SDZ地面测井系统配接SBT扇区水泥胶结测井仪的方法研究

曹敬春 （中石化中原石油工程公司测井公司射孔压裂中心，河南 濮阳457001）

魏昭冰，王强，薛奎，谢天兵 （中石化中原石油工程公司测井公司数控中心，河南 濮阳457001）

常规变密度仪器测量的声幅曲线是井筒周围360°水泥胶结情况的平均反映，SBT （segmented bond tool，扇区水泥胶结测井仪）测量的声幅曲线是井筒周围8个45°扇区的水泥胶结情况 （360°平分8等份，每等份45°区域）。因此，SBT比常规变密度仪器的测量更精细，为油井射孔、压裂等后期作业提供了更准确的依据。中石化中原石油工程公司测井公司 （以下简称 “测井公司”）从美国TEK－CO公司引进了SBT。该测井仪在获得8个扇区测井曲线的同时，还能提供3ft和5ft的水泥环测井，也可以同时进行伽马、中子和磁定位测井。不仅能较好地评价第1、第2界面的水泥胶结状况，还能提供套管周围的不同扇区水泥胶结情况，能对水泥环局部缺失或不均匀作出准确评价。

在SBT的应用中，地面测井系统无法配接SBT，必须使用从国外引进的Warrior数据采集便携系统。该系统无法测量电缆磁记号，使用起来很不方便，且仅有一套便携系统，无法满足生产需要。2009年测井公司生产的DFMIS系统率先成功配接SBT，而数控测井中心的主流地面测井系统SDZ－3000和SDZ－5000还不能实现配接。为此，笔者对SDZ地面测井系统配接SBT扇区水泥胶结测井仪的方法进行了详细研究。

1 SBT简介

SBT由磁定位短节、RIB扇区水泥胶结仪器和自然伽马短节组成 （见图1）。该仪器采用直流供电，供电和测井信号传输共用一根缆芯，单芯电缆即可满足测井需要。RIB由一个发射极，间距为1．5ft的8个定向接收极，一个3ft万向接收极，一个5ft万向接收极组成。发射探头和扇区接收探头采用20kHz频率；3ft和5ft的接收探头采用18kHz频率。下井仪器设计合理，抗震可靠性高，且其耐温高达200℃，在高温的油气井内有非常高的稳定性。RIB接收下部仪器 （伽马和中子）的正脉冲和负脉冲并对其进行计时，使其叠加在信号缆芯上，采用一根缆芯传输到地面系统。

图1 SBT测井仪器组成图

1．1 SBT下井仪器的信号时序

SBT采用组合测井，能够与自然伽马、磁定位仪器组合下井，磁定位信号是低频模拟信号叠加在波形信号上传输，自然伽马和波形信号利用相同缆芯分时传输。12个周期为一个大周期，总共307．2ms。12个周期的同步信号为正脉冲，其他均是负脉冲。其中第一个周期为空，每一个周期持续25．6ms。依次传输8个扇区波形信号、3ft波形信号、井径信号、5ft波形信号和自然伽马脉冲信号。

1．2 测井曲线

SBT提供3ft声幅曲线，用以评价套管和水泥胶结情况；提供5ft变密度全波列，用以评价水泥和地层的胶结情况；提供1．5ft的8个扇区的声幅值，根据8个扇区的声幅可制作出套管外水泥胶结状况分布直观图像，评价套管和水泥扇区的胶结情况。结合自然伽马和磁定位信号可以对曲线深度进行准确校深。

2 配接信号处理方法及软件设计

SBT与以往的3组合变密度仪器的主要区别是增加了8个径向探头接收信号传输器发来的信号，每个探头覆盖套管周长的45°径向范围，可以同时提供1．5ft源距的8个扇区的声波幅度，根据8个扇区的声幅对套管外水泥胶结状况分布进行灰度成像处理。SDZ－3000或SDZ－5000地面测井系统没有配接过SBT，必须对SBT八扇区的信号处理方法进行研究，笔者在VDL（变密度测井）处理方法的基础上设计SBT八扇区水泥胶结测井处理软件。

2．1 信号时序同步方法的实现

为了实现时序控制，必须满足2个必要条件：①采样周期为25ms；②调整信号处理卡通道增益，使波形幅度为5～8V。一旦检测到同步信号立即启动A／D进行为时1ms的波形采集，然后延迟0．6ms后启动自然伽马脉冲计数，计数22．4ms后停止计数并进入下一个小周期的截止时间，开始检测下一个同步信号，依次循环。根据SBT信号时序要求，笔者对SDZ－3000脉冲卡的可编程计数器的时序控制软件进行重新设计，使其满足SBT测井时序要求。同样，对于SDZ－5000，笔者对通用卡C8051F040片内可编程计数器／定时器阵列的时序控制软件进行设计。

2．2 扇区声幅计算方法

在空套管中进行刻度，待仪器稳定后，选择合适的基线开门 （bs）、基线门宽 （bw）、首波开门（fs）、首波门宽 （fw）等参数 （见图2）。不同于常规变密度仪器声幅计算方法的是扇区水泥胶结测井中利用扇区声波首波积分的平均值来作为对应扇区的声幅测量信号。实践表明，利用首波积分平均值比利用首波峰值更稳定、可靠，且线性关系好，更能准确反映套管外水泥环的胶结质量［1］。

笔者利用该方法编写了SBT－AS（扇区声幅）、SBT－MIN （最小扇区声幅）、SBT－MAX （最大扇区声幅）和SBT－AVG（平均扇区声幅）算法软件，根据测量扇区声幅信号可得到8个扇区的声幅曲线，同时可得出8个扇区声幅曲线的平均声幅、最大声幅、最小声幅，为现场的直观快速解释提供了的很好的参考信息。地面软件设计中，利用二次样条函数对8个扇区声幅数值进行径向插值后再绘制剖面展开图像，效果比较好，避免了直接利用径向仅有的8个数据等分绘制出现的台阶；同时对径向、纵向2个方向进行平滑滤波，避免了原始图像中由于测量信号中的噪声干扰带来的毛刺、麻点。根据该方法，编制了SBT－SECT（扇区成像）算法，测井过程中能够实时对套管周围8个扇区的水泥胶结声波幅度成像，直观地显示出套结有无沟槽及其大小、形状和位置①金志宏 ．扇区水泥胶结测井仪地面采集系统方案设计报告，2009．。

3 配接的硬件实现

3．1 SDZ5000的配接

SBT信号传输特点与美国吉尔哈特公司DDL生产测井系统中的CBL（声波幅度）下井仪器基本一致，都是采用单芯分时传输。因此SDZ5000配接SBT在硬件方面也基本一样，都是利用声波卡采集八扇区声波信号和3ft、5ft波形信号；利用通用卡的磁定位通道采集磁定位信号；利用通用卡的脉冲道采集自然伽马脉冲信号，磁定位信号和自然伽马脉冲信号经过CAN （controller area network，控制器局域网络）总线传输到声波卡。最后，由声波卡打包通过USB通讯模块与上位机通信，信号流程图如图3所示。

图2 扇区信号计算参数示意图

图3 SDZ5000配接SBT信号流程图

笔者在SDZ5000配接DDL系列CBL下井仪器测井作业库的基础上，建立了SBT测井仪器库。曲线信息里增加了AS1～AS8共8条扇区声幅曲线，刻度方法采用八扇区变密度刻度，计算方法采用SBT－AS算法；增加CBLX （声幅最大值）、CBLN （声幅最小值）、CBLA （声幅平均值）共3条曲线，计算方法分别采用SBT－MAX、SBT－MIN和SBT－AVG算法；增加扇区成像曲线，计算方法采用SBTSECT算法。然后对原始信号、控制信息和加电参数逐一进行修改，建立SBT仪器库。根据仪器库再

建立SBT测井作业，就可以按照仪器操作步骤配接SBT仪器①王珉．SDZ－3000数控测井仪操作手册 ．中国电子科技集团公司第二十二研究所，2008．。但在实际配接过程中，需要解决2个问题：一是通用卡C8051F040片内可编程计数器／定时器阵列的时序控制程序必须按照SBT时序编程进行刷新；二是由于原声波处理电路采集的波形基线不平，严重影响变密度和扇区成像质量，因此要对声波卡声波波列处理电路进行改进，笔者在声波通道的输入级K7继电器和电阻2R3之间串入一个1500pF （1F＝1×10－12pF）的钽电容 （耐压63V）（图4虚线框所示）。

图4 SDZ5000声波卡处理电路改进图

3．2 SDZ3000的配接

SDZ3000配接SBT在硬件方面与SDZ5000不同。要完成SBT在SZ3000上的配接，必须对采集机的采样程序和测井系统的测井软件进行升级，并建立S8VDL（SBT）作业。具体方法是：

1）备份C：／winnt／system32＼下的 AxCurve．ocx和u820．ocx。

2）将此LogSBT目录拷贝到D：／LogSBT／下。将此Axcurve．ocx和u820．ocx拷贝到C：／winnt／system2＼目录下。用Job里的 “作业复制” （目标文件复制）功能，在当前作业库里复制 “S8VDL（SBT）”作业。

3）用D：／Log／Send．exe程序将D：／LogSBT＼下Sample．exe发送到采集机。

4）运行D：／LogSBT下的LOG测井程序，即可进行测井。

在实际配接过程中，存在的主要问题及解决办法有2点：一是脉冲卡的82C53可编程计数器内控制程序没有更新，测量周期不对，误将一部分声波波列信号当成自然伽马脉冲采集，使得自然伽马脉冲误采，造成自然伽马曲线与地层特征无相关性。笔者按照SBT时序编程对脉冲卡刷新程序，使其在SBT时序控制下采集自然伽马脉冲信号。二是磁定位信号幅度小。针对磁定位信号幅度小，笔者对SDZ3000的直流卡上的磁定位测量电路进行分析，在放大器电路中增加电位器，使信号增益能够调节，改进后的磁定位信号能够满足测井曲线要求①汤清岐．SKD－3000数控测井仪操作手册 ．中国电子科技集团公司第二十二研究所，2006．。图5是改进后的电路图。

图5 SDZ3000直流卡磁定位电路改进图

4 应用效果

4．1 SDZ5000配接SBT现场应用

在车间对SBT整体联调后，在教学井进行现场试验成功。于2013年4月7第一次上卫古1井进行现场试验，试验成功后于2013年4月21日在文A井进行了生产测井，经验收资料合格 （图6）。

4．2 SDZ3000配接SBT现场应用

SDZ3000配接SBT的现场试验是在SDZ5000配接成功的基础上进行的。在车间对SBT整体联调后，于2013年6月9日第一次上卫古1井进行现场试验，试验成功后于2013年6月16日在卫A井进行了生产测井，经验收资料合格 （图7）。

图6 文A井SBT测井曲线图

图7 卫A井SBT测井曲线图

［1］陈翀霄，张彦梅，刘红星 ．八扇区水泥胶结仪测井方法及应用 ［J］．石油仪器，2009，23（5）：69．