超越地面系统声波测井模块设计

王德平

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163412)

0 引 言

固井质量的准确评价对油气田勘探开发和产能建设具有十分重要的意义。八扇区水泥胶结测井仪(SBT)是近几年发展起来的新一代径向固井质量评价测井仪器，它主要用于油、水井的固井质量评价。大庆油田的八扇区水泥胶结测井仪主要使用PHASE 地面仪完成测井任务。PHASE 地面仪经过十多年使用出现许多问题，现在仅有两套能够维持生产，并且不能提供原始测井数据，严重制约了SBT 仪器的应用。超越地面系统［1］是大庆测试技术服务分公司研发的新一代地面系统。为了进一步满足声波测井需求，测试技术服务分公司在超越地面系统上开发了声波模块及相应的现场测井软件［2、3］，配接了八扇区声波测井仪。

1 声波测井模块硬件设计

声波测井模块可以插入超越地面采集系统PXI 机箱除零槽外任何一个槽位，其系统配置原理框图如图1 所示。

图1 声波测井模块系统配置设计原理框图

声波测井模块硬件电路主要包括声波测井信号前端硬件处理电路设计，声波测井信号程控增益放大，声波测井信号同步识别电路设计，套管波首波CBL 数据采集及全波列测井信号VDL 数据采集控制电路设计，高速A/D 数据采集及缓存电路设计，脉冲计数(主要针对八扇区水泥胶结SBT 测井信号传输序列中伽玛探测器负脉冲)电路设计，声波自检信号设计，示波器增辉控制及测井信号通道显示选择等。另外，还包括嵌入式系统CPU、大规模现场可编程门阵列FPGA 等外围基础电路设计。利用虚拟示波实时显示及控制技术，显示各关键点波形来进行信号调节控制。声波测井信号经过带通滤波器和程控增益放大，送入高速A/D 转换器，由FPGA根据同步信号的判别，控制A/D 转换器的启动和停止。每个子周期的首波幅度或全波列A/D 转换数据，通过FPGA 时序控制先存入到FPGA 内部FIFO 中，通过申请PowerPC 中断，由嵌入式CPU 读取采样数据，并根据组帧要求存入到扩展RAM 区，由地面嵌入式主机读取。3 ft(1 ft=304.8 mm)子周期A/D 转换的数据采集及控制同八个扇区一样，需要对套管波首波幅度进行数据采集。5 ft 子周期的A/D 转换的数据采集及控制同样由FPGA判别出同步信号，对套管波和地层波进行全波列数据采集，声波测井模块原理框图如图2 所示。

图2 声波测井模块设计方案原理框图

2 声波测井模块软件设计

声波测井软件是基于Win32 开发平台，运用面向对象开发技术、图形图像技术、VC + +2010 开发环境而开发的用于超越地面系统的声波现场测井软件。软件基本运行环境为Windows 环境。声波测井软件的总体方案设计结构框图如图3 所示。软件采集8 个扇区幅度值，从1 扇区到8 扇区展开，根据绘图宽度采用相邻两点的线性插值算法增加数据，再根据数据值大小按5 个灰度级绘出2 ft 胶结图。测井软件根据绘图宽度间隔提取成像数据，再根据数据值大小按5 个灰度级绘出VDL 图像。5 个灰度级采用自定义方式，用一个值为布尔型的三维数组表示。

超越声波测井软件主程序设计流程如图4 所示。超越声波测井软件建立测井服务以后，如果各通道控制参数符合测井要求，则进行声波测井现场刻度，现场刻度以后便开始测井，在测井过程中禁止修改声幅增益及各种控制参数，测井数据保存为标准LAS 格式。

图3 声波测井软件的总体设计方案结构框图

图4 超越声波测井软件主程序设计流程图

3 声波测井模块的采集控制与成像处理

超越声波测井模块可以实现八扇区声波测井仪的数据采集、实时处理、数据成像、回放处理及打印等功能。下面主要对数据采集和数据成像处理进行简单介绍。

3.1 声波采集控制

测井软件在采集控制上可以根据实际需求设置声幅测量通道的同步放大、声波幅度放大、同步门槛、脉冲信号GR 门槛、各子周期采样延迟和采样宽度等参数，实现对仪器信号的放大，对声波波形的单独放大，控制所需信号的采集，通过设置同步门限电平和同步脉宽可以排除同步干扰信号，通过设置GR 门限电平和GR 滤波上下限采集准确的GR 脉冲信号、排除干扰。

虚拟示波器能实时观察各子周期(1 ～8 扇区、3 ft、5 ft 波形)全波列信号，通过两条红线可以清晰地看到各波形所采集的波段，方便操作员准确控制信号的采集，录取优质测井资料。

3.2 曲线与成像处理

2 ft 胶结图绘制:实际采集8 个扇区幅度值，从1 扇区到8 扇区展开，根据绘图宽度采用相邻两点的线性插值算法增加数据，再根据数据值大小按5 个灰度级绘出胶结图。

VDL 全波列成像绘制:VDL 波形采集从200 μs 到1 200 μs，每微秒采样一个点，共采样1 000个点，根据绘图宽度从1 000 个点间隔提取成像数据，再根据数据值大小按5 个灰度级绘出VDL 图像。

5 个灰度级采用自定义方式，用一个值为布尔型的三维数组表示。

声波测井软件界面包括软件整体框架、菜单、工具栏、状态栏等，整体设计规范、合理、易用、重点突出、容错能力强。软件操作简单、实用、易学，便于操作员掌握。

4 应用效果

在超越系统下用声波模块进行了十几井次的现场试验，与引进的PHASE 地面系统做了对比试验。试验结果表明声波测井信号同步识别稳定可靠，录取的测井数据准确可信，模块录取的结果与PHASE 地面系统录取结果相近，所以说设计的声波模块完全能满足八扇区水泥胶结声波测井仪器测井要求。测井曲线见下图5。图中可以看出声波模块录取的CBL 曲线、2 ft 曲线在水泥返高、胶结不好的位置均有清晰的反应，2 ft 成像、VDL 成像能直观反映水泥胶结的好坏。

图5 实际X337 -X495 井测井效果图

5 结束语

本文中设计的基于超越地面系统的声波测井模块可以准确地录取SBT 声波仪器的测井数据，实现了对测井数据的实时采集、实时处理、数据成像以及数据的回放处理及打印等功能。 声波自检信号、虚拟示波技术、数字化滤波技术等关键技术的应用使得声波信号的调理简单便捷，测井数据采集、处理可靠。试验结果表明声波测井模块可以很好满足八扇区声波测井需求，达到了设计目的。声波测井模块的开发使得超越地面地面系统拓展了仪器配接范围，在大庆油田具有一定的推广前景。

［1］侯勇慧，王永震，马水龙，等.超越数控生产测井地面系统［J］.测井技术，2011，35(1):67 -68.

［2］克罗匹.C 语言教程:模块化程序设计(第2 版)［M］.罗铁庚译.清华大学出版社，2004，9.

［3］宋建华，王亚杰，等.HH -2530 成像测井系统的结构特点及应用［J］.石油仪器，2006，20(5):32 -34.

［4］唐 伟，陈 全等.数控生产测井系统的装备技术与展望［J］.江汉石油职工大学学报，2007，20(4):81 -44.

［5］周树槐，韦克平.数控测井系统小型化和模块化设计［J］.电子测量技术，2006，29(4):57 -58.