过套管电阻率测井仪器与ACME测井采集软件系统配接

王青艳，余卫东，刘鑫，鲍广泉，张昊

（中国石油集团测井有限公司，陕西 西安 710077）

0 引 言

过套管电阻率测井仪器的重要特点在于探测深度大，并且可以适用于不同孔隙度和地层水矿化度的地层。这种测井方法除了能够监测油藏和确定死油层，还可以测量高风险井地层电阻率。

过套管电阻率测井仪器与EILog系统配接的关键技术是过套管电阻率测井仪器组件开发。ACME采集系统作为EILog成套测井装备[1]的软件子系统，采用灵活的多层系统结构，以COM组件为组件模型，能够支持包括前端和仪器的二次开发扩展[2]。本文中的仪器组件处理软件采用 Visual Studio.net环境设计，可运行于 Windows XP操作系统，软件功能可以显示监控井下仪器的工作状态，实时显示各测量电极的波形，通过自动及人机交互2种方式获取各测量电极有效采样数据，并以LDF及文本文件2种格式记录该点测量数据，对仪器进行室内模拟盒线性测试，同自然伽马（GR）、套管节箍（CCL）等仪器自由组合，实现深度自动校正。针对微弱信号的检测，软件实现中特别加入了均值、方差、FIR滤波器滤波数据处理方法。

1 仪器原理

过套管电阻率测井本质上属于侧向类测井方法范畴[3]。它是在油井下过金属套管后实现对地层电阻率的测量。过套管电阻率测井仪器的测量部分由上、下电流电极、3个探测电极和1个电位电极组成。测井时通过向套管发射大功率的电流，测量紧贴在套管壁上3个电极间的微小电压降计算地层的漏电流，进而计算出地层的视电阻率。

1939年Aplin提出三电极法进行过套管电阻率的测井方法。在此测量方法基础上，各国科学家和测井技术研究人员经过多年的研究，逐步将过套管电阻率测井方法发展成熟[4]。如果有电流被注入套管，由于金属套管的电阻率要比井眼流体电阻率低得多，所以大部分电流会沿套管向上或向下流动，只有小部分电流通过金属套管泄露到周围地层。如果能够监测到仪器测量电极与地面回路电极之间的电位差，并且能够检测流入地层的电流，就可以得到地层的电阻率信息。过套管电阻率测量原理如图1所示，如果在长度为Δz的套管上泄露到地层的电流大小ΔI，可以通过式（1）计算出地层的视电阻率。

图1 过套管电阻率测量原理图

式中，k、Δz为仪器系数；V 为套管测量电极处相对地面参考点的电位；ΔI为流入地层的泄露电流。

2 仪器刻度及数据处理方法

仪器刻度的目的是求取测井仪器的k值，确定仪器的输入输出关系，从而消除系统误差，提高仪器的精确度。

2.1 刻度方法

过套管电阻率测井仪器采用现场刻度方法，应用泥岩层或含水纯砂岩层作为刻度层，测量出2个深度点的电阻率分别是R1、R2；与裸眼井电阻率测井资料对比，找出该2个深度点的电阻率分别是R′1、R′2；按照2点刻度方法，确定仪器刻度系数。计算k系数方法如公式（2）所示。

2.2 数据处理方法

测井数据采集过程中常因干扰产生异常数据。如何剔除掉异常数据是正确计算过套管电阻率的关键。

在统计学分析方法中经常使用均方差判断异常数据。均方差表示1组数据中各数据偏离平均数的距离的平均数。反映数据集离散程度的均方差函数公式为

式中，M为数据的个数；Ni为第i个数据；为M个数据的平均值。

对于过套管电阻率测井采集到的1组数据，计算该组数据的均方差值，如果每个数据与该组数据平均值的差的绝对值大于2倍均方差值，就判定该数据为异常数据。

3 过套管电阻率仪器组件开发

3.1 功能需求分析

过套管电阻率仪器测井数据在测井传输系统中按照帧传输，每帧数据由600B组成，1个有效数据由2B或4B组成，每帧数据给4个通道的参数各上传25个数据。仪器采用上、下交替供电电极供电模式工作，主要测量4个通道的参数，分别是电位差V1、电位差V2、发射电流I、参考电压Vref。用上发射测量得到的4个参数和下发射测量得到的4个参数计算地层电阻率。

仪器上传数据是设定周期的方波波形数据。为了得到某道采样数据的工程数据，在1个周期的方波上，首先选取工程数据的计算范围AB和CD段，然后剔除掉AB和CD段异常的数据后，分别计算AB和CD段正常数据的平均值为E和F，用E减去F的差的绝对值，就得到了某一道采样数据的工程数据。计算工程数据取值范围选取如图2所示。

图2 数据取值范围选取图

测井时将井下仪器停止在给定深度，保证测量电极同套管接触可靠条件下，按照时间驱动定点测量模式，实时监测测量数据。为保证测井数据质量，要求在同一深度上多次测量。每一深度测量数据存储为一个单独的工程数据文件，通过专门的测后处理软件对数据文件处理后，形成1口井的测井资料图。

3.2 组件实现

使用ACME系统的仪器组件开发向导SDK设计过套管仪器组件系统框架。该组件软件默认支持测井接口和仪器属性接口，为客户程序提供统一的接口标准。ACME主控程序按约定的接口标准调用组件中成员函数来实现相应的功能。该组件由仪器类、辅助窗口类、曲线动态显示类及测量数据显示类4个功能模块构成。

3.2.1 仪器类功能设计与实现

仪器类中封装了仪器组件接口的成员函数。实现打开仪器组件、关闭仪器组件、测井初始化、加载辅助窗口、加载仪器资产、采集数据解码、测井数据工程化处理成员函数功能。其中采集数据解码处理、测井数据工程化处理是过套管电阻率测井仪器类实现的关键。

打开仪器组件主要是传入主控组件对象及相关参数初使化；关闭仪器组件是实现释放相关窗口指针；测井初始化方法是传入测井数据输入输出地址；加载仪器资产方法是加载仪器资产号，读取刻度相关参数。

采集数据解码处理按照仪器上传数据结构，对数据实现筛选及解码。解码时在约定地址按字节读取后，数据通过高低8B的移位进行运算。数据筛选时先读取数据有效标志字，如果满足约定条件，则该帧数据有效；否则舍弃掉该帧不合理的数据。当数据有效时，对V1、V2、I、Vref的4个参数数据逐一解码后，利用先进先出（FIFO）[5]原理放入各自数据缓冲区中。

测井数据工程化处理将解码后的数据换算成有实际意义的参数，并进行滤波、乘加因子运算，作为仪器的显示、输出、存盘数据。

3.2.2 辅助窗口类功能设计与实现

辅助窗口类主要实现井下及地面仪器下发命令控制和测井质量监控功能。该组件软件运行时，系统自动加载辅助窗口及刻度窗口。根据过套管电阻率测井仪器上传数据模式及现场测井施工流程，将辅助窗口作为一个桥梁，曲线实时显示类和测量数据显示类作为属性页，加载到辅助窗口上。

3.2.3 曲线实时显示类功能设计与实现

曲线实时显示类实现了仪器下发命令控制、测井质量控制、采样曲线的放大和缩小功能，软件使用无闪烁双缓冲绘图[6]技术实现了测井方波原始曲线的实时滚动显示功能，综合均值、方差、FIR滤波等异常数据处理算法实现了方波工程数据处理计算功能，使用文件读写操作等数据处理功能，将最终数据输出到LDF和文本文件里以便后期的测井资料处理。

仪器下发命令控制包括液压阀复位、刻度、上发射、下发射和测量命令。软件实现时根据提供的命令参数，按约定的接口协议和格式，通过网络接口发送给前端采集软件，实现对井下仪器的控制[5]。

测井质量控制包括实时监视井下仪器命令状态、压力及温度等参数。动态显示曲线以点线图方式实时绘制4道测井数据。绘制曲线时数据必须转化为屏幕坐标点位置，同时绘制的过程中还添加了均值、方差、FIR滤波等数学算法，造成绘图效率低、测井曲线滚动显示闪烁。使用无闪烁双缓冲技术，把绘制图形先用内存设备环境DC绘制在与显示兼容的位图中，然后从内存环境把测井图形复制到屏幕客户区。这样，在测井图形绘制到屏幕之前，已经将图形绘制在位图中，然后直接复制到屏幕上，从而消除了测井图形刷新造成的闪烁现象。为了在图形显示客户区直观反映实时测井数据，数据坐标的刻度尤为重要。通过分析表明，把采样数据的最大、最小值差作为数据分布的区间，采样数据平均值作为数据分布的基准，数据分布的直观显示效果最好。实现效果如图3所示。

图3 曲线动态显示效果图

3.2.4 数据显示类功能设计与实现

测量数据显示类主要实现了仪器线性测试及测量有效数据显示功能。

仪器线性测试是对仪器及测量结果有效性进行验证。将测量的电阻值和实际的电阻值绘制成图表直观的反映了仪器的线性关系。实现效果如图4所示。

图4 模拟盒测试线性统计图

测井有效数据显示是在列表框中实时显示1口井中每次保存的测量数据，并实现数据计算、删除、保存、读取显示等功能。

3.2.5 应用效果

仪器组件开发是完成仪器配接ACME采集软件系统的关键技术。过套管电阻率测井仪器组件与ACME采集平台反复的联调、测试，完成了现场仪器测井软件功能需求，实现了过套管电阻率测井仪器与EILog测井系统的挂接。将靖边地区某口井过套管电阻率测井曲线与深侧向电阻率测井曲线进行比较，可看出过套管电阻率测井曲线和深侧向电阻率测井曲线基本一致，测井资料解释成果如图5所示，其结果验证了过套管电阻率测井软件及其数据处理理论的正确。

图5 测井资料对比与解释成果

4 结 论

（1）过套管电阻率测井仪器组件库是针对中国石油集团测井有限公司自主研发的过套管电阻率测井仪器并根据ACME采集软件系统框架而设计的仪器组件软件，该软件系统已在靖边、华北、吐哈地区进行现场实验10口井次。

（2）现场试验结果表明，该软件系统运行稳定可靠，下发命令仪器控制有效，采样数据处理、微弱异常信号的过滤算法及电阻率计算方法正确。

（3）该仪器上传数据模式及测井施工工艺流程比较特殊，ACME采集系统平台中的显示模块（LogDisplay）不能满足该仪器的曲线实时显示需求，过套管电阻率测井仪器组件库专门设计了有效测井数据采集及实时曲线显示功能模块。

[1]汤天知.EILog测井技术现状和发展思路[J].测井技术，2007，31（2）：99-102.

[2]陈江浩，陈文辉.EILog测井系统采集软件平台系统设计[J].测井技术，2008，32（6）：257-259.

[3]王界益，杨哲，陈斌，等.过套管电阻率测井仪研制[C]∥中国石油学会第十六届测井年会论文集，2010.

[4]王瑞丰，译.套管井电阻率测井原理[Z].油田新技术，2001.

[5]严蔚敏，吴伟民.数据结构[M].北京：清华大学出版社，1994.

[6]郭希明，黄旭望.利用双缓冲技术实现巨幅测井曲线的显示与保存[J].重庆石油高等专科学校学报，2003，8（1）：54-56.