俄罗斯TSH噪声测井仪

何小冬 陈小东 熊 伟 陈 雄 何文武

(川庆钻探工程有限公司测井公司 重庆)

俄罗斯TSH噪声测井仪

何小冬 陈小东 熊 伟 陈 雄 何文武

(川庆钻探工程有限公司测井公司 重庆)

噪声测井主要用来检查套管外窜槽、固井质量以及定性确定套管外出水和出气层的位置等。TSH噪声测井仪由短节头、扶正器、电子线路、噪声传感器和温度传感器共五部分组成,可记录噪声频率范围为100 Hz～20 000 Hz,温度范围为5℃～150℃。与GK L仪组合测井时,可同时记录噪声、井温、套管接箍及自然伽玛信号。根据井下情况,TSH既可进行连续测量,也可进行点测。TSH主要通过噪声频谱确定套管外窜流情况,但井温也是研究套管外窜流情况的一个重要参数。

噪声;窜槽;传感器;井温;刻度;测井

0 引 言

噪声测井主要用来检查套管外窜槽、固井质量以及定性确定套管外出水和出气层的位置等。通过对噪声、井温测井信息进行模拟实验,可估算套管外流体的流量、注水量、射孔孔眼的天然气流量以及射孔段的产液量和出砂量等[1]。TSH噪声测井仪属俄罗斯AMK2000测井系列,可同时进行噪声和井温测量,通过与GK L(伽马、磁性定位仪)进行组合测井,在检查套管密封性和管外窜流、溢流、漏失及评价固井质量方面具有很大优势。

1 仪器结构

TSH噪声测井仪由短节头1、扶正器2、电子线路3、噪声传感器(水中听音器)4和温度传感器5共五部分组成,结构如图1所示。短节头1用于电子线路与电缆头连接,上端设计有7芯插孔,但正常测井只用缆芯1、缆芯2、缆芯3三个插孔;扶正器2使仪器测井时处于居中状态;电子线路3接收并处理井下温度传感器和噪声传感器的测量信号;噪声传感器4也称水听器,其核心材料为压电陶瓷,是把水下声信号转换为电信号的换能器,与声波测井接收换能器类似,但灵敏度极高,可监听各种环境噪声。TSH噪声仪水听器外覆聚四氟乙烯保护筒,与上部密封橡胶套相连,橡胶套内充硅油,可防腐蚀并平衡水听器内外压力,保护水听器;温度传感器5用于测量环境温度。

2 技术特性

1)可记录噪声频率范围：100 Hz～20 000 Hz;

2)可记录噪声幅度范围：-60 dB～60 dB;

3)温度测量绝对误差：±1℃;

4)用水确定的热惯量：≤1.5 s;

5)电源：50 V AC,60 mA;

6)遥测系统数据编码类型：曼彻斯特Ⅱ;

7)测量温度和工作温度范围：5℃～150℃;

8)允许静液柱压力：≤100 MPa;

9)外形尺寸：长度1 260 mm,直径 Ф80 mm;10)质量：25 kg;

11)连续测量测速：≤600 m/h;

12)电缆：≤5 000 m(三芯);

13)信号传输速率：21 kbps。

图1 TSH下井仪结构

3 工作原理

TSH 噪声测井仪由地面记录仪 (В У Л К А Н)和下井仪短节构成。地面记录仪为俄罗斯地球物理公司生产的AMK2000测井系列通用地面记录仪,可与AMK2000系列各测井模块(含TSH噪声测井模块)组合测井,用于评价固井质量;下井仪短节TSH只可与GK L(伽马、磁性定位仪)组合测井。

3.1 地面记录仪工作原理[1]

地面记录仪由电源组件(三个电源变压器、电源板)、电源切换装置(继电器组件)、信号采集与处理单元(8道16位模数转换器、控制器、处理器、深度处理电路)组成,可配接俄罗斯地球物理公司生产的大部分单芯、双芯和3芯测井仪,主要用来对井下上传的信号进行处理和记录,工作原理如图2所示。

图2 地面记录仪工作原理

1)电源

地面记录仪采用三个电源变压器分别各面板和下井仪供电。电源采用线性稳流稳压设计,最高电压输出150V,最大电流输出0.5A,当电压、电流达到设计上限时,软件触发保护电路,使电源工作于稳流状态或稳压状态。电源输出采用程控继电器控制,可逐级加压。

2)电源切换装置

电源切换装置使地面记录仪可以选用内部电源或外部电源为井下仪供电。若采用外部电源为井下仪供电,软件会自动提示操作工程师对电源控制开关进行正确转换。

3)信号采集与处理单元

信号采集与处理单元主要由深度模块、模数转换模块和信号控制、处理模块(CPU)组成。

(1)深度模块

深度模块既可采集深度编码器脉冲信号,也可采集磁记号深度(MMD)模拟信号,同时可提供+5 VDC输出。深度信号由机壳后插头XP4引入,经深度模块处理后经USB接口进入计算机。

(2)模数转换器(ADC)

地面记录仪内有8个16位AD转换器,用于对井下上传的模拟信号进行数字化。8个AD转换通道中的前4道允许±200 V以下的同相电压输入,后4道输入范围为-5 V～+5 V,其中第8个用于采集张力信号。

(3)信号控制、处理模块(CPU)

控制信号由计算机通过USB接口发送给地面记录仪内的控制器,由控制器控制继电器接通下井仪电源,计算机同时控制处理器向下井仪发送指令。井下信号通过XP2和XP4接口进入记录仪,经放大、整形后进入处理器,处理后的信号经USB接口进入计算机显示和记录。

3.2 下井仪器工作原理

当套管外的流体发生窜流时,由于摩擦作用就会产生特征频谱的声音,并且导致井筒温度场的变化,使地温和井温梯度产生畸变。

TSH噪声测井仪配备了高灵敏度的水听器和温度传感器,可精确探测井筒噪声和温度场的变化。下井仪由噪声传感器 (Э П К-2)、温度传感器 (Д Т)、噪声放大器 (УШ4)、电源 (Б П4)、温度测量电路(И Т4)、控制器 (К4)和联接装置 (С У4)组成 ,信号流程及原理如图3所示。

图3 下井仪信号流程及原理

噪声信号经放大、滤波和整形后经由4个噪声通道与温度信号一起经模数转换后进入PIC-控制器,并经微控制器(MCU)处理后经联接装置和仪器上接头以曼彻斯特Ⅱ码方式沿测井电缆向地面传输。前置放大器放大倍数为100～2 000(40 dB～66 dB);滤波器采用低频8级滤波、高频4级滤波方式;球形压电陶瓷噪声传感器(Э П К-2)外覆聚四氟乙烯保护筒,筒内充硅油。由于采用了军舰、巡洋舰等军事设备的声纳级别(约 -183～193dB),Э П К-2 噪声传感器的灵敏度高达1 mV(-60 dB)。

4 操作程序

4.1 系统配接

把地面记录仪 В У Л К А Н平稳固定在测井工作车操作室 ,确保记录仪接地良好 ,并将开关“С Е Т Ь”置于“断开”位置。

按测井操作规程分别检查测井电缆、马笼头、转换接头和相关供电软连接线的通断、绝缘,然后根据图4所示进行系统配接。

图4 系统配接

首先按缆芯顺序(1、2、3、地)依次连接好测井电缆、马笼头、转换接头、GK L(CCL及 GR短节)和TSH下井仪;仪器连接好后,检查各连接部位,并根据仪器电气参数,检查缆芯与仪器的连通情况。

仪器连接好后,从绞车面板或编码器将A、B两道深度脉冲信号接入地面记录仪机壳后插头XP4的1B和3C端,再将来自绞车面板或张力计的张力信号接入地面记录仪后插头XP2的4B、5B端,最后将计算机与示波器分别用USB线和BNC线与地面记录仪连接好。确认上述连接无误后,接通地面记录仪和计算机供电电源(UPS),将地面记录仪上的开关“С Е Т Ь”置于“接通”位置,启动“Registration”测井软件,运行“WORKTABLE”,建立测井数据存储文件夹,加载与测井项目相对应的图版(服务表)进行图版参数调整和编辑。图版参数设置好后,在“registrator”菜单下选择“connect registrator”,下载硬件电路,建立地面记录仪与“Registration”软件间的通信连接。

硬件电路成功下载后,在“registrator”菜单下点击“Power supply”,给下井仪供电。操作员应根据仪器组合及电缆长度设置供电电压和电流值,一般设定缆头电压为50 V。供电电压设置完后,点击“power on”,接通下井仪电源(点击“power off”,则关闭下井仪电源);点击“Registration”菜单下的“start”选项 ,观察仪器工作状况和各频道曲线,并根据仪器反馈的缆头电压调节供电电压;点击“Registration setting”选项,调整记录参数并保存参数。

仪器工作状态正常后,对深度信号和张力信号进行配接。

4.2 刻 度

1)测前刻度

将刻度水箱放到平坦的地方,然后按图5所示将TSH下井仪放入安装有相态模拟装置(刻度器)的水箱内并固定好。向水箱加水,使液面达到刻度器气液出口位置(桶内标记处)。

图5 TSH噪声刻度

噪声传感器、液面和刻度器的相对位置调好后,用模拟电缆连接地面记录仪与TSH下井仪。供电,启动记录程序,启动刻度器电源,待仪器稳定工作3～5分钟后,观察屏幕上各噪声频道曲线幅度是否达到表1的规定值。

表1 噪声刻度频段频率-幅度对应关系

如果读数偏低,可微微转动TSH,使噪声传感器无障碍对准刻度器出水口,直到读数达到规定的误差范围内;如果读数的平均值偏离规定值25%以上,应检查仪器;若读数平均值在规定值25%以内,则完成测前刻度,将仪器断电,取出TSH下井仪。

2)测后刻度

完成测井后起出仪器,按测前刻度步骤进行测后刻度。比较测前刻度曲线与测后刻度曲线,若误差在25%以内,说明测井过程中仪器稳定。

4.3 测 井

1)地面准备

按正确顺序在地面组装下井仪器串,并在TSH下井仪上、下两端安装橡胶扶正器,确保仪器在井底处于居中状态。将地面记录仪上的开关“С Е Т Ь”置于“接通”位置 ,启动“Registration”测井软件 ,给仪器供电 ,检查仪器工作状态和深度、张力信号。

2)下放测量

确认下井仪工作状态正常且各参数设置正确后,以2 000 m/h～2 500 m/h的速度匀速下放仪器;点击“Registration”菜单下“Start recording”选项 ,启动记录进行下放测量。下放过程中注意观察井温、噪声的变化情况,测井主界面及曲线显示如图6所示。

图6 TSH测井曲线

3)上提测量

到达测量井段后,观察各噪声通道和温度显示是否正常。若正常,则以300 m/h～400 m/h的速度上提仪器开始测井,数据记录过程中,右击鼠标,选择菜单项“planshet options”,对曲线属性进行设置。

上提测量过程中,注意观察各噪声频道的噪声是否异常,如有异常应记录下异常的井段,待测量井段连续测量完成后,在“Registration”菜单下点击“stop recording”结束并保存记录,然后与解释人员研究异常井段的点测计划。

4)点测

仪器下放到异常井段的底部进行点测,每个点测量时间为3 min左右,每点应重复测量3次,取其平均值。测量点的间距一般为0.3 m左右。若异常点的点测噪声幅度无异常显示,应重复该井段的连续测量。

完成点测后,以低于3 000 m/h的速度起出仪器,进行测后刻度,保存好测井文件,按规定文件格式提交测井数据。

5 结束语

1)不同的流量和流速可以产生不同幅度的噪声,不同的噪声源以及不同相态的流动(单相流、双相流、多相流)所产生的噪声频谱也有差异,TSH主要根据噪声频谱来确定窜槽以及地层的出水段和吸水段。

2)由于井下流体组成成份的复杂性,噪声频谱会有明显的区别,但没有明显的界限划分,只是遵循一定的分布规律：产气井,噪声频谱主要集中在相对较高的1.7 kHz～4.5 kHz频段;出水井,噪声频谱主要集中在0.5 kHz～1.5 kHz的低频段;产油井,噪声频谱集中在产气井和出水井之间。一般情况下,气与油、气与水比较好区分;而油与水不好区分[4]。

3)TSH噪声测井可用于检查固井质量,尤其当发生窜流的小孔道和裂缝的尺寸超出了声波测井方法的灵敏度范围后,采用高灵敏度的TSH噪声测井方法所获得的水泥胶结质量比声波水泥胶结测井更具说服力。

4)根据井筒状况,TSH的正常测速为300 m/h～400 m/h,但为了减小仪器提升时由于碰撞和摩擦产生的噪声,通常还需要在噪声异常井段进行点测,其中每两个测量点的间距是1 ft,每个测量点的连续记录时间不少于3分钟。

5)TSH噪声测井仪不能进行方位测量,因而无法确定窜流所发生的方位。

[1] 郭海敏,戴家才.生产测井原理与资料解释[M].北京：石油工业出版社,2007

[2] 香港合创国际有限公司.AMK2000操作维修手册.2005(资料)

[3] 香港合创国际有限公司.井温噪声仪模块TSH操作手册.2009(资料)

[4] 香港合创国际有限公司.噪声测井解释方法.2009(资料)

Introduction of Russian TSH noise logging tool.

He Xiaodong,Chen Xiaodong,Xing Wei Chen Xiong and He Wenwu.

Noise logging is principally used for inspecting outside casing channeling,evaluating cementing quality,confirming the position of aquifer and gas reservoir production qualitatively,and so on.TSH logging tool comprises lift sub-head,centralizers,electronic circuit,noise sensor and temperature sensor.The recording noise frequency ranges from 100 to 20000 hertz and the recording temperature ranges from 5 to 150 centigrade.Combining with GK L logging tool,TSH logging tool can record noise,well-temperature,casing coupling signal and natural gamma ray.According to the borehole condition,TSH logging tool can take point measurement as well as continuous measurement.Noise spectrum is the most effective way to inspect outside casing channeling,but the recording well-temperature is also another important parameter to study outside casing channeling.

noise;channeling;sensor;well temperature;calibration;well logging

P631.8+1

B

1004-9134(2011)06-0029-04

何小冬,男,1974年生,工程师,1998年毕业于江汉石油学院电子仪器测量专业,现在川庆钻探工程有限公司测井公司陕北项目部从事仪器维修工作。邮编：400021

2011-09-06

高红霞)

PI,2011,25(6)：29～32

·方法研究·