测井采集。

附图说明

图1是本发明实施例的存控式伽马仪的结构框图；

图2是本发明实施例的存控式伽马仪的供电条件；

图3是本发明实施例的存控式伽马仪的断电条件；

图4是本发明实施例的存控式伽马仪的数据下载示意图；

图5是本发明实施例利用存控式伽马仪得到的测井曲线与电缆传输伽马测井曲线的对比图；

图6是本发明实施例的存储式声波仪的结构框图；

图7是本发明实施例的存储式声波仪的数据下载示意图；

图8是本发明实施例利用存储式声波仪得到的时差测井曲线与电缆传输声波时差测井曲线的对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，电缆存储双模式测井装置，包括存控式伽马仪和存储式声波仪。

请参阅图1，存控式伽马仪包括CPU单片机、RTC单元、存储单元、压力采集单元、继电器控制单元、马达控制单元、CAN总线接口单元和备份电路控制部分；RTC单元通过两线式串行总线I2C与CPU单片机实现数据交互，RTC单元还与3.6VRTC单元实现数据交互；存储单元通过串行外设接口SPI与CPU单片机实现数据交互；压力采集单元包括压力传感器和信号处理采集电路，压力采集单元与CPU单片机实现数据交互；CPU单片机分别与继电器控制单元和马达控制单元连接，对继电器和马达的动作进行控制；CAN总线接口单元为CAN收发器，CAN收发器与CPU单片机内的CAN控制器实现数据交互；备份电路控制部分与CPU单片机双向连接。

存控式伽马仪还可以预留GR信号采集通道和CCL信号采集通道，GR信号采集通道和CCL信号采集通道分别与CPU单片机进行数据交互。还可以在存控式伽马仪上增加一个金属感应器与井径信号采集电路，金属感应器与CPU单片机连接，井径信号采集电路与CPU单片机双向连接，通过金属感应器与井径信号采集电路的协同作用，判断装置已经成功泵出保护套，用于控制装置供电更为理想。

存控式伽马仪的核心部分组件为存储短节，在存储短节中有两块功能相同的控制板，一块为主板，另一块作为备板，互为备份，保障测井的成功率。

请参阅图2～4，所述存控式伽马仪的操作方法为：

(1)设定条件：在下井前，通过地面软件配置参数：时间同步、存储单元初始化或者擦除、井下挂接配置、启动延时配置，井下泥浆压力参数配置(用于辅助装置的供电与断电)；

(2)装置释放：下井，整串泵出式测井装置连接好后，存储短节一直处于工作状态，按照设定的条件，在接收到正确的释放泥浆脉冲且泥浆压力达到设定值后，控制电池与释放器，配合地面司钻人员的操作完成装置释放，并控制井下其他装置的供电与断电；

(3)测井：待装置释放完成进入测井状态，接收并存储声波以外的所有仪器的数据，记录数据与井下装置RTC(实时时钟)的对应关系，在测井完成后，将测井装置提出井口；

(4)读出数据：通过专用设备读出测井数据，再通过软件完成数据和深度的对应。

上述存控式伽马仪的技术难点为：全部装置的数据采集及其控制，相当于531TGR的除遥传之外的功能；高温下的存储技术的实现；高温下的实时时钟应用；多种参数数据的采集，包括GR、泥浆压力、CCL、温度、井径信号等；复杂的控制逻辑，多种参数的判断。

请参阅图5，在2015年1月22日—24日对孤古8井进行了试验，通过存储伽马测井和电缆传输伽马测井两种方式进行测井，并将最终测得的存储测井曲线与电缆测井曲线绘制成图，实曲线为存储伽马测井曲线，虚曲线为电缆传输伽马测井曲线。对比两种曲线，可以得出：存储测井曲线与电缆测井曲线基本一致。其中，电源控制板并未采用继电器的方式，而是采用大功率场效应管，可以降低功耗，同时还降低了元器件的成本。

请参阅图6，存储式声波仪包括单片机、声波发射接收电路、声波波形放大电路、通道选择器、AD转换器、可编程控制器FPGA、FLASH和CAN收发器；单片机与声波发射接收电路连接并对声波发射进行控制，声波发射接收电路与声波波形放大电路连接，声波波形放大电路与通道选择器连接，通道选择器对十通道声波波形进行选择，通道选择器与AD转换器连接；可编程控制器FPGA分别与AD转换器、FLASH和单片机进行数据交互；单片机还与CAN收发器进行数据交互。

存储式声波仪的主要功能为：完成声波井下数字化，并存储下来，待装置提出井口后下载数据，进行回放计算出时差，或者绘制vdl图和cbl曲线。

存储式声波仪有两种工作模式：①测时差模式，1—4道波工作，A单元的增益设置在2.5档，B单元的增益设置在3.5档；一次发射，八个声波波形同时被接收并放大送到采集存储电路；②VDL/CBL模式，1、5道波工作，固定在1档增益。一次发射，两个接收探头同时接收放大后送到采集存储电路。

为了适应不同地层时差测井的需要，配备两组相同的采集放大以及存储电路，放大增益设置在不同增益。由释放器存储短节以1Hz的频率通过CAN总线下发时间戳指令，存储式声波仪开始一次发射采样工作，之后对发射电容充电为下一次发射做准备。

存储式声波仪的技术难点：1μs的时间要同时采集8个声波的波形数据，高速AD转换器的选型及其控制应用，声波数据的缓存以及到存储单元技术的实现，低功耗的实现，采用选取低功耗的元器件，声波单次发射，多通道同时采样。声波数据的优化算法，降低存储与传输的数据量。

其中AD转换器为高速AD转换器，可以选用AD转换器THS1206，AD转换器THS1206的主要参数为：采样频率6MSPS，4通道，12位精度；“温度性能”-40℃～125℃内部有16字的FIFO；4通道同步采样满足4道声波同时接收的要求；采样频率6MSPS，满足声波1μs一个采样点的要求；低功耗，使用5V电源其功耗仅为210mW。

对存储式声波仪的存储波形空间的容量进行了设计，具体的声波滑行纵波速度数据如下表1所示。

表1声波滑行纵波速度数据

为保障所有地层特性计算时差，波形采集从150μs至900μs，1μs采样一个点，则每道波形记录750点，AD为12位精度数据若不经过压缩占用空间1500字节，若通过压缩技术则占用存储空间仅为750字节；以1s发射一次声波，4个波形产生3000个字节的数据，10个小时产生的数据量大约为103MB，下载采用1MHz的CAN总线，实际传输速率大概为0.03MB，完全下载10个小时的数据量在1个小时完成下载，现在已经调试通过有效数据下载的功能，可以节省一半以上的时间。

存储器选定为512MB，在时差模式测井大约能存储50个小时的声波波形数据。在VDL/CBL模式测井中，VDL波形记录1024个点，CBL记录1024点，则1s中所产生的数据量为2048个Byte，10个小时产生的数据量大约为70MB。

请参阅图7，与存控式伽马仪类似，存储式声波仪的声波数据下载方式是通过CAN总线与便携配置下载盒连接，再通过RJ45或无线的方式与计算机连接。

请参阅图8，在2015年1月22日—24日对孤古8井进行了试验，通过存储声波和电缆传输声波两种方式进行时差曲线的绘制，实曲线为存储声波时差测井曲线，虚曲线为电缆传输声波时差曲线。对比两种曲线，可以得出：存储测井所得的时差曲线与电缆测井的时差曲线基本一致。

电缆存储双模式测井方法，利用上述的装置，将其安置在钻具内部，通过钻具将装置输送到井底，泥浆脉冲传送指令将装置泵出钻具，同时利用装置自带的电池短节供电，井下的装置进行数据采集并将数据存储在装置自带的存储单元中；待测井结束后，装置起至地面后再将测井数据从存储单元中读取并与深度进行匹配后使用。

本发明结合了测井、钻井、地质、岩石物理等专业知识和技术，电缆方式和传统测井方式无异，而其突出特点是必要时可采用无电缆测井方式，主要用于复杂井眼条件下的安全高效测井数据采集和评价。面对超深、高温、高压的大斜度井、水平井和小井眼多分支井，井壁严重失稳的复杂井，传统电缆测井往往无能为力，此时利用此模式测井技术可以较好地完成这类复杂井的测井采集。

通过多次实验井试验和实井测试，在多种复杂井况条件下，证实电缆存储双模式技术工作稳定，测量结果基本上准确可靠，资料真实反映地层状况，满足储层评价和工程评价的需要。电缆存储双模式测井技术在今后的复杂井测井采集数据方面可较常规电缆测井具有更高的测井施工成功率，可以显著提高测井时效，在水平井、大斜度井以及各种复杂地质井况条件下实现测井，值得进一步推广使用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.电缆存储双模式测井装置，其特征在于，包括存控式伽马仪和存储式声波仪；所述存控式伽马仪包括CPU单片机、RTC单元、存储单元、压力采集单元、继电器控制单元、马达控制单元、CAN总线接口单元和备份电路控制部分，RTC单元通过两线式串行总线I2C与CPU单片机实现数据交互，存储单元通过串行外设接口SPI与CPU单片机实现数据交互，压力采集单元与CPU单片机实现数据交互，CPU单片机分别与继电器控制单元和马达控制单元连接，CAN总线接口单元与CPU单片机实现数据交互，备份电路控制部分与CPU单片机双向连接；所述存储式声波仪包括单片机、声波发射接收电路、声波波形放大电路、通道选择器、AD转换器、可编程控制器FPGA、FLASH和CAN收发器，单片机与声波发射接收电路连接并对声波发射进行控制，声波发射接收电路与声波波形放大电路连接，声波波形放大电路与通道选择器连接，通道选择器与AD转换器连接，可编程控制器FPGA分别与AD转换器、FLASH和单片机进行数据交互，单片机还与CAN收发器进行数据交互；所述存控式伽马仪还包括金属感应器和井径信号采集电路，金属感应器与CPU单片机连接，井径信号采集电路与CPU单片机双向连接；所述压力采集单元包括压力传感器和信号处理采集电路。

2.根据权利要求1所述的电缆存储双模式测井装置，其特征在于，所述存控式伽马仪还预留有GR信号采集通道和CCL信号采集通道，GR信号采集通道和CCL信号采集通道分别与CPU单片机进行数据交互。

3.根据权利要求1所述的电缆存储双模式测井装置，其特征在于，所述AD转换器为AD转换器THS1206。

4.根据权利要求1所述的电缆存储双模式测井装置，其特征在于，所述存控式伽马仪的操作方法为：

（1）设定条件：在下井前，通过地面软件配置参数；

（2）装置释放：下井，整串泵出式测井装置连接好后，存储短节一直处于工作状态，按照设定的条件，在接收到正确的释放泥浆脉冲且泥浆压力达到设定值后，装置释放；

（3）测井：待装置释放完成进入测井状态，接收并存储声波以外的所有仪器的数据，记录数据与井下装置RTC的对应关系，在测井完成后，将装置提出井口；

（4）读出数据：读出测井数据，再通过软件完成数据和深度的对应。

5.根据权利要求4所述的电缆存储双模式测井装置，其特征在于，所述存控式伽马仪的配置参数包括时间同步、存储单元初始化或者擦除、井下挂接配置、启动延时配置和井下泥浆压力参数配置。

6.根据权利要求1所述的电缆存储双模式测井装置，其特征在于，所述存储式声波仪包括两种工作模式：①测时差模式，1—4道波工作，A单元的增益设置在2.5档，B单元的增益设置在3.5档；一次发射，八个声波波形同时被接收并放大送到采集存储电路；②VDL/CBL模式，1、5道波工作，固定在1档增益；一次发射，两个接收探头同时接收放大后送到采集存储电路。

7.电缆存储双模式测井方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一所述的装置，将其安置在钻具内部，通过钻具将装置输送到井底，泥浆脉冲传送指令将装置泵出钻具，同时利用装置自带的电池短节供电，井下的装置进行数据采集并将数据存储在装置自带的存储单元中；待测井结束后，装置起至地面后再将测井数据从存储单元中读取并与深度进行匹配后使用。