【正文】 數(shù)控測井系統(tǒng) 測井一分公司于繼崇 第一章 數(shù)控測井儀器的發(fā)展 什么是數(shù)控測井系統(tǒng) 數(shù)控測井系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的測量系統(tǒng)，它比常規(guī)模擬的或部分?jǐn)?shù)字化的系統(tǒng)更為有效地對地層的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行測量、較好地區(qū)分地層巖性、確定儲集層的基本參數(shù)(如孔隙度、滲透率和飽和度等 )。其基本特征是 來自井下儀的數(shù)據(jù)數(shù)字化傳輸、井下儀器狀態(tài)實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)數(shù)字化記錄。 系統(tǒng)由 井下儀器串和地面系統(tǒng) 兩部分構(gòu)成。地面系統(tǒng)簡單的分為 采集模塊、供電模塊、計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ；井下儀器包括 地層信號采集模塊、井下儀器總線 。 數(shù)控測井系統(tǒng)示意圖 數(shù)控測井系統(tǒng)能解決什么問題 較常規(guī)測井系統(tǒng)，數(shù)控測井系統(tǒng)可以很好的解決電纜傳輸干擾問題以提高信號采集精確度（數(shù)字信號抗干擾能力強(qiáng)于模擬信號）；測井過程中可針對不同地層實(shí)現(xiàn)采集模塊參數(shù)動(dòng)態(tài)變化（通道增益），適應(yīng)地層采集， 有效的提高地層信息真實(shí)度 ；有限的纜芯數(shù)傳輸多信號問題以實(shí)現(xiàn)井下儀器穿串測量（本質(zhì)為分時(shí)傳輸）， 提高測井時(shí)效 ；地面記錄數(shù)字化，可利用計(jì)算機(jī) 方便的對測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、出圖等 ，便于使用；可 實(shí)現(xiàn)測井成像化，使信息更加直觀、真實(shí) 。 數(shù)控測井系統(tǒng)的發(fā)展 計(jì)算機(jī)機(jī)面世以來，使測井系統(tǒng)發(fā)生了很大變化。以計(jì)算機(jī)硬件和軟件支持的測井系統(tǒng)，到今天已發(fā)展到較完善、接近成熟的階段。 早期的測井系統(tǒng)（ 70年代之前）基木是基于模擬信號設(shè)計(jì)。 從井下儀器傳送到地面的信號為模擬信號和脈沖信號。 早期數(shù)控測井系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是： 1)系統(tǒng)較簡單，地而設(shè)備主要是開關(guān)組、模擬濾波、模擬記錄和顯示，多纜芯用于多信號分線傳輸。 2)由于多個(gè)儀器測量時(shí)間較長， 且不同時(shí)間分時(shí)進(jìn)行測井作業(yè)，儀器資料對比性較差，測井精度和資料油氣信息判斷性較差。 3)由于系統(tǒng)有過多的硬件控制裝置，操作人員長時(shí)間操作易發(fā)生誤操作。 現(xiàn)代數(shù)控測井系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)及電子控制技術(shù)開發(fā)的測井系統(tǒng)。 70年代中期以來，首先由斯倫貝謝公司把美國數(shù)字設(shè)備公司生產(chǎn)的小型機(jī) PDP11／ 34應(yīng)用到測井系統(tǒng)上，研制成 csu計(jì)算機(jī)測井系統(tǒng)。隨后，一些公司也相繼推出了 16位小型計(jì)算機(jī)、微處理器和微計(jì)算機(jī)支持的測井系統(tǒng)。在石油測井領(lǐng)域中，如美國德萊賽 阿持拉斯公司推出的 CLS(3700)測井系統(tǒng)，美國吉爾哈特公司推出的 DDL3A測井系統(tǒng)等。目前，這些產(chǎn)品的升級產(chǎn)品在國內(nèi)仍有使用。 80年代后期以來，尤其進(jìn)入本世紀(jì)后，以多臺功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)支持的測井系統(tǒng)也研制出來。計(jì)算機(jī)能廣泛地應(yīng)用到測井系統(tǒng)中，一是測井作業(yè)需要計(jì)算機(jī)控制測井作業(yè)進(jìn)程和數(shù)據(jù)處理，二是基于電子技術(shù)迅速發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路廣泛應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)、電子電路功能大大增強(qiáng)，同時(shí)體積縮小，加之目前軟件的發(fā)展，使 自動(dòng)化控制、采集技術(shù)迅速應(yīng)用到數(shù)控測井系統(tǒng)。 現(xiàn)代數(shù)控測井系統(tǒng)特點(diǎn) 1） 功能強(qiáng)大的一臺或多臺計(jì)算機(jī)支持的。 2） 模塊化設(shè)計(jì)。 從一些硬件結(jié)構(gòu)上看，模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代系統(tǒng)的特征。在有限的插槽或接口內(nèi)可有較多的模塊或組合模塊使用。這種模塊化的結(jié)構(gòu)，不僅加快設(shè)計(jì)和縮短生產(chǎn)周期，而且擴(kuò)展方便。 3） 較強(qiáng)的系統(tǒng)兼容性。 模塊化的設(shè)計(jì)必然帶來較強(qiáng)的系統(tǒng)兼容性。 4)較高的可靠性。 電子技術(shù)的發(fā)展使電路簡單化、硬件軟化，加之軟件局部模塊高穩(wěn)定性，都導(dǎo)致系統(tǒng)較高的可靠性。 5)易操作性。 硬件控制裝置過多，操作員長時(shí)間工作易發(fā)生誤操作，甚至難以正確地進(jìn)行測井作業(yè)。基于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)控測井系統(tǒng)硬件控制裝置很少，設(shè)備的起動(dòng)和測量的進(jìn)程基本上是通過軟件實(shí)現(xiàn)的，通過人機(jī)對話的方式實(shí)施對系統(tǒng)的控制，因此具備易操作性。 第二章 井下儀器 測井井下儀器是 基于傳感器輸出的電子測量信號發(fā)送處理設(shè)備 ，即傳感器加上前置處理電路和輸出電路構(gòu)成了井下儀器。 傳感器 傳感器是一個(gè)廣義詞，也叫換能器或檢測器等。常講的傳感器是一種器件或元件，它接收各種形式量的信息。使用傳感器的目的在于把某些被測量的變化著的能量變成一種適宜測量的一種形式量。測井儀器使用的傳感器用于把地層的 伽嗎光子、中子、地電位、聲波、壓力和溫度 等形式量變換成 電子 形式量，以便于測量。光電倍增管、氦 3管、電極系、聲探頭、壓力應(yīng)變儀和溫度探頭等都是傳感器。 為適應(yīng)系統(tǒng)測量要求，傳感器輸出的信號要行放大、變換、能量級、展寬脈沖、計(jì)數(shù)、分頻和其他方面的處理。這就構(gòu)成了功能硬件電路。此外，硬件還有機(jī)械控制和活動(dòng)裝置等，如推靠臂及控制部分。儀器在有限的井眼中進(jìn)行測井作業(yè)，要適應(yīng)高溫、高壓、腐蝕性和運(yùn)動(dòng)中測量的要求，在材料和器件的選擇上和工藝設(shè)計(jì)上都比較嚴(yán)格，以便保證設(shè)備工作的高可靠性。 從傳感器輸出信號至電纜的信號驅(qū)動(dòng)器之間的整個(gè)硬件電路相對于系統(tǒng)而言就是前置處理部分。這部分電路主要功能如下。 1)提高信噪比和增大信號幅值 對于模擬信號來說 ， 除了從地層中接收有用的信號外 ， 還接收噪音和干擾信號 。 因此 ， 在設(shè)計(jì)時(shí)除了考慮有用信號的放大外還必須考慮無用信號的剔除 。 對于脈沖信號，從光電倍增管等輸出的脈沖是快速變化的脈沖，寬度較窄，為在電路中便于傳輸和處理，則需進(jìn)行展寬和整形。然后根據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理，如確定不同的能級窗口、分頻或計(jì)數(shù)等。 2)完成井下儀器信號調(diào)度 由于現(xiàn)代數(shù)控測井系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)塊傳輸，每一個(gè)儀器的數(shù)據(jù)都在一定控制下傳輸，可以控制儀器輸出或不輸出數(shù)據(jù)。為使儀器能有序地被控制，每個(gè)儀器有其參數(shù)和狀念的控制接口，此部分也稱為井下儀器總線。數(shù)據(jù)輸出部分通過井下儀器總線對大量的測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度并打包處理，排列成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。 輸出電路主要指 電纜驅(qū)動(dòng)及傳輸部分 。前置處理部分輸出的信號還不能經(jīng)電纜傳輸?shù)降孛?，因?yàn)檩^長的測井電纜對信號有衰減作用，加之復(fù)雜的測井環(huán)境帶來的干擾，因此信號必須經(jīng)輸出電路才能穩(wěn)定的傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)。輸出電路負(fù)責(zé)打包后數(shù)據(jù)的編解碼。 根據(jù) 測量信號不同 ，測井井下儀分為三大類，電法類測井儀器、聲波類測井儀器、核測井儀器。 這類儀器 發(fā)展的最早 ，且 種類也最多 ?，F(xiàn)在常用的有感應(yīng)儀器、側(cè)向儀器、微球聚集儀器、電磁波儀器等。儀器所用的傳感器是電報(bào)系和線圈系。 電法測井是 利用測量巖石電阻率或電導(dǎo)率來判斷巖石巖性的 。下表列出常見地層巖石和礦物的電阻率。 把 供電電極 A和 測量電極 M、 N 組成的電極系放到井下，供電電極的回路電極 B（或 N） 放在井口。當(dāng)電極系由井底向上提升時(shí)，由 A電極供應(yīng)電流 I， M、 N 電極測量電位差 ΔUMN ，它的變化反映了周圍地層電阻率的變化。通過變換，即可測出地層的視電阻率。這樣就能給出一條隨深度變化的視電阻率曲線 。 包括 單發(fā)雙收、雙發(fā)雙收、長源距聲波 、大慶的 高分辨率聲波 測井儀等。聲波儀器所用的傳感器是壓電體構(gòu)成的聲壓 (或壓聲 )換能器。 聲波測井 是根據(jù)聲學(xué)物理理論發(fā)展起來的一種測井方法 。聲波測井中一般采用頻率數(shù)千赫至數(shù)萬赫的機(jī)械波（某些特殊聲波測井方法使用數(shù)十萬赫至數(shù)兆赫的頻率）。應(yīng)用彈性力學(xué)理論去考察聲波在地層中的傳播規(guī)律，進(jìn)而用聲波測井曲線來分析地下巖層的某些重要地質(zhì)特征。 聲波測井基本原理示意圖 ⊿ t=t2t1=(AB/V1+BCE/V2+EF/V1) (AB/V1+BC/V2+CD/V1) = BCE/V2BC/V2= (BCE –BC)/V2=CE/V2=L/V2 L:間距 V2：地層聲速 在間距一定的情況下，只要記錄出時(shí)差 ⊿ t，也就知道地層速度了 。 核測井又叫放射性測井?，F(xiàn)用的主要包括 自然伽碼儀、自然伽碼能譜儀、巖性密度儀、補(bǔ)償密度儀、補(bǔ)償中子儀等 。儀器所用的傳感器主要是碘化鈉晶體和光電化增管組合成的閃爍探測器、蓋革計(jì)數(shù)器、氯 3管和其它元素檢測的檢測頭。 核測井測量的是地層中的伽馬射線和中子，反映的是地層及其內(nèi)介質(zhì)。巖層中含有天然放射性核素，這些核素衰變放射出的伽馬射線稱自然伽馬射線。不同巖石所含放射性核素的種類和數(shù)量不同，衰變時(shí)放射出的伽馬射線的能量和強(qiáng)度也不同。所以，測量自然伽馬射線的強(qiáng)度和能譜能反映不同地層的巖性。在沉積巖中，純地層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