偶極聲波儀在青海油田應(yīng)用中出現(xiàn)的問題分析

張志江 劉祥文 柳成雙 李 強

(1.中國石油大學 山東東營) (2.中國石油集團測井有限公司青海事業(yè)部 甘肅敦煌)

偶極聲波儀在青海油田應(yīng)用中出現(xiàn)的問題分析

張志江1、2劉祥文2柳成雙2李 強2

(1.中國石油大學 山東東營) (2.中國石油集團測井有限公司青海事業(yè)部 甘肅敦煌)

傳統(tǒng)的單極聲波測井儀只能測量地層的縱波波速,且有其自身的缺點。對于硬地層來說,可以通過對長源距聲波全波測井資料的分析、處理,獲得縱、橫波波速,但在軟地層中無法獲得橫波速度。通過偶極聲波測量技術(shù)可以測量地層的橫波,進而計算巖層彈性及非彈性參數(shù)、地應(yīng)力參數(shù)、孔隙度、滲透率等,使聲波測井曲線提供的有用信息量驟增。文章從電路入手,分析了在青海油田偶極聲波儀在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題,總結(jié)了解決方法。

偶極聲波儀;交叉偶極;狀態(tài)字;波形

0 引 言

哈里伯頓公司的偶極子聲波儀器(WSTT)同時提供單極聲波與偶極聲波信息,它包括單極發(fā)射(短源距發(fā)射)和偶極發(fā)射(X極、Y極互成90°角),單極的中心頻率低于5 kHz,而偶極的中心頻率為0.5 kHz～3 kHz。該儀器擁有八組四接收器陣列,可在固結(jié)較差的高孔隙度含氣砂巖乃至低孔隙度碳酸鹽等各種地層條件下獲取P-波與橫波時差。橈曲波能量是通過一個低頻同深度交叉偶極彎棒聲源發(fā)出的。該低頻橈曲波以真實的地層橫波時差傳播,因此不必對聲波時差進行離散校正。此外還采用了一個低頻單極電源,以便使P-波與橈曲波數(shù)據(jù)在遠離井旁蝕變地層的地方具有相近的探測深度。

1 偶極聲波儀[1、2]

HALLIBURTON偶極子聲波儀器的整體布局分成發(fā)射電路(上電路)、聲系和接收電路(下電路)等3個相對獨立的組成部分。由單極、交叉偶極等組成的發(fā)射換能器位于聲系的上部,中間裝有能夠同時隔離縱向和橫向剪切振動的特殊隔聲體,可以有效地衰減和延遲有害的直達聲波的干擾,下部是由32個壓電陶瓷元件組成接收探頭部分,在深度方向上排列成等距的8列,每列上(相同深度)有頻率相近的4個接收晶體。

單極發(fā)射晶體的中心頻率為5.5 kHz,而偶極發(fā)射的中心頻率為500 Hz～5 kHz,在每0.5 ft(1 ft= 304.8 mm)可以測量96套波,其中32套單極,32套X -X方向上的偶極和32套Y-Y方向上的偶極,偶極子聲波儀器電路框圖如圖1所示。

圖1 偶極子聲波儀器的電路框圖

偶極子聲波儀器整體上分為上下電子線路兩個部分,各部分功能描述如下:

上電子線路包括發(fā)射控制板(XTCM)、單極驅(qū)動板、偶極驅(qū)動電容組、及偶極驅(qū)動。下電子線路部分包括兩塊數(shù)據(jù)采集板(XDAQ)、主控板(XMCM)、通訊接口板(XRTU)、電源板(LVPS)。以及電源輸入的一些

輔助器件(變壓器、電容、二極管等)。

接收部分包括:8個4道接收前置板。負責接收探頭8組32個探頭的聲波接收信號;

主控板包含一個初始化數(shù)據(jù)的采集和通過通信板向儀器總線發(fā)送數(shù)據(jù)的信號處理板,通訊板通過串口接口從主控板接收數(shù)據(jù)然后把它轉(zhuǎn)換成1553通訊碼,對于初始化的數(shù)據(jù)采集,主控板通過串口與兩塊數(shù)據(jù)采集板通訊,通過RS-232接口與發(fā)射板進行通信。同時,主控板驅(qū)動兩塊數(shù)據(jù)采集板采集從接收前置板產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和對這些數(shù)據(jù)進行壓縮。

每一個數(shù)據(jù)采集板主要用于保存、處理接收前置板送來的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)通過串行數(shù)據(jù)口被送到主控板,通過儀器內(nèi)部總線SPORT送往主控板存儲。

發(fā)射控制也包含一個為單極驅(qū)動產(chǎn)生邏輯脈沖的信號處理板。它也產(chǎn)生一個來自于預(yù)先編程儲存在內(nèi)存里模擬波形去驅(qū)動兩個偶極驅(qū)動,發(fā)射同時也監(jiān)督電容組用于驅(qū)動發(fā)射的電壓,同時輸入電源的電流的波動。

2 儀器在青海油田應(yīng)用與維修

偶極儀器在青海油田近五年的應(yīng)用中出現(xiàn)了各種各樣的問題:從該儀器無信號,到上傳的波形中有干擾以及命令傳到儀器中儀器不工作、儀器測井時經(jīng)常提示進入高溫模式測不了井等問題。

2.1 儀器發(fā)射短節(jié)和接收短節(jié)在使用中的問題分析

由于發(fā)射是橡膠的,比較脆,因此在測井時要加扶正器,禁止該部分與堅硬和鋒利的物質(zhì)接觸,否則造成發(fā)射晶體外的橡膠損壞,從而造成發(fā)射晶體損壞。另外如果接收部分的接收晶體損壞,就會造成測井曲線上出現(xiàn)干擾。

該儀器不宜在井下溫度太高的環(huán)境中施工(超過145℃),溫度太高,接受探頭中的油膨脹,如果井中地層壓力小于油膨脹的壓力,這樣造成內(nèi)外壓力不平衡,油就會從密封圈滲出,由于國內(nèi)無條件在維修過程中把油補回去,在多次測井時,由于探頭缺油造成探頭內(nèi)外壓力不平衡導(dǎo)致接收探頭晶體由于受井下壓力而破裂。

2.2 電子線路的故障解決

1)從狀態(tài)字上分析

由圖2中分析可知,儀器中的每一塊板子都可以從主控板返回它的狀態(tài)字,因此可以從該儀器返上的狀態(tài)字來分析該板工作是否正常。

在施工紅xx井,偶極儀器工作不正常,打開儀器的狀態(tài)字表,發(fā)現(xiàn)狀態(tài)字表,我們對返回的狀態(tài)字0102 0200進行分析可知。與之對應(yīng)的為發(fā)射板(XTCM)存在問題,經(jīng)過對發(fā)射板的檢修,儀器工作正常。因此通過狀態(tài)字極大提高了對儀器的維修效率。

2)儀器原理框圖分析方法

根據(jù)狀態(tài)字的分析是快速解決儀器問題的重要方法,但是由于儀器的長期使用,有時根據(jù)狀態(tài)字無法判斷是那塊板子出了問題,因此必須結(jié)合圖2來判斷儀器電子線路的問題。

圖2 正確的狀態(tài)字及對應(yīng)的電路板

儀器在使用過程中有時發(fā)現(xiàn)儀器發(fā)射正常。狀態(tài)字也對。但所有波形中有干擾,如果是個別的接收晶體損壞,那只是個別的,他不可能在96個接收波形上均出現(xiàn)干擾,從儀器的原理框圖分析,應(yīng)該是數(shù)據(jù)采集板上出現(xiàn)問題,由于XDAQ1為XDAQ1和XDAQ2提供邏輯信號,如果是XDAQ#2出現(xiàn)問題,那么XDAQ #1控制的接收晶體產(chǎn)生的波形應(yīng)該正常,因此應(yīng)該是XDAQ#1壞了,對XDAQ1進行維修后,儀器工作正常。

在測七xx井時,儀器不正常工作。且儀器在地面顯示器上沒有波形顯示,且無狀態(tài)字返回地面,返上來的是診斷字 AA55,0005,0002,0001,1000,1008, 55AA,由于手中無診斷字的資料,因此無法判斷儀器故障所在。在車間進行檢查,發(fā)現(xiàn)電源工作正常,儀器發(fā)射也正常,從圖1所示的儀器原理框圖可以知道儀器所有的信息都是通過主控板(XMCM)與地面進行信息交換的,雖然無狀態(tài)字證明我們的判斷,但我們?nèi)匀还烙嬍侵骺匕宀荒苷９ぷ?以致于狀態(tài)字無法返到地面上來。為了證明我們的分析,同時也為了正確從美國定配件,我們從哈里伯頓公司駐北京辦事處借了一塊主控板,經(jīng)過配車檢查,證明了我們分析正確。

3)去偽存真法

維修偶極子儀器有時不要被他的表面現(xiàn)象所誘導(dǎo)。偶極儀器在測躍xx井時經(jīng)常提示進入高溫模式,但井的實際溫度不高,只有60℃左右,操作員無論進入還是退出高溫模式儀器都不工作了。而從狀態(tài)字上,分析各個功能板的狀態(tài)字完全正確。在基地維修時,通過配車對儀器中的兩個溫度探頭加熱到100℃左右,儀器仍工作正常。因此分析認為溫度問題只是一個假象,這種原因可以排除。

又經(jīng)過仔細檢查,發(fā)現(xiàn)在上電子線路中的偶極驅(qū)動上一個電容在工作時有放電現(xiàn)象,于是把該電容換掉,又進行配車檢查,發(fā)現(xiàn)儀器儀器工作正常,但進行震動實驗時,儀器還是掉信號。我們對各測量點進行測量,發(fā)現(xiàn)在儀器工作不正常時,電源工作不正常,于是對電源進行維修。經(jīng)測躍xx井等表明,儀器再沒有提示進入高溫模式的現(xiàn)象。問題終于被解決了。

3 結(jié)束語

本文是近幾年多來偶極子儀器所出現(xiàn)的問題和解決方法,只有通過多方面的信息診斷和利用系統(tǒng)本身的診斷功能,以及儀器原理分析,才能保證偶極子聲波儀器在青海油田的順利運行。

[1] Halliburton.Halliburton,WaveSonic Tool Maintence Ma-nual.Revision Draft 1 October,2003

[2] Halliburton.Halliburton IQ WaveSonic Tool Service Manual. Revision Draft 1 August,2003

Zhang Zhijiang,Liu Xiangwen,Liu Chengshuang and Li Qiang.Applications of wavesonic logging in QingHai oilfield.PI,2010,24(4):39～40,43

Traditional acoustic logging tool only measures the velocity of compressional wave of the formation,and has its own shortcomings.For hard formation,compressional wave(P-wave)and shear wave(S-wave)velocities can be obtained by the analysis and processing of long-distance full-wave acoustic logging data,however,in soft formation,S-wave velocity can not be obtained.Shear wave velocity can be measured by wavesonic logging technology,and as a result,the elastic and inelastic parameters of the rock,formation stress,porosity,permeability etc.can be calculated,which can greatly increase the useful information content obtained from sonic logs.This article focuses on the analysis of the issues arising from the use of the wavesonic tool bought from US in 2004 in Qinghai oilfield and attempts to provide some guidelines for its maintenance.

Wavesonic;equipment;state word;waveform

P631.8+11

B

1004-9134(2010)04-0039-02

張志江,男,1974年生,高級工程師,1996年畢業(yè)于西北大學電子信息專業(yè),現(xiàn)任中油測井青海事業(yè)部儀修中心主任。郵編:816400

2009-06-29 編輯:高紅霞)

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