?经验交流?
提高测井系统数据采集质量的几点建议
黄兆祥 郭麦成 沈利香
(江汉石油学院计算机科学系 湖北荆州)
摘 要:井下信息的获取即数据采集质量的好坏,直接影响到测井资料的质量和后续决策。现代电子技术的引入为提高数据采集质量提供了强大的技术支持。文章阐述了在滤波技术,抗干扰处理方法、电路与接口、软件程序等方面应注意的若干因素,提出了具体的运用原则、方法与措施,在实际测井中具有良好的应用效果。关键词:测井系统;数据采集质量;数字滤波;电磁干扰;数字信号处理器
中图法分类号:P631.6+3 文献标识码:B 文章编号:100429134(2004)022*******
1 引 言
在油田的生产过程中,要适时进行注产剖面动态监测,为不断正确认识油气层、改造油气层、评价措施效果提供依据,保证油水井的正常生产。同时,还要监测井身技术状况、套管状况,为油水井大修及检测工程施工质量提供依据。在开发过程中,需对储层参数进行监测,为进一步挖掘油层潜力、寻找剩余油分布提供理论依据。这些都需要利用测井系统来完成对井下信息的获取。
2 提高数据采集质量的几点建议
2.1 滤波技术的应用
测井系统的数据采集系统的框图如图1所示
。
图1 数据采集系统框图
数据采集系统所工作的现场及环境,往往会产生很多干扰信号,有时幅度很大,甚至比有用信号还大,这些干扰信号将直接影响测量精度和测量的可靠性。首先应尽量避免干扰的产生,当干扰不可避免时(如井下仪器经过电缆上来的信号,由于电缆存在一定的阻抗、容抗和感抗,信号都存在一定幅度的衰减,以及一定程度的畸变等),就必须考虑采取措施将它滤除,即对信号进行调理,将其对数据采集质量的影响降到最小。
通常,在进行信号调理时,首先针对信号的类型和频率,进行各种硬件方面的滤波。虽然硬件滤波器作为提高实时系统数据采集质量的措施之一,但是它和其它任何滤波技术一样,难以彻底抑制各种干扰,因此有必要进行数字滤波[1]。经典的数字滤波方法较多,有算术平均值法、超值滤波法、比较取舍法、滑动算术平均法、竞赛评分法以及一阶低通滤波法等。究竟采用哪种滤波技术应视具体情况而定。至少要考虑A/D 转换器的类型和信号的类型。如在测井数据采集中,根据测量机理的不同,不同项目测井数据的误差分布规律也不同,因此,针对不同项目测井数据进行滤波处理需采用不同的方法。首先,应该确定不同项目测井数据的误差分布特征,通过对标准刻度器进行大量采样,再对大量采样数据进行误差分析之后,确定其分布规律,然后,依据这个分布规律,确定相应的滤波方法[2]。2.2 抗干扰的处理方法干扰的产生和印制电路板设计有很大的关系,这里需要指出和补充几点。
(1)电路通常依据信号的走向,有的情况下要兼顾指令流程,由前级到末级依次排列。特别在高增益的多级放大器中和高频电路里,尤其应该注意,不要迂回往返排列,以避免无益的反馈和自激。
(2)高频元器件一般置于板的中间,公共地线靠近板的边沿以减少分布电容,滤波电容(如电源解耦)则靠边安装。
(3)个头较重的元件尽量靠近支撑印制板的固定
第一作者简介:黄兆祥,男,讲师,1976年生,1997年毕业于江汉石油学院自动化专业,硕士研究生,研究方向为计算机检测与控制。现在湖北荆
州江汉石油学院计算机科学系从事教学和研究工作。邮编:434023
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PETROLEUM INSTRUMENTS
2004年04月
处安装,或重心尽量低,不致使板面因受力而变形。板面难以承受的元件或零部件,最好另外固定于支撑架、机壳、或面板上,再用零导线使之与印制板上的电路相连。
(4)发热元件应安装在散热有利的位置,不要将发热元件挤在一起,以免造成内部温度不均衡。对散热量大的板,整个布局排列应有利于减少热阻。除了互相补偿者外,热敏元件不要靠近发热元件安装。
其它要求可以见参考文献[3~6]。
2.3 电路及其接口
信号处理电路中所用的数字电路器件不用的引脚应按照要求,该接地的接地,该接电源的接电源,不要悬空,以免造成逻辑上的混乱。
组合逻辑电路由于存在门电路的延迟时间和信号变化所需的过渡时间,电路有时将会不稳定地工作,即存在竞争和冒险,要采取相应的措施加以避免。
所设计的电路中,可能兼有TT L、CMOS、HT L(高阈值、高抗干扰电路)、EC L(发射极耦合快速集成电路)等组件,由于各种类型的集成电路工作电源不同,输入、输出的高低电平也不一样,因此,要注意它们相互转换的接口,以保证电路的可靠性[7]。
一般1个TT L组件可以推动8个TT L组件或10多个CMOS组件,而1个CMOS组件可推动1~2个TT L组件或20多个CMOS组件。
随着高性能井下仪,尤其是各种成像测井仪的推出和电缆高速数据传输技术的成熟,早期的ISA总线接口已不能满足系统对带宽的实际需要,为此,应根据需要,采用PCI总线方式。
2.4 软件技术
主要是针对单片机和数字信号处理器的程序,当程序运行紊乱时,需对系统复位,避免死机。可以在程序中采取相应的措施[8]。
2.4.1 软件陷阱
用引导指令强行将捕获到的跑飞程序引向复位入口地址,并在此处将跑飞程序转向专门对程序出错进行处理的程序,以使跑飞程序纳入正轨。
2.4.2 “看门狗”技术
当PC受到干扰失控而引起程序跑飞进入“死循环”时,指令冗余技术、软件陷阱技术均不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境,因此,通常采用程序监视技术,即“看门狗”技术(Watch dog)。利用“看门狗”技术可以不断监视程序循环运行时间,若发现时间超过已知的循环设定时间,则认为系统陷入了“死循环”,然后强迫程序返回到入口,并在入口处安排一段出错处理程序,使系统运行纳入正轨。2.5 电源供电
电源供电主要影响测井系统中的微机系统。电源的噪声对数据采集质量有着严重的危害性,特别是在采用交流供电的实时系统中(尤其井场附近抽油机的运动,或自备发电机发电时),电源噪声会产生电压的波动,而使系统产生随机误差。
如果把电源电压的变化持续时间定为Δt,根据Δt可把电源干扰分为:
(1)过压、欠压、停电:Δt>1s;
(2)浪涌、下陷:1s>Δt>10ms;
(3)尖峰电压:Δt为微秒级;
(4)射频干扰:Δt为毫微秒级。
这些干扰会使系统无法工作,严重的会毁坏系统。可使用稳压器、隔离变压器、滤波器等设备来解决,一般采用如下配置:
交流稳压器:用来保证供电稳定性,防止过压、欠压;
隔离变压器:高频噪声通过变压器主要是靠初、次级间寄生电容耦合的,因此,隔离变压器的初、次级间采用屏蔽层隔离,减少其分布电容,以提高抗干扰能力;
低通滤波器:滤掉造成干扰的高次谐波成分,让50Hz的市电通过;
整流器:将交流电压变成脉动的直流电压;
滤波器:用以消除50Hz的工频干扰,双T网络结构简单,对固定频率的干扰滤波效果好。
另外,还可以采用分散独立功能块供电的方法,在每块系统功能模块上都用稳压集成块组成稳压电源,不会因某块稳压电源故障而使整个系统破坏,减少了公共阻抗及公共电源的相互耦合,大大提高了供电的可靠性。
除了上述要对电源进行相关的处理以外,同时要设计电源的监控电路,当电源不满足工作需要时,应报警显示。
2.6 采用ASIC和DSP等新技术
早期的电路复杂,分立元件多。现在,现场可编程门阵列(FPG A)和复杂可编程逻辑器件(CP LD)都是近年来发展迅速的大规模可编程专用集成电路(ASIC)。可编程ASIC器件的使用,是电子产品领域的一场革命。它使设计的产品具有微型化、集成化、高可靠性、低功耗以及成本低、重量轻、体积小、工作速度快、保密程度高的特点。而FPG A器件的现场可编程技术和CP LD器件的系统可编程技术使可编程器件在使用上更为方便,并大大缩短了设计周期,减少了设计费用,降低了设计风险。
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2004年 第18卷 第2期 黄兆祥等:提高测井系统数据采集质量的几点建议
DSP 以数字信号处理为基础[9],因此具有数字处
理的全部特点:接口方便、编程灵活、稳定性好、精度高、可重复性好、集成度高。
采用DSP 技术,首先,克服了模拟电路为追求高精度而导致的一系列麻烦[10],如阻容器件的参数不一致造成在生产过程中需要对每个电路仔细调整,费时费工,不利于大规模的工业化生产等;第二,模拟电路的设计一般比较固定,要实现一个新的设计必须全部修改,而数字电路只需改动DSP 的软件就完成了新的改造,达到了快速、高效而且经济的目的;第三,用数字技术可以实现一些用模拟电路无法实现的特殊算法,如虚拟现实技术等;第四,减小设备或产品的体积。目前,石油仪器向着智能化和高速化发展,开始更多地使用ASIC 和DSP 的芯片及技术,以此来提高石油仪器数据采集的质量。
3 结束语
综上所述,本文从各个方面探讨了可能对数据采
集质量产生的影响。上述方法均在实际的测井系统中得到了应用,且收到了很好的效果。实际上,提到数据采集的质量还有选取A/D 转换器的位数和速度问题,当然,这在对信号处理合适的情况下才有意义。现在市场上可以找到合适速度和位数的A/D 转换器,如美国TI 公司2003年4月初推出业界最高速度的16位Δ-Σ型A/D 转换器ADS 1605,速度为5Mb/s (每秒百万次采样)。还有24位的A/D 转换器,也有速度达几百兆的8位A/D 转换器。总之,现代电子技术和A 2SIC 及DSP 等新技术为提高数据采集的质量提供了强
大的技术支持。参考文献
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术应用,2002,28(3)
[2] 顾洪代,李智林,刘甲辰.测井数据采集中滤波方法和参
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1999,25(4)
(收稿日期:2003-04-15 编辑:梁保江)
?信 息?
未来石油和天然气开采中非常规油气藏作用与日俱增
常规油气藏是指那些不需要进行大规模的增产激励处理或特殊的开采技术,就能以经济的流量进行开采,并能生产出具有商业价值的油气流的储藏。常规油气藏一般具有中-高渗透率。非常规油气藏是指那些不借助大规模的增产激励处理或特殊的开采方法和技术,就不能以经济流量进行生产或不能生产出具有商业价值的油气流的油气藏。典型的非常规油气藏如致密含气砂岩、煤层甲烷、重油和含气泥岩等储藏。
按照Masters 和G ray 等学者1979年提出的资源三角形的概念,石油和天然气资源在自然界中是呈对数正态分布的,就象其它自然资源如金、铜和铝一样。因为自然资源是呈对数正态分布的,储存在非常规油气藏中的石油和天然气的量比在常规油气藏中发现的石油和天然气的量要大得多。
在下一个十年,随着常规石油产量开始下降,世界各国从非常规石油和天然气储藏开采油气将更加重要。对非常规油气藏的开发,石油和天然气工业要在特殊的油藏工程、特殊的完井方法、增产处理方法、水平井/多分枝井技术、先进的钻井技术以及特殊的测井地层评价方法等方面给予足够的重视。
(CP L 技术中心实验室信息组供稿)
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PETROLEUM INSTRUMENTS
2004年04月
K ey Words :combination well logging ,PCM sub ,continuous inclinometer ,single chip computer
Lu Xiaoli and Fan Jixiang.Development of HH -2rotary side w all coring tools.PI ,2004,18(2):50~51
HH -2rotary sidewall coring tool is an electromechanical integrative equipment to obtain coring in the direction perpendicular to borehole wall.The coring tool is developed on the basis of HH -1rotary sidewall coring tool ,and an az 2imuthal measurement system is enhanced to realize three dimensional determination of core position.The tool core is sin 2gle chip computer ,and the system control is enhanced and reability is improved.The coring tool mainly finishes data ac 2quisition ,control ,calculation ,analog output.The thoery for three dimensional coring of HH -2rotary sidewall coring tool and circuit disign are analyzed.
K ey Words :azimuth ,dip ,accelerometer ,magnetometive force ,sidewall coring
Liu Hongsheng ,Zhang Rongfei and Xu Qingying.Improvement of the calibration method for cement bond log 2ging and overcome of the base line shift.PI ,2004,18(2):52~53,56
The calibration position of cement bond log (CBL )is hard to be determined ,the author analyzes the reason causing the problem and improves the current calibration method ,realizing CBL successful calibration in one run ,making the nor 2malization and autocommunization of CBL calibration possible ,and reducing the influence by induced factors.Aiming at the problem of base line shift of CBL ,the author develops a method that uses software to trace the actual CBL signal base line.The method ensures that the CBL results reflect the actual cement bond quality and it is proven reliable and effec 2tive by practical applications.
K ey Words :cement bond log ,calibration ,base line shift ,SKH2000logging system
Cheng Min ,Peng Wusheng ,Zhao Jing ,Wang Minggen and Wu Fujian.Reexamination and investigation on old oil well in H aian depression region.PI ,2004,18(2):54~56
Many new polytechnic methods such as stratigraphic correlation ,productivity evaluation ,thin bed ,subtle measure 2ment ,etc.are used to determine and evaluate fluid property in comprehensive interpretation to raise its interpretation rate and describe productivity in recent years ,and get a good result ,many neglected hydrocarbon reservoirs are rediscovered ,revised one after the other.With these ways ,we have reexamined and reinvestigated the old wells in Haian depression ,and have enhanced explanation conclusions of the 15wells ,i.e.30floors and 90meters in thickness.A6and A13made this region add 250000tons in oil control reserves.
K ey Words :old well reexamination ,Haian depression ,productivity evaluation ,stratigraphic correlation ,incremental oil control reserves
G ao Ping ,Diao Lintao ,Xia Guohong and Hou Weidong.Improvement on the perforation joint formation testing installation and its application.PI ,2004,18(2):57~58
The perforation joint formation testing is one of the advanced well 2completing test technique ,with the joint operation technique ,we can acquire characteristic parameters of formation fluid on dynamic condition.Aiming at the technique low success ratio in deep well operation ,we improve the perforation joint formation testing installation.The paper introduces concrete measures to improve and application effect of improved installation.
K ey Words :pipe string ,shock absorber ,bypass unit ,pressure differential unit ,seal nipple
Guo Lili ,Gong Jian and Wu Fujian.Analysis on the causes of perforation depth errors and their treatment measures.PI ,2004,18(2):59~61
Perforation quality is continuously puzzled by the accuracy of perforation depth.There are many factors causing the errors of perforation depth ,mainly arise from the process of well logging and perforation practice ,and the accumulation of errors will influence the accuracy of perforation depth directly.Aiming at these factors ,the paper analyzes direct causes causing perforation depth errors ,and gives concrete measures and suggestions to reduce the errors.K ey Words :well logging ,perforation ,perforation depth error
Huang Zhaoxiang ,Guo Maicheng and Shen Lixiang.Several suggestions on improving data acquisition quality of well logging system.PI ,2004,18(2):62~64
The influence factors of data acquisition quality in well logging system is analyzed ,and the improvement measures in the system handware design and software program is introduced.The methods introduced in the paper have been used to practice and obtained good results.
K ey Words :well logging system ,data acquisition quality ,signal processing ,anti 2interference ,new technology
?Ⅳ? PETROL EUM INSTRUMENTS Apr.2004
石油工程测井基本名词解释
一、名词概念 1.Well logging 测井:油气田地球物理测井,简称测井welllogging,是应用物理方法研究油气田钻井地质剖面和井的技术状况,寻找油气层并监测油气层开发的一门应用技术。 2.Electrical logs 电法测井:是指以研究岩石及其孔隙流体的导电性、电化学性质及介电性为基础的一大类测井方法,包括以测量岩层电化学特性、导电特性和介电特性为基础的三小类测井方法。 3.Acoustic logs 声波测井:是通过研究声波在井下岩层和介质中的传播特性,来了解岩层的地质特性和井的技术状况的一类测井方法。 4.Nuclear logs 核测井:是根据岩石及其孔隙流体的核物理性质,研究钻井地质剖面,勘探石油、天然气、煤以及铀等有用矿藏的地球物理方法,是地球物理测井的重要组成部分。 5.Production logs 生产测井PL:泛指油气田投产后,在生产井或注入井中进行的一系列井下地球物理观测。它是监测油气田开发动态的主要技术手段,是油气田储集层评价、开发方案编制和调整、井下技术状况检测、作业措施实施和效果评价的重要手段。根据测量对象和应用范围,生产测井大致可分为生产动态、产层评价和工程技术三类。 6.Apparent resisitivity 视电阻率:把电极系放在井中某一位置,能测得该点的一个电阻率值,该值受井眼、围岩、泥浆侵入等环境影响,不等于地层的真实电阻率,称为视电
阻率。当电极系沿井身连续移动时,则可测得视电阻率随井身变化的曲线。这种横坐标为视电阻率R a,纵坐标为深度H的曲线叫视电阻率曲线。 7.Reservoir 储集层:在石油工业中,储集层是指具有一定孔隙性和渗透性的岩层。例如油气水层。 8.increased resistance invasion 高侵:当地层孔隙中原来含有的流体电阻率较低时,电阻率较高的钻井液滤液侵入后,侵入带岩石电阻率升高,这种钻井液滤液侵入称为钻井液高侵,R XO