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随钻电阻率测量技术研究(一)_电子信息工程毕业论文范文

发布时间:2015-03-16 来源:人大经济论坛
随钻电阻率测量技术研究(一)_电子信息工程毕业论文范文 随钻电阻率测量技术研究 张振华 摘要:随钻测井LWD(logging while drilling)是在钻井的过程中,同时进行的用于评价所钻穿地层的地质和岩石物理参数的测量,主要有电阻率、放射性、声波及核磁等随钻测井技术。本文简要的介绍了贝壳NAVITRAK的结构组成;主要分析了补偿式天线和电阻率电子部分的工作原理。 关键词:LWD;电阻率(MPR);衰减;相位;SONDE;PADDLE 1 前言 由于油田区块的开发己经到了中后期,为了开发薄油层以及残余油,地质导向仪器己经变得相当重要。另外这些区块的地质构成及地层描述都已相当清楚,再利用邻井的测井资料,就可以定性和定量描述开发地层的地质构成、各层位的孔隙度、地层骨架的岩性及密度。在这种情况下,只要使用MWD+自然伽玛+电阻率组成的LWD,就可以满足定向轨迹测量和地质导向的要求。 图1 贝壳休斯LWD井下仪器示意图 2 NAVIMPR仪器简介 贝克休斯公司(Baker- Hughes)的随钻测井系统NAVIMPR的井下仪器主要由脉冲发生器(UPU)、探管(PROBE)、M30短节、MPR电阻率和井斜伽玛(SRIG)几大模块组成,探管由整流模块(SNT)、驱动模块(SDM)、存储器(MEM)、定向模块(DAS)和伸展电子连接头(EEJ)等组成,仪器总长13. 02 m。井下仪器示意图如图1所示。仪器中有一个涡轮发电机,钻井液冲击涡轮产生交流电,经SNT整流后,供给各个电路模块。MPR( Multiple Propagation Resistivity )有4个发射极、2个接收极,可以发射和接收频率为2 MHz和400 kHz的两种脉冲,考虑到相位延迟和衰减,共可接收32种脉冲信号。由4个发射极向地层分别发射2 MHz和400 kHz的电磁波,不同岩性的地层对电磁波的相位延迟或衰减不同的,从而通过泥浆脉冲经过地而传感器传到地面设备中,进行解码。 MPR技术的引进提高了电阻率测量的精度,增强了薄层及其流体界面划分的能力,使储层综合解释及详细的油气水分析技术得到改进及完善。 3 随钻电阻率测井原理 根据物理学,凡能在电场中极化的物质叫电介质。物质的介电性质也就是它的极化能力,用介电常数来表示。通常,泥饼的介电常数大于地层的介电常数。因此,在泥饼和地层之间会产生全反射,一部分波经泥饼传播;另一部分波进入地层,并沿泥饼和地层的界面传播,即所谓的侧面波。测量侧面波的幅度衰减和相位变化,就可求得地层的介电常数和电阻率。电磁波传播测井仪器采用双发双收补偿式测量(如图2)。 图2 MPR双发双收补偿式天线 3.1衰减的测量与补偿 电磁波在介质中传输能量衰减。衰变或衰减速度与介质(地层)的导电率成正比。衰减(有时称为振幅比)是根据两个接收天线所检测到信号的振幅计算得来的,和发射天线的距离有关。量化衰减水平最常用的单位是分贝(dB)。“振幅比”定义为: 振幅比=20 X log () (1) 其中,A代表振幅,单位是伏特。 T1天线发射,近接收天线(R1)和远接收天线(R2)分别测得电压信号,根据公式1得到的振幅比分别为A11和A12。T2天线发射,近接收天线(R1)和远接收天线(R2)分别测得电压信号,根据公式1得到的振幅比分别为A22和A21。在T1和T2交替发射一次后,得出补偿后的衰减值: 在高导电率地层,由于远接收器信号振幅比近接收器信号振幅弱,远接收器的衰减较大。电阻率高时,发送器信号衰减较少,远接收器振幅将只比近接收器振幅小一点。 3.2 相移的测量与补偿 电磁波在介质中传输除了有能量衰减,还有相位的移动。如图3所示。T1天线发射,远接收天线测得的相位差为P12,近接收天线测得的相位差为P11;T2天线发射,远接收天线测得的相位差为P21,近接收天线测得的相位差为P22。在T1和T2交替发射一次后,得出补偿后的相位差值为: 虽然电磁波的传播速度一般被认为是一个常数(300,000千米/秒,通常被认为是光速),但这是实际上仅适用于在真空里传播的电磁波(EM)。在电导体中,传导电磁波的速度依照材料导电性的比例放慢。扩散波的波长、频率和速度都通过以下方程式联系在一起: V = ω * λ 或 V = 2πf * λ 电磁波在高阻地层中的传播速度比在低阻地层快。因此,仪器传送的信号在较高电阻率地层将有更长的波长,在较低的电阻率地层有较短的波长。 图3 相位信号示意图 4 随钻电阻率工作原理 MPR短节由探管(SONDE)和天线壳体组成。SONDE安置在天线壳体的内部,在壳体的内侧通过PADDLE与壳体固定在一起。SONDE包括三个主要部分,它们都同PADDLE相连接:①发送器的上半部分,放置T2和T4的发射电路板;②发送器的下半部分,放置T1和T3的发射电路板;③接收器部分,放置主控板,接收板,电源板和调制解调器;PADDLE主要有以下四个功能: 同两个发射骨架和一个接收骨架相连接; 提供各模块之间的电气连接; 提供发射和接收天线间的电气连接; 给记忆存储提供通信的通道。 在MPR钻铤中,PADDLE的一个插针与M30滑环相连接,通过此线与上面的探管(MASTER)进行串行通讯。68332芯片安装在主控的电路板上,它控制每一个在发送和接收电路板上的68HC11芯片。每一个68HC11芯片都控制着一个数控振荡器(NCO),68332通过总线直接和68HC11通信;68HC11会解码一系列指令,并承载一些数据进入NCO寄存器,以产生特定的频率:2MHz或400KHz。获取的数据必须保证同发送信号是完全的同步,这是由在处理器主板上的一个晶体振荡器来完成的。时钟频率是12.288MHz,这个频率允许数控振荡器以最小的失真产生2MH和400KHz的输出信号。 4.1 电源板和调制解调板 图4 供电与信号框图 1)电源板和调制解调板的组成及工作原理 电源板主要由变压器和开关电路组成。调制解调板主要由ACTEL芯片和运放电路组成。 MPR电阻率上有1个电源板和1个调制解调板。LWD的主处理器(MASTER)与MPR通过一根线进行串口通讯,这根线上同时走30V直流电和通讯信号,M30即为这根线。M30通过低通滤波器滤掉信号,剩下30V直流电进入电源板,通过变压器和开关电路产生5V、+5V、-5V、+12V和-12V直流电,为主控板、接收板和调制解调板供电。M30通过高通滤波器滤掉30V直流电,剩下信号进入MODEM,转换为MPR主控可识别的1039信号。MPR测得的数据通过MODEM将信号转换成M30送给LWD的主处理器。 图5 电源电路板 图6 井下数据及信号通讯传输电路板 2)调试过程中遇到的问题 ①电源板变压器的缠制:变压器缠不好就得不到规定的输出电压,同时变压器会发热,影响变压器的工作寿命和工作的可靠性,还会造成功耗大的问题,此变压器还会影响信号的处理。为此,我们缠了100多个变压器进行试验,解决了此问题。 ②ACTEL芯片的解密:在世界范围内,还没有人能对ACTEL芯片进行解密,我们在掌握其工作原理和通信原理后,历时3个多月完成了解密。 4.2 发射板
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