一种用于5700地面系统的新型微球-四臂井径测井仪设计

熊 鑫，宜 伟

(重庆矿产资源开发有限公司 重庆 401120)

·开发设计·

一种用于5700地面系统的新型微球-四臂井径测井仪设计

熊 鑫，宜 伟

(重庆矿产资源开发有限公司 重庆 401120)

通过对ECLIPS5700地面系统进行程序优化升级以及对微球、四臂井径井下仪器进行技术改造，实现了组合测井项目中微球及四臂井径仪器串的直连、地面命令的接收及井下信号的数字化上传。在地面系统中增加了微球、四臂井径服务表与电机控制命令；设计了微球-四臂井径井下仪，并在该仪器中增加WTS(Wireline Telemetry Systems)电缆遥测系统通讯功能与模数转换功能。

测井技术；ECLIPS5700成像测井系统；微球测井仪；四臂井径仪；数字化上传

0 引 言

国内早期使用的3700系统所配置的井下仪器均为模拟仪器，所有地面命令的下发、接收，井下数据采集、上传均是通过模拟方式进行。随着国内外油气勘探领域的不断扩大，测井技术不断向前发展。上世纪90年代在升级为数字化ECLIPS5700系统的过程中，将放射性仪器和声波仪器进行了数字化改造，而原有采用模拟信号进行数据传输的仪器，如微球、侧向、感应、四臂井径等井下仪器没有被改造[1-3]。后续为了将这些仪器的测量信号数字化，在仪器串中增加了一支编码短接(编号3516)，专用于接收这些仪器传来的模拟信号并做数字化处理，如此便可同放射性和声波仪器一并将数字化后的测量信号送入3514遥测仪器[4]进行数据匹配及曼彻斯特编码，并上传至ECLIPS5700地面系统进行解码处理。

此外，在使用ECLIPS5700地面系统过程中，微球[5]与双感应八侧向不能同时测井。在实际测井中，为取全各项电阻率资料，通常的做法是在感应及四臂井径仪器串组合测井完后，再单独下微球仪器进行测井。如此一来使得测井时效性大大降低，并带来井下遇阻卡等不可控的风险。基于以上原因，设计出一种改进方案，按照ECLIPS5700地面系统运行机制，对微球及四臂井径仪进行硬件改造及软件优化，使之具备与3516适配器类似的信息数字化及上传功能。经过现场测试验证，可大大降低多趟次测井施工风险，提高作业实效。

本文重点涉及ECLIPS5700地面系统服务表的程序改编以及微球、四臂井径测井仪的结构优化与电路设计，实现地面系统与井下仪器协同工作的目的。

1 地面系统改进

1.1 测井服务表及仪器库的优化

原ECLIPS5700地面系统中未配置微球、四臂井径测井仪同时测井的服务表OCT，也没有感应、微球同时测井的服务表，为实现微球、四臂井径、感应一趟次同步测井的目的，对ECLIPS5700地面系统局部模块进行优化改进，针对性编写了地面软件补丁内嵌于地面系统中，并在惠普终端下输入：

cd /WORK

tar xvpf dm4c.tar回车后如图1所示。

图1 ECLIPS5700地面系统服务表安装界面

另在惠普终端下输入：

cd /WORK

tar xvpf dm4clib.tar回车后完成仪器库的优化，如图2所示。

图2 ECLIPS5700地面系统仪器库优化界面

上述优化工作完成后，使得微球3106、四臂井径4203、感应1503均具备通讯功能，这利于现场操作工程师对各仪器的工作状态进行监控。

1.2 通讯界面的改进

图3是ECLIPS5700地面系统仪器串服务表。图3中，仪器串从上至下依次为：3514遥测短节仪器、4401方位短节仪器、1329伽马能谱仪器、2446中子仪器、2228密度仪器、1677声波仪器、3106微球仪器、4203四臂井径仪器、1503感应仪器。在服务表界面中取消了3516编码短节的通讯窗口，取而代之为3106与4203独立通讯显示界面，主要优点如下：一是如遇通讯中断可及时判断问题源，节约故障分析时间；二是可实时对集成在微球、四臂井径及感应内部的温度、工作电压等传感器采集的状态参数进行实时监测，辅助进行故障源的判断；三是地面系统与井下仪器之间的换挡命令执行效率更高。

图3 ECLIPS5700地面系统仪器串服务表

通过在微球四臂井径仪器内置WTS通讯板和数字化板，把微球采集的电压V0、电流I0，四臂井径的CALX、CALY信号，1503感应仪器采集的深感应ILD、中感应ILM、八侧向LL8信号全部进行数字化并上传给3514遥测短节仪器，最后集中传至地面系统进行解码处理。从图3中可以看出，改造之后微球、四臂井径及感应仪器的工作状态在服务表中同时出现，代表以上三支仪器在整个组合仪器串中实现了同步并测。

①徐飞.情理兼融，偏重阐释——2017年江苏高考作文题简析及备考启示[J].中学语文教学参考，2017(19):72-74.

1.3 开收腿命令的执行新方式

服务表中还增加了微球电机开收腿、四臂井径电机开收腿命令[6]。改进之前，微球与四臂井径仪器在开收腿时，必须先对整个仪器串断电，然后才能供出110 V直流电执行开收腿命令操作，并通过110 V直流电的大小变化判断开收腿是否到位，从而导致操作员无法在仪器开收腿过程中对井下仪器工作状态及时做出准确的判断，如遇到井眼条件复杂等状况，将引发较大的安全风险。服务表优化之后，操作员可实现在仪器串正常供电工作的情况下，直接执行开腿或收腿命令，并可实时通过曲线或上传数据观察井径、张力等参数的变化，提前预判井下仪器遇阻卡或其它异常情况，大大降低施工。待井径臂推靠到一定值后，工程师可以随时停止开腿或者继续开腿。

2 井下仪改进

2.1 微球-四臂井径仪器构成

在原先的井下仪器配置中，微球与四臂井径是作为两支独立的仪器而工作；改进之后，将其集成为一支仪器，称之为5700微球-四臂井径仪器，它在保持原有功能的基础上大幅缩短了仪器串长度，该仪器由电子线路EA和微球井径探头MA组成，如图4所示。

图4 5700微球-四臂井径仪器图

2.2 电路设计简介

本次电路设计创新性地将微球、四臂井径、感应仪器的通信采集板集成到微球-四臂井径仪器的电子线路中，赋予其各自独立的通讯地址及通讯能力。电子线路EA主要包括三大功能模块(通信采集功能模块、微球功能模块、四臂井径功能模块)，其功能如图5所示。

2.2.1 通信采集功能模块

图5 5700微球-四臂井径仪器功能框图

2.2.2 相关组合功能模块

以往的微球通常情况下底部不再挂接其他仪器组合测井，但出于实际测井的实用性把仪器下端设计成可挂接感应仪器或者侧向仪器以及伽马仪器之类的端口形式，这样可减少测井工序，从而提高测井时效性。其结构框图如图6所示。

图6 微球-四臂井径结构框图

当该仪器下端配接感应测井时，具体实现方式参考图7：深中感应的信号通过下端28芯预留的通道直接上传给数据采集板，而八侧向的数值是通过继电器切换借用通道再上传给采集板。当地面系统通过3514仪器下发测井命令时，经3516通讯板进行命令解析，输出控制继电器K1切换的命令C0为低电平，此时K1开关切换；输出控制继电器K2切换的命令C1为高电平，此时K2开关处于默认状态；输出控制继电器K3切换的命令C2为低电平，此时K3继电器开关切换。下端的感应仪器就切换到测井模式。由于K1、K2、K3为磁保持继电器，待切换命令下发完成后就会恢复默认状态。故八侧向的数值就通过恢复到默认状态的继电器K1、K2、K3通道上传至数据采集板。当地面系统通过3514下发内零命令时，控制继电器K1切换的命令C0为低电平，此时K1开关切换；控制继电器K2、K3切换的命令C1、C2为高电平，此时K2、K3开关处于默认状态。当地面系统通过3514下发内刻命令时，控制继电器K1切换的命令C0为低电平，此时K1开关切换；控制继电器K2、K3切换的命令C1、C2为低电平，此时K2、K3开关切换。这样通过该仪器下端接口的更改方式和对继电器的控制切换设计，完成了微球四臂井径和感应仪器的组合测井。

当该仪器下端配接1239侧向进行测井时，在微球-四臂井径仪下端的28芯接口同时预留了侧向所需要的过线。再通过对继电器K1、K2、K3的控制实现侧向内零、内刻、测井模式的切换，其控制方式类似于感应工作模式的切换。侧向上传的模拟值直接在微球的数据采集板里处理，通过3516数字化后的测量信号送入3514遥测仪器进行数据匹配及曼彻斯特编码，并上传至地面系统进行解码处理。

图7 感应仪器工作状态切换参考图

老式微球推靠只能在断电的状态下进行开收腿，这样的开腿方式不太可靠。基于安全考虑设计了既可在断主电状态下进行收腿，也可在供主电状态下收腿或者开腿动作[7]，这样的工作方式更能直观地通过监测井径数值的变化来判断推靠是否正常或者遇卡。其实现方式参考图8：当断主电状态时，此时K4、K5、K6继电器处于默认状态，地面直接供110 VDC就可进行收腿。当仪器处于供主电工作状态时，若在地面系统窗口界面点击开腿命令时，3516通讯板响应后解析输出控制继电器命令，输出控制K6继电器的命令C3为高电平，K6则处于默认状态。输出控制K4、K5继电器的命令C4、C5为低电平，K4、K5继电器切换。此时地面提供110 VDC就可开腿；若在地面系统窗口界面点击收腿命令时，3516通讯板响应后解析输出控制继电器命令，输出控制K4、K5、K6继电器的命令C3、C4、C5为高电平，K4、K5、K6继电器则处于默认状态。此时地面提供110 VDC就可收腿。

图8 井径控制命令参考图

2.2.3 相关组合的数据采集模块

数据采集板和3516通讯板控制方式如图9所示。微球四臂井径和侧向或者感应的模拟数据值通过MCU板的接口输入，经过低通滤波进行滤波后，进入模拟通道选择逐一顺序传递给AD芯片进行AD转换，之后上传到单片机内部进行处理，最后相关数据通过单片机的串口通讯方式传递给3516通讯板上的单片机。3516板把接收到的数据进行数字化处理通过M2方式上传给3514仪器。当地面系统下发相关指令通过3516进行解析后，通过CPLD芯片的运用控制C0、C1、C2端口输出命令对侧向或者感应仪器进行内零、內刻、外刻转换；控制C3、C4、C5端口输出命令对微球推靠器进行开腿和收腿转换，或者作为八侧向数值上传的复用通道；控制B0、B1端口输出命令对微球四臂井径仪器进行内零、內刻、外刻转换。

图9 数据采集板和3516通讯板控制方式

3 实测资料应用对比

为进一步验证系统优化及仪器软硬件改进之后的资料采集情况，将该套设备在胜利油田X井进行对比试验，认为该套设备及井下仪器工作状态良好，功能更加强大，数据采集质量高。经与标准资料对比，资料一致性程度高，满足资料评价需求[8]。测井资料如图10所示。

图10 X井资料对比图

4 结 论

1)通过对常规的微球、四臂井径测井仪器进行WTS功能改造，使之成为一支协同工作的仪器，并自带通讯适配器功能，从而实现了与侧向、感应等常规电阻率仪器组合测井的目的，同时也实现仪器串组合效率的最大化，在实际应用中凸显出便捷性、实效性与安全性。

2)通过对ECLIPS5700地面系统相关服务表进行编程优化，实现了对微球、四臂井径等井下仪器并测的软件支持，并对其工作状态进行独立监控，同时有效提高操作员在进行开收腿操作时对井下各仪器工作状态的监控与应急处理，减少井下异常情况发生。

3)目前该仪器已经进行下井实验，采集的微球、井径曲线现场评价合格。

[1] 孟贵生，张 利，张 宸，等.ECLIPS-5700测井系统WTS地面通讯原理[J].吐哈油气,2003(4):354-357

[2] 马玲华,杨劲松,李传伟,等.ECLIPS 5700测井系统XTF文件格式分析[J].测井技术,2001,25(3):225-230.

[3] 阳建波.ECLIPS-5700系列测井仪器典型故障及排除方法[J].石油管材与仪器,2016,2(4):98-100.

[4] 张宸,陈光辉,刘江龙,等.5700测井系统3514XA遥测仪[J].石油仪器,2004,18(4):39-41.

[5] 程文涛,蒋恒丰,杨文强,等.ECLIPS-5700双侧向微球/微电极测井仪组合测井研究[J].石油仪器,2013,27(4):20-21.

[6] 何小冬，易新民，李江锋，等.ECLIPS 5700测井系统四臂井径不断主电开收[J].石油仪器,2013,27(6):91-93.

[7] 王利宁，陈草棠，包德洲，等.微电阻率井径组合仪单电机双驱动推靠器设计[J].测井技术.2013,37(6):668-670.

[8] 赵军龙.测井资料处理与解释[M].北京:石油工业出版社.2012(1):73-91.

Design of A New Type of Microspherically Focused Four Arm Caliper Logging Tool for the ECLIPS5700 Ground System

XIONG Xin, YI Wei

(ChongqingMineralResourcesDevelopmentCo.Ltd.,Chongqing401120,China)

This article introduces a way of achieving the connection of microspherically focused tool and four arm caliper, the reception of command from the ground and the digital upload of down-hole signals in the combination logging projects through the optimization and upgrading of the ground system program and technical transformation for the downhole tools. The service table of microspherically focused tool and four arm caliper and the electric machinery control command are added in the ground system. A new instrument, the microspherically focused-four arm caliper logging tool is designed, in which communication and A/D conversion functions of WTS are added.

logging technology; ECLIPS5700 imaging logging system; microspherically focused tool; four arm caliper; digital upload

熊 鑫，1982年生，工程师，2005年毕业于中国石油大学(华东)电子信息工程专业，目前在重庆矿产资源开发有限公司从事非常规气井测井项目管理工作。E-mail: 1660188737@qq.com

P631.8+1

A

2096-0077(2017)03-0023-05

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.03.005

2016-11-01 编辑：姜 婷)