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数控测井系统测井一分公司于继崇2008.07.22第一章数控测井仪器的发展1、什么是数控测井系统数控测井系统是个复杂的测量系统，它比常规模拟的或部分数字化的系统更为有效地对地层的有关参数进行测量、较好地区分地层岩性、确定储集层的基本参数(如孔隙度、渗透率和饱和度等)。其基本特征是来自井下仪的数据数字化传输、井下仪器状态实时控制、数据数字化记录。系统由井下仪器串和地面系统两部分构成。地面系统简单的分为采集模块、供电模块、计算机系统；井下仪器包括地层信号采集模块、井下仪器总线。数控测井系统示意图2、数控测井系统能解决什么问题较常规测井系统，数控测井系统可以很好的解决电缆传输干扰问题以提高信号采集精确度（数字信号抗干扰能力强于模拟信号）；测井过程中可针对不同地层实现采集模块参数动态变化（通道增益），适应地层采集，有效的提高地层信息真实度；有限的缆芯数传输多信号问题以实现井下仪器穿串测量（本质为分时传输），提高测井时效；地面记录数字化，可利用计算机方便的对测井数据进行传输、出图等，便于使用；可实现测井成像化，使信息更加直观、真实。3、数控测井系统的发展计算机机面世以来，使测井系统发生了很大变化。以计算机硬件和软件支持的测井系统，到今天已发展到较完善、接近成熟的阶段。早期的测井系统（70年代之前）基木是基于模拟信号设计。从井下仪器传送到地面的信号为模拟信号和脉冲信号。早期数控测井系统的主要特点是：1)系统较简单，地而设备主要是开关组、模拟滤波、模拟记录和显示，多缆芯用于多信号分线传输。2)由于多个仪器测量时间较长，且不同时间分时进行测井作业，仪器资料对比性较差，测井精度和资料油气信息判断性较差。3)由于系统有过多的硬件控制装置，操作人员长时间操作易发生误操作。现代数控测井系统是基于计算机及电子控制技术开发的测井系统。70年代中期以来，首先由斯伦贝谢公司把美国数字设备公司生产的小型机PDP-11／34应用到测井系统上，研制成csu计算机测井系统。随后，一些公司也相继推出了16位小型计算机、微处理器和微计算机支持的测井系统。在石油测井领域中，如美国德莱赛-阿持拉斯公司推出的CLS(3700)测井系统，美国吉尔哈特公司推出的DDL-3A测井系统等。目前，这些产品的升级产品在国内仍有使用。80年代后期以来，尤其进入本世纪后，以多台功能强大的计算机支持的测井系统也研制出来。计算机能广泛地应用到测井系统中，一是测井作业需要计算机控制测井作业进程和数据处理，二是基于电子技术迅速发展，大规模、超大规模集成电路广泛应用，使计算机、电子电路功能大大增强，同时体积缩小，加之目前软件的发展，使自动化控制、采集技术迅速应用到数控测井系统。4、现代数控测井系统特点1）功能强大的一台或多台计算机支持的。2）模块化设计。从一些硬件结构上看，模块化的结构设计是现代系统的特征。在有限的插槽或接口内可有较多的模块或组合模块使用。这种模块化的结构，不仅加快设计和缩短生产周期，而且扩展方便。3）较强的系统兼容性。模块化的设计必然带来较强的系统兼容性。4)较高的可靠性。电子技术的发展使电路简单化、硬件软化，加之软件局部模块高稳定性，都导致系统较高的可靠性。5)易操作性。硬件控制装置过多，操作员长时间工作易发生误操作，甚至难以正确地进行测井作业。基于计算机设计的数控测井系统硬件控制装置很少，设备的起动和测量的进程基本上是通过软件实现的，通过人机对话的方式实施对系统的控制，因此具备易操作性。第二章井下仪器测井井下仪器是基于传感器输出的电子测量信号发送处理设备，即传感器加上前置处理电路和输出电路构成了井下仪器。2.1传感器传感器是一个广义词，也叫换能器或检测器等。常讲的传感器是一种器件或元件，它接收各种形式量的信息。使用传感器的目的在于把某些被测量的变化着的能量变成一种适宜测量的一种形式量。测井仪器使用的传感器用于把地层的伽吗光子、中子、地电位、声波、压力和温度等形式量变换成电子形式量，以便于测量。光电倍增管、氦-3管、电极系、声探头、压力应变仪和温度探头等都是传感器。为适应系统测量要求，传感器输出的信号要行放大、变换、能量级、展宽脉冲、计数、分频和其他方面的处理。这就构成了功能硬件电路。此外，硬件还有机械控制和活动装置等，如推靠臂及控制部分。仪器在有限的井眼中进行测井作业，要适应高温、高压、腐蚀性和运动中测量的要求，在材料和器件的选择上和工艺设计上都比较严格，以便保证设备工作的高可靠性。2.2信号的前置处理从传感器输出信号至电缆的信号驱动器之间的整个硬件电路相对于系统而言就是前置处理部分。这部分电路主要功能如下。1)提高信噪比和增大信号幅值对于模拟信号来说，除了从地层中接收有用的信号外，还接收噪音和干扰信号。因此，在设计时除了考虑有用信号的放大外还必须考虑无用信号的剔除。对于脉冲信号，从光电倍增管等输出的脉冲是快速变化的脉冲，宽度较窄，为在电路中便于传输和处理，则需进行展宽和整形。然后根据需要进行进一步的处理，如确定不同的能级窗口、分频或计数等。2)完成井下仪器信号调度由于现代数控测井系统采用大数据块传输，每一个仪器的数据都在一定控制下传输，可以控制仪器输出或不输出数据。为使仪器能有序地被控制，每个仪器有其参数和状念的控制接口，此部分也称为井下仪器总线。数据输出部分通过井下仪器总线对大量的测井数据进行调度并打包处理，排列成标准统一的数据格式。2.3输出电路输出电路主要指电缆驱动及传输部分。前置处理部分输出的信号还不能经电缆传输到地面，因为较长的测井电缆对信号有衰减作用，加之复杂的测井环境带来的干扰，因此信号必须经输出电路才能稳定的传输到地面系统。输出电路负责打包后数据的编解码。2.4仪器分类及其基本原理根据测量信号不同，测井井下仪分为三大类，电法类测井仪器、声波类测井仪器、核测井仪器。2.4.1电法类测井仪器这类仪器发展的最早，且种类也最多。现在常用的有感应仪器、侧向仪器、微球聚集仪器、电磁波仪器等。仪器所用的传感器是电报系和线圈系。电法测井是利用测量岩石电阻率或电导率来判断岩石岩性的。下表列出常见地层岩石和矿物的电阻率。把供电电极A和测量电极M、N组成的电极系放到井下，供电电极的回路电极B（或N）放在井口。当电极系由井底向上提升时，由A电极供应电流I，M、N电极测量电位差ΔUMN，它的变化反映了周围地层电阻率的变化。通过变换，即可测出地层的视电阻率。这样就能给出一条随深度变化的视电阻率曲线。2.4.2声波类测井仪器包括单发双收、双发双收、长源距声波、大庆的高分辨率声波测井仪等。声波仪器所用的传感器是压电体构成的声压(或压声)换能器。声波测井是根据声学物理理论发展起来的一种测井方法。声波测井中一般采用频率数千赫至数万赫的机械波（某些特殊声波测井方法使用数十万赫至数兆赫的频率）。应用弹性力学理论去考察声波在地层中的传播规律，进而用声波测井曲线来分析地下岩层的某些重要地质特征。声波测井基本原理示意图⊿t=t2-t1=(AB/V1+BCE/V2+EF/V1)-(AB/V1+BC/V2+CD/V1)=BCE/V2-BC/V2=(BCE–BC)/V2=CE/V2=L/V2L:间距V2：地层声速在间距一定的情况下，只要记录出时差⊿t，也就知道地层速度了。2.4.3核测井仪器核测井又叫放射性测井。现用的主要包括自然伽码仪、自然伽码能谱仪、岩性密度仪、补偿密度仪、补偿中子仪等。仪器所用的传感器主要是碘化钠晶体和光电化增管组合成的闪烁探测器、盖革计数器、氯-3管和其它元素检测的检测头。核测井测量的是地层中的伽马射线和中子，反映的是地层及其内介质。岩层中含有天然放射性核素，这些核素衰变放射出的伽马射线称自然伽马射线。不同岩石所含放射性核素的种类和数量不同，衰变时放射出的伽马射线的能量和强度也不同。所以，测量自然伽马射线的强度和能谱能反映不同地层的岩性。在沉积岩中，纯地层的自然放射性通常是很微弱的，而放射性元素主要存在于粘土和泥质中。因此，自然伽马测井值一般反映地层中的泥质含量，因此可以划分非泥质储集层、确定泥质含量和地层对比等。密度测井测量由伽马源放射并经地层介质康普顿散射而进入探测器的伽马射线强度。密度测井属于孔隙度测井系列。中子测井测量地层对中子的减速能力，测量结果主要反映地层的含氢量。在孔隙被水或油充满的纯地层中，氢只存在于孔隙中，且油和水的含氢量大致相同。因此，中子测井反映充满液体的孔隙度。主要用来确定储集层孔隙度和判断气层，与其它孔隙度测井组合，可更准确地确定复杂岩性储集层的岩性和孔隙度。2.5常规井下仪器介绍2.5.1三参数测井仪它将连续测斜仪、井径、微电极三种仪器综合为一体。其中连续测斜仪采用了先进的加速度计和磁力计作传感器，井径、微电极采用了电机推靠和四臂测量的方法，该仪器一次下井可同时测量井身参数及微电极曲线。2.5.2双测向测井仪双测向测井适用于含有导电泥浆介质的井。可以进行地层对比、划分渗透层、确定原状地层电阻率、计算含水饱和度、估算侵入半径、识别油气水层等。2.5.3微球形聚焦测井仪可以用来定性划分渗透层、确定冲洗带电阻率、计算冲洗带含水饱和度、估算侵入半径、识别可动油气。2.5.4感应测井仪感应测井仪可探测出距井壁不同深处的地层电导率（电阻率的倒数），从而提供估计泥浆滤液对地层侵入影响程度的数据，以判断地层的含水含油性质。在地层电阻率小于100Ω·m，泥浆滤液电阻率大于地层水的情况下能较好地测得地层真电阻率。2.5.4高分辨率声波测井仪采用小间距对同一地层多次测量取平均值的方法，提高了分辨率，对0.1m的薄层有明显反映。可同时记录高分辨率声波和补偿声波两条曲线，并具较强分层能力，不仅能解决薄层的划分,岩性的判别、孔隙度计算等问题，还能扣除厚储集层中的泥质和钙质夹层,为薄油层勘探和开发、厚油层的精细描述提供可靠的依据。可应用于划分薄层、确定岩性、计算孔隙度。2.5.5声波变密度测井仪该仪器用来检测固井质量，分析声变密测井中的各种信息，评价固井第一、第二界面胶结状况，检查套管接箍、套管封隔器及出砂层的位置，为制定射孔方案提供依据。2.5.6自然伽马测井仪自然伽马测井响应的变化与岩性变化有关，从而进行井与井之间的地层对比、跟踪射孔等。伽马测井曲线能用来对同一井的各个测井曲线做深度校正。适合于各种类型的泥浆介质，并可与多种测井仪器组合。可用来识别可能的含油气层、估算泥质含量、地层对比、测井曲线深度校正、区分地层介面、探测地层水淹情况。2.5.7补偿中子测井仪该测井仪具有两个热中子探测器，可以测定裸眼井、套管井等地层结构的孔隙度，可用来识别天然气、岩性和计算泥质含量。应用于确定孔隙度、识别岩性、判断气层、计算泥质含量。2.5.8碳氧比能谱测井仪碳氧比能谱测井是通过向地层发射脉冲式快中子（能量14Mev），测量中子与原子核碰撞后释放出的非弹性散射次生伽马射线，这种伽马射线能量与所碰撞的原子性质有关。选出碳元素与氧元素作为油水识别元素，并测量碳元素与氧元素的非弹性散射次生伽马射线的计数，两元素的计数率比即是碳氧比，地质应用：1）新井投产前，对储层进行再评价；2）寻找高含水层，为堵水作业提供依据；3）在枯竭井中，寻找有生产潜力的油层；4）在观察井中，监测剩余油饱和度变化状况；5）进行多井评价，确定剩余油饱和度分布。第三章地面系统地面数控测井系统是一个复杂的数据采集系统，任何地面数控测井系统都是测井数据采集和记录系统，不论它貌似多么复杂，它的功能多么强大，它所采集的信号无非是深度信号、模拟信号、脉冲信号、声波信号和几种脉冲编码信号等。地面数控测井系统分为硬件系统和软件系统。硬件系统主要由各种箱体构成，箱体内部又包含了各种电路模块。软件系统主要包含数据采集控制程序、测后处理程序等。下图为典型的地面数控测井系统结构示意图。慧眼1000地面系统工作原理一、系统概述慧眼-1000地面数控测井系统采用网络化分布式设计，易于扩展，控制灵活，操作简便。可配接裸眼井、固井质量检测、碳氧比、氧活化、射孔、取芯等仪器，实现相应测井施工能力，是一套具备综合施工能力的数控地面测井系统。该系统配备两台P