聲電成像儀器組合通訊問題探討

劉鑫，宛文宇，孟繁宇，肖雷雷

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300452)

0 引言

微電阻率掃描成像測井儀是基于電法測井的基本原理—歐姆定律，通過高分辨率陣列掃描、數(shù)據(jù)處理，最終生成井周地層的二維視電阻率圖像。圖像可以直觀顯示出井壁地層的層理、裂縫、孔洞與斷層等信息，通過軟件處理還可以對碎屑巖地層、碳酸鹽巖地層、火成巖地層以及各種復(fù)雜巖性地層進行精細評價。

井周聲波成像測井儀用于對裸眼井或套管井的井壁進行超聲波掃描，從而產(chǎn)生詳細的影像。儀器的探頭發(fā)射高頻聲波脈沖，采用自激自收的方式，并測量回波的到時和幅度，獲取井眼幾何形狀、識別裂縫和評價井壁的粗糙度等，井眼覆蓋率達到100%。回波的幅度大小受井壁結(jié)構(gòu)的影響，而到時則反映了探頭到井壁的距離。超聲探頭安裝于儀器的旋轉(zhuǎn)部分，從而能對井壁做環(huán)井周360°的掃描，并產(chǎn)生兩組圖像：幅度和到時。回波幅度圖像顯示了井壁特征。高反射層在圖中顯示為白色，而低反射層顯示為黑色。介于兩者之間的值則賦予一定的灰度，該灰度與測量值成正比。這種圖像在確定諸如裂縫等低反射層時特別有用?；夭ǚ仁苣酀{衰減、儀器居中情況以及井壁的粗糙度等因素的影響。

中海油田服務(wù)股份有限公司通過自主創(chuàng)新將微電阻率掃描成像測井儀與井周聲波成像測井儀組合進行測井，起到了聲電儀器組合的作業(yè)效果，作業(yè)過程中使用ERTT謠傳傳輸測井儀+ERMI微電阻率掃描成像測井儀+CBIT井周成像測井儀的儀器組合方式，配合中海油服自主研發(fā)的ELIS電纜測井系統(tǒng)進行測井作業(yè)，該組合測井方式已在BZ(渤中)區(qū)塊，SZ(綏中)區(qū)塊完成多口高溫高壓井作業(yè)，ERMI微電阻率掃描成像測井儀使用M5(模式5)數(shù)據(jù)傳輸方式，CBIT超聲成像測井儀采用M7(模式7)數(shù)據(jù)傳輸方式，ERTT謠傳傳輸測井儀使用M2(模式2)傳輸方式完成命令的下發(fā)和數(shù)據(jù)的上傳。本文旨在對井下儀器在工作過程中存在的通訊問題及解決措施進行探析。

1 通訊方式介紹

謠傳傳輸測井儀與接在它下面的微電阻率掃描成像測井儀、井周成像測井儀儀器之間以WTS IB(INSTRMENT BUS)總線通信，WTS IB 總線傳送的是曼徹斯特編碼，它采用模式變壓器在雙絞線線上以差分信號形式傳送。地面采集系統(tǒng)和井下儀器通訊的建立，是調(diào)節(jié)M2(模式2)的發(fā)射信號的幅度以使井下儀器ERTT謠傳傳輸測井儀能夠識別下發(fā)的命令，然后調(diào)節(jié)接收信號的幅度使地面采集系統(tǒng)能夠識別上傳的數(shù)據(jù)。其中M2 (模式2)為雙向傳輸通道(地面和井下儀器可以雙向通訊)，Mode2(模式2)的20 BIT(位)命令和數(shù)據(jù)字編碼格式：3位同步＋16位數(shù)據(jù)＋1位奇校驗，下發(fā)命令速率為20.833 kb/s(千位/秒)，地面采集系統(tǒng)發(fā)送一個命令字需要1 ms；上傳數(shù)據(jù)速率為41.666 kb/s(千位/秒)；所有數(shù)據(jù)和命令編碼都是奇校驗，即編碼中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。M2(模式2)是三種通訊模式中帶寬最窄的一種，用于地面采集系統(tǒng)向井下儀器發(fā)送命令，也用于某些儀器向地面?zhèn)鬏斴^小的數(shù)據(jù)串。M2(模式2)屬于半雙工通訊模式，即 M2 CMD(模式2 命令)與M2 DATA (模式2 數(shù)據(jù))不能同時發(fā)生。而M5(模式5)和M7(模式7)與M2(模式2)相比，只由井下儀器向地面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)，增大了傳輸帶寬，提高了數(shù)據(jù)速率，其上傳數(shù)據(jù)通道速率可以達到93.75 kb/s(千位/秒)。M2(模式2)、M5(模式5)和M7(模式7) 可以同時工作，而且交叉干擾相對較小。M5(模式5)和M7(模式7)用于采集數(shù)據(jù)量大的儀器向地面采集系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)字編碼格式為：8位0＋3位同步＋16位數(shù)據(jù)流，既可以和M2(模式2)同時發(fā)生，也可以異步發(fā)生。M7(模式7)與M5(模式5)的數(shù)據(jù)格式和傳輸速度完全相同，同樣應(yīng)用于大數(shù)據(jù)量的儀器。

2 儀器信號流程分析

ELIS(測井系統(tǒng))對儀器的信號采集機制，采用發(fā)送命令A(yù)cquire(采集)，Send(發(fā)送)的方式來進行。儀器命令是由地面系統(tǒng)通過模式2通道發(fā)送到井下儀器的。命令既可以是一個字，也可以是多個字。井下儀器在上電后并不自動進行數(shù)據(jù)采集，而是等待地面系統(tǒng)的采集命令。根據(jù)功能不同命令分為：采集命令、非采集命令，如：儀器收開腿open(開)/close(收)，儀器換擋zero(高刻)/cal(低刻)/log(外部檔)等。EDIB儀器只支持一種采集模式：采集和發(fā)送，命令格式：0xYYZZ，其中YY—地址；ZZ—命令，儀器地址：8bit地址。理論上每種儀器的地址是唯一的。先發(fā)Acq采集命令，儀器收到后啟動采集，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，然后根據(jù)各支儀器的采集延遲時間，發(fā)send(發(fā)送)數(shù)據(jù)命令，儀器收到后，應(yīng)立即上傳規(guī)定的數(shù)據(jù)。Send(發(fā)送)的先后順序確定機制：發(fā)送ACQ(采集)后，從第一個ACQ(采集)掃描，它的DELAY(延遲)小于了ACQ(采集)到SEND(發(fā)送)的間隔，就送該ACQ(采集)的數(shù)據(jù)，否則掃描下一個ACQ(采集)，直到該ACQ(采集)的delay小于ACQ(采集)到SEND(發(fā)送)的間隔，就發(fā)送該ACQ(采集)的SEND(發(fā)送)。發(fā)送SEND(發(fā)送)后若無數(shù)據(jù)返回，在等待規(guī)定的時間后，進行下一個ACQ(采集)的SEND(發(fā)送)。Acq(采 集 命令)Send(發(fā)送命令)示意圖如圖1所示，M2(模式2)命令、數(shù)據(jù)圖如圖2所示。

3 儀器組合時通訊故障排查方法

下發(fā)命令的通路：地面系統(tǒng)-ERTT謠傳傳輸測井儀-ERMI微電阻率掃描成像測井儀-CBIT井周成像測井儀；上行數(shù)據(jù)通道：CBIT超聲成像測井儀-ERMI微電阻率掃描成像測井儀-ERTT謠傳傳輸測井儀-地面系統(tǒng)。在建立通訊之前必須對每種儀器通訊模式進行訓(xùn)練，每次訓(xùn)練只能訓(xùn)練一種模式。在儀器串組合中，每種方式只需要訓(xùn)練一次，其他儀器的相應(yīng)模式通訊應(yīng)該是正常的。比如，ERTT謠傳傳輸測井儀的M2(模式2)訓(xùn)練好后，其他儀器的M2(模式2)通訊也應(yīng)該是正常的。訓(xùn)練好儀器的通訊模式在通訊窗中顯示綠燈，反之就顯示紅燈。當(dāng)訓(xùn)練成功后，訓(xùn)練參數(shù)系統(tǒng)會自動保存。在下次運行相同地面系統(tǒng)時，如果儀器和電纜都沒有更換，通訊應(yīng)該是正常的，可以不再進行訓(xùn)練。

圖1 Acq(采集命令)Send(發(fā)送命令)示意圖

圖2 M2(模式2)命令、數(shù)據(jù)圖示

3.1 編輯正確的服務(wù)表

使用正確版本的ELIS地面系統(tǒng)，跟據(jù)現(xiàn)場作業(yè)需求選擇合適的服務(wù)表，避免通信采集時序沖突引發(fā)的通信錯誤及波形，關(guān)注服務(wù)表編寫中的數(shù)據(jù)流與時序(ACQUIRE,SEND)，如服務(wù)表編寫不當(dāng)會引起數(shù)據(jù)沖突，作業(yè)應(yīng)用時微電阻率掃描成像測井儀采用M5通道傳輸數(shù)據(jù)，井周成像測井儀采用M7通道傳輸數(shù)據(jù)。

3.2 FIT通斷絕緣檢查儀器

謠傳傳輸測井儀與接在它下面的微電阻率掃描成像測井儀、超聲成像測井儀儀器之間以WTS IB(INSTRMENT BUS)總線通信，在WTS IB(INSTRMENT BUS)總線下，整個儀器串的27號芯、28號芯傳輸M2模式命令；29號芯、30號芯傳輸M2模式數(shù)據(jù)；31號芯、32號芯傳輸M5模式數(shù)據(jù)；15號芯、16號芯傳輸M7模式數(shù)據(jù)。因此要想保證儀器通訊正常，必須確保整個儀器串中謠傳傳輸測井儀以下的15號芯、16號芯，27號芯、28號芯，29號芯、30號芯，31號芯、32號芯通斷絕緣正常，同時確保地面系統(tǒng)中纜芯分配面板、安全開關(guān)面板及作業(yè)使用的馬籠頭及滑環(huán)的1號芯～7號芯及10號芯通斷絕緣正常。

3.3 使用示波器對儀器數(shù)據(jù)命令進行觀察

通訊錯誤類型包括：

(1) T/O超時，原因：儀器沒有響應(yīng)命令，無返回數(shù)據(jù)；儀器有返回數(shù)據(jù)，但是長度小于服務(wù)表要求；儀器有返回數(shù)據(jù)，長度也夠，但是同步頭異常；

(2) NVM：曼碼錯誤，原因：對于M2可能是數(shù)據(jù)校驗錯誤，數(shù)據(jù)波形有干擾，導(dǎo)致解碼判斷錯誤。

通過軟件的Act Swtich(采集開關(guān))功能，關(guān)閉其余儀器的采集，通過隔離觀察，只剩下通訊報錯的儀器采集，觀察示波器上是否有儀器返回的數(shù)據(jù)波形；利用外部示波器觸發(fā)功能，放大觀察波形，觀察返回的數(shù)據(jù)同步頭是否正確。

可能存在的異常情況：

(1)儀器有返回數(shù)據(jù)，長度也夠，但是同步頭異常；

(2) M2(模式2)數(shù)據(jù)的同步頭負(fù)脈沖幅度過低，影響同步識別，導(dǎo)致通訊異常；

(3)某一儀器的采集、發(fā)送命令缺失，或該儀器的數(shù)據(jù)無返回。

4 結(jié)語

聲電成像組合測井模式相比傳統(tǒng)作業(yè)模式可大幅度提高作業(yè)時效，儀器串的通訊正常是保障作業(yè)的前提，作為儀器維保人員必須要對儀器串通訊通路了解透徹，針對不同故障舉一反三，觸類旁通，不斷提高儀器通訊穩(wěn)定性，積極應(yīng)對“高溫、高壓”作業(yè)環(huán)境，高效保障海上一線作業(yè)順利進行。