哈里伯顿BCAS-I测井仪改进

王 辉，韩文健，李 斌，王源涛，吴 斌，刘宏明

(中国石油测井有限公司长庆分公司 陕西 西安 710201)

0 引 言

BCAS阵列声波是Halliburton公司的过渡性产品，其设计存在一些固有缺陷，如发射能量弱，从而容易受到干扰，信噪比差。实际应用中，在井况较差的井段较难获取理想的声波时差曲线[1]。针对Halliburton声波测井仪器的结构复杂、内部接头多、维修困难的情况，从减少内部接头、简化内部结构、增大晶体的发射电压与信号放大倍数等方面进行改进，提升仪器的测井性能，同时降低成本，便于维修。

1 BCAS阵列声波的改进

1.1 声系的改进

原装进口BCAS声系结构复杂、内部接头多，插针密集，多次出现绝缘与通断问题；上发射晶体骨架设计有缺陷，其机械结构较脆弱，在长庆油田的实际测井应用中已出现3次晶体骨架断裂事故，导致仪器灌肠[2]。

对声系进行国产化改造， 借鉴EILog声系结构设计方式，采用皮囊代替原装仪器中的金属软管与活塞，减少内部接头、简化内部结构，机械强度增强，同时便于维修与保养[3]。

1.2 发射、接收晶体的选定

发射晶体选用新型BSAT仪器的标准，增大晶体的发射电压，把BCAS仪器选用的4个并联发射晶体更改为1个国产新型发射晶体[4]，为了增大发射能量改为2个并联发射晶体。发射晶体如图1所示。

在改进发射晶体的同时，接收晶体要与发射晶体匹配，选用与发射晶体一致性较好的接收晶体。要求输出声波信号基线干净，首波幅度大，整体波列光滑无失真。如图2所示。

图1 发射晶体

图2 接收晶体

1.3 发射变压器比例的选定

发射变压器根据新型发射晶体的参数与发射板的发射电压幅度进行调整，把原装BCAS声系的发射变压器比例1∶4改成国产声系所发射晶体需的1∶4.7，使发射晶体的电压到达1 400 V。

1.4 接收电路的改进

对测井曲线中首波较小的情况进行系统地分析，通过调整接收电路的输入端电阻(R31,R33,R35,R37,R52)，把阻值从422 Ω调整到1 kΩ，从而使输入到运放的声波信号幅度变大，首波变大。

针对原装进口BCAS仪器测井曲线的基线干扰较大，参考原装进口接收板的设计方案，改进国产接收板，增加一组带通滤波，以减少基线干扰。

1.5 发射电路的改进

原装BCAS仪器的发射板上的发射电压只有140 V，经发射变压器1∶4放大后只有560 V加载到发射晶体上，致使接收到的声波信号能量弱。国产发射板通过调整发射电压幅度，使发射电压到达300 V。为减小发射干扰，在发射变压器前加一个旁路电容，解决了发射干扰[5]。改进发射电路如图3所示。

1.6 在水槽中的调试

上线路使用国产发射板、下线路使用原装发射板，铝槽测试时，发现上发射T1的接收波形第四道(TIR4)、第五道(TIR5)有前移现象。如图4所示。在检查发射电路时发现发射电压有干扰，通过在电路上增加一个旁路电容解决问题[6]。调试后波形如图5所示。

图3 增加旁路电容的发射电路(部分)

图4 TX1接收波形第四道、第五道前移

图5 发射电路加旁路电容的波形

2 改进后的BCAS声波应用效果

用改进后的声系和下电子线路与原装BCAS上电子线路组合，测井实验(改进后的BCAS命名为806号声波)。仪器测井曲线如图6所示。

对比发现，从比值上看，国产806号BCAS仪器测井值较787号整体偏高十几个；从相似相关性看，806号BCAS更好些。

图6 某井806号与787号BCAS测井曲线

室内铝槽测试波形，在增益设置×10时，原装接收板的波形信号明显限幅。更换上线路的原装发射板与接收板，使用国产发射、接收板，测试波形正常。

在长庆油田的某油井，验证国产806号BCAS仪器，对比仪器为原装进口787号BCAS仪器。国产806号BCAS仪器在马家沟灰岩段测井值较787号偏高，其他层位值基本相同。如图7所示。

图7 某井806号与787号BCAS测井曲线

随后声系改造，使用双发射晶体，发射变压器改成1∶4.7，发射电压调成300 V。在该油井验证806号BCAS仪器，对比仪器为原装进口781号BCAS仪器。两支仪器测井曲线基本重合，但改进后的声波首波更清晰，幅值大，信噪比高，抗干扰能力强，曲线合格。如图8所示。

图8 改进后的806号与原装781号BCAS测井曲线对比

3 结 论

国产声系与原装上下电路的匹配的问题可按照BSAT仪器的技术标准，在原装电路板上进行调整，使之按照INSITE接口标准，能与其它仪器组合。接收电路调整输入到运放的声波信号幅度，同时增加一组带通滤波，减小基线干扰。测井时查看首波幅度，幅度较小时，可调大输入电阻。国产声系所使用的发射晶体与接收晶体根据实验要达到一致性，解决声波时差跳与井底值偏高的问题

国产声系的改造成功，合理利用BCAS仪器因声系损坏而无法使用的电路，减少了外购周期内无仪器上井对生产的影响，同时节约了购置成本。通过对BCAS声波的改进，弥补了原装仪器设计上的固有缺陷，提高了仪器的信噪比和抗干扰能力，在长庆油田的应用中已经取得了较好的应用效果。