LOGIQ双侧向测井仪检测系统研制

于 淼，杨建明，张金贵，王 慧，唐 涛

(1中国石油集团测井有限公司大庆分公司 黑龙江 大庆 163412；2. 中国石油集团测井有限公司长庆分公司 陕西 西安 710000)

0 引 言

LOGIQ双侧向测井仪是哈里伯顿公司LOGIQ系列测井仪中的电法仪器，得到广泛的应用。LOGIQ双侧向测井仪发生的故障以机械故障和电路故障为主，目前对于仪器的维修存在诸多问题，如不能对单支仪器进行单独检测；不能直接读取探头的模拟信号，进行精细检测；仪器刻度换档时受接触电阻的影响大，容易造成刻度值偏差等问题。为了解决这些问题，提高仪器维修的时效性和维修质量，研制了一种功能齐全、使用便捷的LOGIQ双侧向仪器检测系统。

1 LOGIQ双侧向测井仪的结构组成

LOGIQ双侧向测井仪包括4个部分[1]：双侧向电源和遥测短节、双侧向线路、双侧向探头、微球探头。双侧向电源和遥测短节包括4个直流-直流转换器、数据采集和传输板、以太网接口板、模拟接口板和电机控制板。双侧向线路部分包括处理深侧向LLD、浅侧向LLS以及微球MSFL的大部分电路。双侧向探头包括深侧向和浅侧向电极阵列、深侧向和浅侧向前置放大电路以及波纹管组件。双侧向探头由13个电极(测量电极、屏蔽电极和监督电极)组成，电极之间用橡胶绝缘材料隔开。微球探头包括压力平衡单元、井径电位计、马达和2个可伸缩臂。压力平衡单元是活塞式压力平衡机构，马达传动给滚轴丝杠，带动2个可伸缩臂，其中一个伸缩臂上安装微球测量极板，该极板由5个同心电极环构成电极阵列。

LOGIQ双侧向仪器结构如图1所示。

图1 LOGIQ双侧向仪器结构图

2 目前检测与维修中存在的问题

2.1 不能对单支仪器进行检测且仪器配接工作量大

双侧向测井仪一旦发生故障[2]，不能对单支仪器进行检测与维修，维修过程需要配接多个功能模块及仪器短节，包括地面采集系统、遥传系统以及双侧向测井仪的4支仪器短节，并且连接刻度电阻网络进行刻度。存在工作量过大,资源浪费等问题。整个井下检测设备连接长10.1 m, 重达182 kg，刻度盒至少连接1～10 000 Ω·m 中的一个电阻网络盒，每个电阻网络盒有15 个插孔，每个插孔需要连接相应的连线。每次换档时都需要交叉互换插孔，给双侧向测井仪的维修和检测带来很大的工作量和不便。

2.2 仪器刻度过程受接触电阻影响大，容易造成刻度值偏差

哈里伯顿的LOGIQ 双侧向测井仪以4个无限均质地层模拟电阻网络(1、100、1 000、10 000 Ω·m )作为双侧向仪器的二级刻度装置，对双侧向仪器进行外刻后经系数传递才能进行测井。这种刻度方法虽然可以消除探头引起的误差，但是刻度过程过于繁琐。另外，每个刻度电阻网络盒有多个插孔，每个插孔都需要连接相应的连线与仪器相连，仪器刻度换档时需要交叉互换插孔，受接触电阻的影响大，容易造成刻度值偏差。

2.3 仪器维修过程中不能做到精细化检测

仪器维修的刻度过程中，不能直接对探头的模拟信号进行读取，只能在地面采集系统内读取刻度值，并与以前刻度值进行对比，才能判断仪器的工作状态是否正常，不能做到精细化检测。

3 检测系统总体设计方案

针对目前LOGIQ双侧向仪器检测与维修遇到的问题，从LOGIQ双侧向测量原理出发，根据其电压、电流的测量方法，实现对LOGIQ双侧向仪器线路的供电、相关电压、电流的测量、采集、数字化、显示以及存储等功能，从而研制功能齐全、使用便捷的LOGIQ双侧向电阻率仪器维修检测系统。系统总体设计方案如图2所示。

图2 总体设计方案框图

该检测系统主要由两大功能模块组成，包括双侧向模拟面板和双侧向采集测试面板。双侧向模拟面板与双侧向测井仪相连接，双侧向测井仪与双侧向采集测试面板相连接。双侧向采集测试面板利用双侧向模拟面板内的地层模拟电阻网络模拟真实的地层电阻率，并将仪器测量数据进行数字化处理，达到室内检测的目的。

4 实现方法

4.1 双侧向模拟面板

双侧向模拟面板主要包括3个部分：前置放大电路、地层模拟电阻网络、波段开关控制电路。

4.1.1 前置放大电路的实现

前置放大电路由工作原理相同的深侧向和浅侧向放大电路两部分组成，主要作用是放大主监督电极(浅M1M2，深M1M3)检测到的电位差信号，工作电压±15 V经过电容滤波为其供电。主监督电位差信号都是先经过一变压器隔离耦合，再经过放大器HAI-5104进行放大。正端输出对负端输出的测量增益G=50。

4.1.2 地层模拟电阻网络的搭建及波段开关的使用

LOGIQ双侧向地层模拟电阻网络[3]分为4组。1、100、10 000 Ω·m 3组作为主刻度，1 000 Ω·m 作为外刻校验档位。其电阻使用高精度高稳定性的精密线绕电阻，阻值参考LOGIQ 双侧向地层模拟电阻网络盒的电阻，单个电阻的误差控制在0.5%以内。波段开关控制地层电阻网络框图如图3所示，4组地层模拟电阻网络通过波段开关[4]控制电路实现自由换挡，有效避免了原有电阻网络每次换档时通过插拔方式交叉互换插孔造成接触电阻大的问题。

图3 波段开关控制地层电阻网络框图

4.2 双侧向采集测试面板

双侧向采集测试面板主要包括两个部分：低压电源及电源滤波电路和数据采集及通讯控制电路。

4.2.1 低压电源及电源滤波电路

低压电源及电源滤波电路主要提供侧向工作电压和测试盒控制板工作电压。各电压经过共模电感以及相关的电容滤波后，其中侧向工作电压±15 V分两组，一组提供给功率放大板使用，另一组提供给侧向和微球相关控制板和测量板使用；+24 V电压用于各测量板驱动继电器；+5 V用于测试盒控制板和侧向微球相关工作电压；两组+3.3 V分别从+5 V经过稳压块取得，主要用于ARM芯片工作使用。

4.2.2 数据采集及通讯控制电路

该电路主要功能是实现数据采集，并进行模数转换和下发命令控制、侧向工作模式及显示屏显示和触摸控制等功能。数据采集及通讯控制框图如图4所示。

图4 数据采集及通讯控制框图

如图4，对双侧向深、浅电压及电流模拟信号进行采样、保持，输入到高性能模拟多路复用器,经过该通道选择后的模拟信号由运放OP1177进行跟随放大输出。再进入到分辨率为0.305 2 mV的16位模数转换器，对采样保持后的信号进行数字化处理，转换后的数值输出到ARM芯片STM32F207VG，在其内部进行乘以0.305 2就是所得的输入信号模拟值。ARM[5]控制器STM32F207VG负责调度处理，负责USB 模块调度、TFT 触摸屏模块控制、按键处理模块控制以及AD 信号处理等之间的调度等功能。

5 检测系统与LOGIQ地面采集系统对比验证

5.1 刻度对比

用LOGIQ双侧向测井仪检测系统(简称检测系统)与哈里伯顿LOGIQ 地面采集系统(简称地面采集系统)配合相应的地层模拟电阻网络，分别连接同一套双侧向测井仪进行刻度[6]对比分析。从双侧向测井仪接收两个基本信号Ve(深浅电压信号)和Ia(深浅电流信号)，该基本信号通过相应传导公式和计算方法，分别对每组地层模拟电阻网络刻度计算出电阻率值。计算结果见表1。

表1中，Deep表示深侧向信号，Shallow表示浅侧向信号，RD为计算后的深电阻率，RS为计算后的浅电阻率。在1、100、1 000、10 000 Ω·m 4组地层模拟电阻网络下，该检测系统与LOGIQ地面采集系统由深浅电压电流信号通过相应传导公式计算出的深浅电阻率结果与该地层电阻网络标准值计算偏差值，满足双侧向地层模拟电阻网络最大允许偏差值的要求。

表1 检测系统与LOGIQ地面采集系统对仪器刻度对比

5.2 精细化检测对比

LOGIQ地面采集系统不能直接对双侧向测井仪的深浅电压、电流模拟信号进行读取。研制成功的LOGIQ双侧向测井仪检测系统对双侧向测井仪进行刻度时，可以实现深电压Vd、深电流Id、浅电压Vs、浅电流Is模拟信号的采样、保持、数字化，并且可以直接在触摸屏上显示、记录。两种系统对仪器刻度模拟信号记录对比见表2。

表2 检测系统与LOGIQ地面采集系统对仪器刻度模拟信号记录对比

6 结 论

LOGIQ双侧向测井仪检测系统通过重新设计前置放大电路，有效消除了传输过程中产生的干扰信号。采用ARM为核心的数据采集和传输系统实现了仪器的状态转换、模拟数据的采集处理等功能，实现了深浅侧向电压、电流模拟量的精确测量，实现了精细化检修。通过采用高精度电阻搭建刻度电阻网络以及波段开关的使用，实现了刻度电阻网络自由换档，有效解决了接触电阻大影响刻度结果的问题。该检测系统的成功研制使仪器检修不需要再配接各个功能模块及仪器短节，实现了对单支仪器进行单独检测，有效解决了资源配置浪费的问题。