张志江 刘祥文 柳成双 李 强

(1.中国石油大学 山东东营) (2.中国石油集团测井有限公司青海事业部 甘肃敦煌)

偶极声波仪在青海油田应用中出现的问题分析

张志江1、2刘祥文2柳成双2李 强2

(1.中国石油大学 山东东营) (2.中国石油集团测井有限公司青海事业部 甘肃敦煌)

传统的单极声波测井仪只能测量地层的纵波波速,且有其自身的缺点。对于硬地层来说,可以通过对长源距声波全波测井资料的分析、处理,获得纵、横波波速,但在软地层中无法获得横波速度。通过偶极声波测量技术可以测量地层的横波,进而计算岩层弹性及非弹性参数、地应力参数、孔隙度、渗透率等,使声波测井曲线提供的有用信息量骤增。文章从电路入手,分析了在青海油田偶极声波仪在应用中出现的问题,总结了解决方法。

偶极声波仪;交叉偶极;状态字;波形

0 引 言

哈里伯顿公司的偶极子声波仪器(WSTT)同时提供单极声波与偶极声波信息,它包括单极发射(短源距发射)和偶极发射(X极、Y极互成90°角),单极的中心频率低于5 kHz,而偶极的中心频率为0.5 kHz～3 kHz。该仪器拥有八组四接收器阵列,可在固结较差的高孔隙度含气砂岩乃至低孔隙度碳酸盐等各种地层条件下获取P-波与横波时差。桡曲波能量是通过一个低频同深度交叉偶极弯棒声源发出的。该低频桡曲波以真实的地层横波时差传播,因此不必对声波时差进行离散校正。此外还采用了一个低频单极电源,以便使P-波与桡曲波数据在远离井旁蚀变地层的地方具有相近的探测深度。

1 偶极声波仪[1、2]

HALLIBURTON偶极子声波仪器的整体布局分成发射电路(上电路)、声系和接收电路(下电路)等3个相对独立的组成部分。由单极、交叉偶极等组成的发射换能器位于声系的上部,中间装有能够同时隔离纵向和横向剪切振动的特殊隔声体,可以有效地衰减和延迟有害的直达声波的干扰,下部是由32个压电陶瓷元件组成接收探头部分,在深度方向上排列成等距的8列,每列上(相同深度)有频率相近的4个接收晶体。

单极发射晶体的中心频率为5.5 kHz,而偶极发射的中心频率为500 Hz～5 kHz,在每0.5 ft(1 ft= 304.8 mm)可以测量96套波,其中32套单极,32套X -X方向上的偶极和32套Y-Y方向上的偶极,偶极子声波仪器电路框图如图1所示。

图1 偶极子声波仪器的电路框图

偶极子声波仪器整体上分为上下电子线路两个部分,各部分功能描述如下:

上电子线路包括发射控制板(XTCM)、单极驱动板、偶极驱动电容组、及偶极驱动。下电子线路部分包括两块数据采集板(XDAQ)、主控板(XMCM)、通讯接口板(XRTU)、电源板(LVPS)。以及电源输入的一些

辅助器件(变压器、电容、二极管等)。

接收部分包括:8个4道接收前置板。负责接收探头8组32个探头的声波接收信号;

主控板包含一个初始化数据的采集和通过通信板向仪器总线发送数据的信号处理板,通讯板通过串口接口从主控板接收数据然后把它转换成1553通讯码,对于初始化的数据采集,主控板通过串口与两块数据采集板通讯,通过RS-232接口与发射板进行通信。同时,主控板驱动两块数据采集板采集从接收前置板产生的数据和对这些数据进行压缩。

每一个数据采集板主要用于保存、处理接收前置板送来的数据,这些数据通过串行数据口被送到主控板,通过仪器内部总线SPORT送往主控板存储。

发射控制也包含一个为单极驱动产生逻辑脉冲的信号处理板。它也产生一个来自于预先编程储存在内存里模拟波形去驱动两个偶极驱动,发射同时也监督电容组用于驱动发射的电压,同时输入电源的电流的波动。

2 仪器在青海油田应用与维修

偶极仪器在青海油田近五年的应用中出现了各种各样的问题:从该仪器无信号,到上传的波形中有干扰以及命令传到仪器中仪器不工作、仪器测井时经常提示进入高温模式测不了井等问题。

2.1 仪器发射短节和接收短节在使用中的问题分析

由于发射是橡胶的,比较脆,因此在测井时要加扶正器,禁止该部分与坚硬和锋利的物质接触,否则造成发射晶体外的橡胶损坏,从而造成发射晶体损坏。另外如果接收部分的接收晶体损坏,就会造成测井曲线上出现干扰。

该仪器不宜在井下温度太高的环境中施工(超过145℃),温度太高,接受探头中的油膨胀,如果井中地层压力小于油膨胀的压力,这样造成内外压力不平衡,油就会从密封圈渗出,由于国内无条件在维修过程中把油补回去,在多次测井时,由于探头缺油造成探头内外压力不平衡导致接收探头晶体由于受井下压力而破裂。

2.2 电子线路的故障解决

1)从状态字上分析

由图2中分析可知,仪器中的每一块板子都可以从主控板返回它的状态字,因此可以从该仪器返上的状态字来分析该板工作是否正常。

在施工红xx井,偶极仪器工作不正常,打开仪器的状态字表,发现状态字表,我们对返回的状态字0102 0200进行分析可知。与之对应的为发射板(XTCM)存在问题,经过对发射板的检修,仪器工作正常。因此通过状态字极大提高了对仪器的维修效率。

2)仪器原理框图分析方法

根据状态字的分析是快速解决仪器问题的重要方法,但是由于仪器的长期使用,有时根据状态字无法判断是那块板子出了问题,因此必须结合图2来判断仪器电子线路的问题。

图2 正确的状态字及对应的电路板

仪器在使用过程中有时发现仪器发射正常。状态字也对。但所有波形中有干扰,如果是个别的接收晶体损坏,那只是个别的,他不可能在96个接收波形上均出现干扰,从仪器的原理框图分析,应该是数据采集板上出现问题,由于XDAQ1为XDAQ1和XDAQ2提供逻辑信号,如果是XDAQ#2出现问题,那么XDAQ #1控制的接收晶体产生的波形应该正常,因此应该是XDAQ#1坏了,对XDAQ1进行维修后,仪器工作正常。

在测七xx井时,仪器不正常工作。且仪器在地面显示器上没有波形显示,且无状态字返回地面,返上来的是诊断字 AA55,0005,0002,0001,1000,1008, 55AA,由于手中无诊断字的资料,因此无法判断仪器故障所在。在车间进行检查,发现电源工作正常,仪器发射也正常,从图1所示的仪器原理框图可以知道仪器所有的信息都是通过主控板(XMCM)与地面进行信息交换的,虽然无状态字证明我们的判断,但我们仍然估计是主控板不能正常工作,以致于状态字无法返到地面上来。为了证明我们的分析,同时也为了正确从美国定配件,我们从哈里伯顿公司驻北京办事处借了一块主控板,经过配车检查,证明了我们分析正确。

3)去伪存真法

维修偶极子仪器有时不要被他的表面现象所诱导。偶极仪器在测跃xx井时经常提示进入高温模式,但井的实际温度不高,只有60℃左右,操作员无论进入还是退出高温模式仪器都不工作了。而从状态字上,分析各个功能板的状态字完全正确。在基地维修时,通过配车对仪器中的两个温度探头加热到100℃左右,仪器仍工作正常。因此分析认为温度问题只是一个假象,这种原因可以排除。

又经过仔细检查,发现在上电子线路中的偶极驱动上一个电容在工作时有放电现象,于是把该电容换掉,又进行配车检查,发现仪器仪器工作正常,但进行震动实验时,仪器还是掉信号。我们对各测量点进行测量,发现在仪器工作不正常时,电源工作不正常,于是对电源进行维修。经测跃xx井等表明,仪器再没有提示进入高温模式的现象。问题终于被解决了。

3 结束语

本文是近几年多来偶极子仪器所出现的问题和解决方法,只有通过多方面的信息诊断和利用系统本身的诊断功能,以及仪器原理分析,才能保证偶极子声波仪器在青海油田的顺利运行。

[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

张志江,男,1974年生,高级工程师,1996年毕业于西北大学电子信息专业,现任中油测井青海事业部仪修中心主任。邮编:816400

2009-06-29 编辑:高红霞)

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