王青艷，余衛(wèi)東，劉鑫，鮑廣泉，張昊

（中國石油集團測井有限公司，陜西 西安 710077）

0 引 言

過套管電阻率測井儀器的重要特點在于探測深度大，并且可以適用于不同孔隙度和地層水礦化度的地層。這種測井方法除了能夠監(jiān)測油藏和確定死油層，還可以測量高風(fēng)險井地層電阻率。

過套管電阻率測井儀器與EILog系統(tǒng)配接的關(guān)鍵技術(shù)是過套管電阻率測井儀器組件開發(fā)。ACME采集系統(tǒng)作為EILog成套測井裝備[1]的軟件子系統(tǒng)，采用靈活的多層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以COM組件為組件模型，能夠支持包括前端和儀器的二次開發(fā)擴展[2]。本文中的儀器組件處理軟件采用 Visual Studio.net環(huán)境設(shè)計，可運行于 Windows XP操作系統(tǒng)，軟件功能可以顯示監(jiān)控井下儀器的工作狀態(tài)，實時顯示各測量電極的波形，通過自動及人機交互2種方式獲取各測量電極有效采樣數(shù)據(jù)，并以LDF及文本文件2種格式記錄該點測量數(shù)據(jù)，對儀器進行室內(nèi)模擬盒線性測試，同自然伽馬（GR）、套管節(jié)箍（CCL）等儀器自由組合，實現(xiàn)深度自動校正。針對微弱信號的檢測，軟件實現(xiàn)中特別加入了均值、方差、FIR濾波器濾波數(shù)據(jù)處理方法。

1 儀器原理

過套管電阻率測井本質(zhì)上屬于側(cè)向類測井方法范疇[3]。它是在油井下過金屬套管后實現(xiàn)對地層電阻率的測量。過套管電阻率測井儀器的測量部分由上、下電流電極、3個探測電極和1個電位電極組成。測井時通過向套管發(fā)射大功率的電流，測量緊貼在套管壁上3個電極間的微小電壓降計算地層的漏電流，進而計算出地層的視電阻率。

1939年Aplin提出三電極法進行過套管電阻率的測井方法。在此測量方法基礎(chǔ)上，各國科學(xué)家和測井技術(shù)研究人員經(jīng)過多年的研究，逐步將過套管電阻率測井方法發(fā)展成熟[4]。如果有電流被注入套管，由于金屬套管的電阻率要比井眼流體電阻率低得多，所以大部分電流會沿套管向上或向下流動，只有小部分電流通過金屬套管泄露到周圍地層。如果能夠監(jiān)測到儀器測量電極與地面回路電極之間的電位差，并且能夠檢測流入地層的電流，就可以得到地層的電阻率信息。過套管電阻率測量原理如圖1所示，如果在長度為Δz的套管上泄露到地層的電流大小ΔI，可以通過式（1）計算出地層的視電阻率。

圖1 過套管電阻率測量原理圖

式中，k、Δz為儀器系數(shù)；V 為套管測量電極處相對地面參考點的電位；ΔI為流入地層的泄露電流。

2 儀器刻度及數(shù)據(jù)處理方法

儀器刻度的目的是求取測井儀器的k值，確定儀器的輸入輸出關(guān)系，從而消除系統(tǒng)誤差，提高儀器的精確度。

2.1 刻度方法

過套管電阻率測井儀器采用現(xiàn)場刻度方法，應(yīng)用泥巖層或含水純砂巖層作為刻度層，測量出2個深度點的電阻率分別是R1、R2；與裸眼井電阻率測井資料對比，找出該2個深度點的電阻率分別是R′1、R′2；按照2點刻度方法，確定儀器刻度系數(shù)。計算k系數(shù)方法如公式（2）所示。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

測井?dāng)?shù)據(jù)采集過程中常因干擾產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)。如何剔除掉異常數(shù)據(jù)是正確計算過套管電阻率的關(guān)鍵。

在統(tǒng)計學(xué)分析方法中經(jīng)常使用均方差判斷異常數(shù)據(jù)。均方差表示1組數(shù)據(jù)中各數(shù)據(jù)偏離平均數(shù)的距離的平均數(shù)。反映數(shù)據(jù)集離散程度的均方差函數(shù)公式為

式中，M為數(shù)據(jù)的個數(shù)；Ni為第i個數(shù)據(jù)；為M個數(shù)據(jù)的平均值。

對于過套管電阻率測井采集到的1組數(shù)據(jù)，計算該組數(shù)據(jù)的均方差值，如果每個數(shù)據(jù)與該組數(shù)據(jù)平均值的差的絕對值大于2倍均方差值，就判定該數(shù)據(jù)為異常數(shù)據(jù)。

3 過套管電阻率儀器組件開發(fā)

3.1 功能需求分析

過套管電阻率儀器測井?dāng)?shù)據(jù)在測井傳輸系統(tǒng)中按照幀傳輸，每幀數(shù)據(jù)由600B組成，1個有效數(shù)據(jù)由2B或4B組成，每幀數(shù)據(jù)給4個通道的參數(shù)各上傳25個數(shù)據(jù)。儀器采用上、下交替供電電極供電模式工作，主要測量4個通道的參數(shù)，分別是電位差V1、電位差V2、發(fā)射電流I、參考電壓Vref。用上發(fā)射測量得到的4個參數(shù)和下發(fā)射測量得到的4個參數(shù)計算地層電阻率。

儀器上傳數(shù)據(jù)是設(shè)定周期的方波波形數(shù)據(jù)。為了得到某道采樣數(shù)據(jù)的工程數(shù)據(jù)，在1個周期的方波上，首先選取工程數(shù)據(jù)的計算范圍AB和CD段，然后剔除掉AB和CD段異常的數(shù)據(jù)后，分別計算AB和CD段正常數(shù)據(jù)的平均值為E和F，用E減去F的差的絕對值，就得到了某一道采樣數(shù)據(jù)的工程數(shù)據(jù)。計算工程數(shù)據(jù)取值范圍選取如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)取值范圍選取圖

測井時將井下儀器停止在給定深度，保證測量電極同套管接觸可靠條件下，按照時間驅(qū)動定點測量模式，實時監(jiān)測測量數(shù)據(jù)。為保證測井?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量，要求在同一深度上多次測量。每一深度測量數(shù)據(jù)存儲為一個單獨的工程數(shù)據(jù)文件，通過專門的測后處理軟件對數(shù)據(jù)文件處理后，形成1口井的測井資料圖。

3.2 組件實現(xiàn)

使用ACME系統(tǒng)的儀器組件開發(fā)向?qū)DK設(shè)計過套管儀器組件系統(tǒng)框架。該組件軟件默認(rèn)支持測井接口和儀器屬性接口，為客戶程序提供統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)。ACME主控程序按約定的接口標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用組件中成員函數(shù)來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。該組件由儀器類、輔助窗口類、曲線動態(tài)顯示類及測量數(shù)據(jù)顯示類4個功能模塊構(gòu)成。

3.2.1 儀器類功能設(shè)計與實現(xiàn)

儀器類中封裝了儀器組件接口的成員函數(shù)。實現(xiàn)打開儀器組件、關(guān)閉儀器組件、測井初始化、加載輔助窗口、加載儀器資產(chǎn)、采集數(shù)據(jù)解碼、測井?dāng)?shù)據(jù)工程化處理成員函數(shù)功能。其中采集數(shù)據(jù)解碼處理、測井?dāng)?shù)據(jù)工程化處理是過套管電阻率測井儀器類實現(xiàn)的關(guān)鍵。

打開儀器組件主要是傳入主控組件對象及相關(guān)參數(shù)初使化；關(guān)閉儀器組件是實現(xiàn)釋放相關(guān)窗口指針；測井初始化方法是傳入測井?dāng)?shù)據(jù)輸入輸出地址；加載儀器資產(chǎn)方法是加載儀器資產(chǎn)號，讀取刻度相關(guān)參數(shù)。

采集數(shù)據(jù)解碼處理按照儀器上傳數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對數(shù)據(jù)實現(xiàn)篩選及解碼。解碼時在約定地址按字節(jié)讀取后，數(shù)據(jù)通過高低8B的移位進行運算。數(shù)據(jù)篩選時先讀取數(shù)據(jù)有效標(biāo)志字，如果滿足約定條件，則該幀數(shù)據(jù)有效；否則舍棄掉該幀不合理的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)有效時，對V1、V2、I、Vref的4個參數(shù)數(shù)據(jù)逐一解碼后，利用先進先出（FIFO）[5]原理放入各自數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。

測井?dāng)?shù)據(jù)工程化處理將解碼后的數(shù)據(jù)換算成有實際意義的參數(shù)，并進行濾波、乘加因子運算，作為儀器的顯示、輸出、存盤數(shù)據(jù)。

3.2.2 輔助窗口類功能設(shè)計與實現(xiàn)

輔助窗口類主要實現(xiàn)井下及地面儀器下發(fā)命令控制和測井質(zhì)量監(jiān)控功能。該組件軟件運行時，系統(tǒng)自動加載輔助窗口及刻度窗口。根據(jù)過套管電阻率測井儀器上傳數(shù)據(jù)模式及現(xiàn)場測井施工流程，將輔助窗口作為一個橋梁，曲線實時顯示類和測量數(shù)據(jù)顯示類作為屬性頁，加載到輔助窗口上。

3.2.3 曲線實時顯示類功能設(shè)計與實現(xiàn)

曲線實時顯示類實現(xiàn)了儀器下發(fā)命令控制、測井質(zhì)量控制、采樣曲線的放大和縮小功能，軟件使用無閃爍雙緩沖繪圖[6]技術(shù)實現(xiàn)了測井方波原始曲線的實時滾動顯示功能，綜合均值、方差、FIR濾波等異常數(shù)據(jù)處理算法實現(xiàn)了方波工程數(shù)據(jù)處理計算功能，使用文件讀寫操作等數(shù)據(jù)處理功能，將最終數(shù)據(jù)輸出到LDF和文本文件里以便后期的測井資料處理。

儀器下發(fā)命令控制包括液壓閥復(fù)位、刻度、上發(fā)射、下發(fā)射和測量命令。軟件實現(xiàn)時根據(jù)提供的命令參數(shù)，按約定的接口協(xié)議和格式，通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送給前端采集軟件，實現(xiàn)對井下儀器的控制[5]。

測井質(zhì)量控制包括實時監(jiān)視井下儀器命令狀態(tài)、壓力及溫度等參數(shù)。動態(tài)顯示曲線以點線圖方式實時繪制4道測井?dāng)?shù)據(jù)。繪制曲線時數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)化為屏幕坐標(biāo)點位置，同時繪制的過程中還添加了均值、方差、FIR濾波等數(shù)學(xué)算法，造成繪圖效率低、測井曲線滾動顯示閃爍。使用無閃爍雙緩沖技術(shù)，把繪制圖形先用內(nèi)存設(shè)備環(huán)境DC繪制在與顯示兼容的位圖中，然后從內(nèi)存環(huán)境把測井圖形復(fù)制到屏幕客戶區(qū)。這樣，在測井圖形繪制到屏幕之前，已經(jīng)將圖形繪制在位圖中，然后直接復(fù)制到屏幕上，從而消除了測井圖形刷新造成的閃爍現(xiàn)象。為了在圖形顯示客戶區(qū)直觀反映實時測井?dāng)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)坐標(biāo)的刻度尤為重要。通過分析表明，把采樣數(shù)據(jù)的最大、最小值差作為數(shù)據(jù)分布的區(qū)間，采樣數(shù)據(jù)平均值作為數(shù)據(jù)分布的基準(zhǔn)，數(shù)據(jù)分布的直觀顯示效果最好。實現(xiàn)效果如圖3所示。

圖3 曲線動態(tài)顯示效果圖

3.2.4 數(shù)據(jù)顯示類功能設(shè)計與實現(xiàn)

測量數(shù)據(jù)顯示類主要實現(xiàn)了儀器線性測試及測量有效數(shù)據(jù)顯示功能。

儀器線性測試是對儀器及測量結(jié)果有效性進行驗證。將測量的電阻值和實際的電阻值繪制成圖表直觀的反映了儀器的線性關(guān)系。實現(xiàn)效果如圖4所示。

圖4 模擬盒測試線性統(tǒng)計圖

測井有效數(shù)據(jù)顯示是在列表框中實時顯示1口井中每次保存的測量數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)計算、刪除、保存、讀取顯示等功能。

3.2.5 應(yīng)用效果

儀器組件開發(fā)是完成儀器配接ACME采集軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。過套管電阻率測井儀器組件與ACME采集平臺反復(fù)的聯(lián)調(diào)、測試，完成了現(xiàn)場儀器測井軟件功能需求，實現(xiàn)了過套管電阻率測井儀器與EILog測井系統(tǒng)的掛接。將靖邊地區(qū)某口井過套管電阻率測井曲線與深側(cè)向電阻率測井曲線進行比較，可看出過套管電阻率測井曲線和深側(cè)向電阻率測井曲線基本一致，測井資料解釋成果如圖5所示，其結(jié)果驗證了過套管電阻率測井軟件及其數(shù)據(jù)處理理論的正確。

圖5 測井資料對比與解釋成果

4 結(jié) 論

（1）過套管電阻率測井儀器組件庫是針對中國石油集團測井有限公司自主研發(fā)的過套管電阻率測井儀器并根據(jù)ACME采集軟件系統(tǒng)框架而設(shè)計的儀器組件軟件，該軟件系統(tǒng)已在靖邊、華北、吐哈地區(qū)進行現(xiàn)場實驗10口井次。

（2）現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，該軟件系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，下發(fā)命令儀器控制有效，采樣數(shù)據(jù)處理、微弱異常信號的過濾算法及電阻率計算方法正確。

（3）該儀器上傳數(shù)據(jù)模式及測井施工工藝流程比較特殊，ACME采集系統(tǒng)平臺中的顯示模塊（LogDisplay）不能滿足該儀器的曲線實時顯示需求，過套管電阻率測井儀器組件庫專門設(shè)計了有效測井?dāng)?shù)據(jù)采集及實時曲線顯示功能模塊。

[1]湯天知.EILog測井技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展思路[J].測井技術(shù)，2007，31（2）：99-102.

[2]陳江浩，陳文輝.EILog測井系統(tǒng)采集軟件平臺系統(tǒng)設(shè)計[J].測井技術(shù)，2008，32（6）：257-259.

[3]王界益，楊哲，陳斌，等.過套管電阻率測井儀研制[C]∥中國石油學(xué)會第十六屆測井年會論文集，2010.

[4]王瑞豐，譯.套管井電阻率測井原理[Z].油田新技術(shù)，2001.

[5]嚴(yán)蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1994.

[6]郭希明，黃旭望.利用雙緩沖技術(shù)實現(xiàn)巨幅測井曲線的顯示與保存[J].重慶石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2003，8（1）：54-56.