過套管電阻率測井儀器與ACME測井采集軟件系統配接

王青艷，余衛東，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測油藏和確定死油層，還可以測量高風險井地層電阻率。

過套管電阻率測井儀器與EILog系統配接的關鍵技術是過套管電阻率測井儀器組件開發。ACME采集系統作為EILog成套測井裝備[1]的軟件子系統，采用靈活的多層系統結構，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擴展[2]。本文中的儀器組件處理軟件采用 Visual Studio.net環境設計，可運行于 Windows XP操作系統，軟件功能可以顯示監控井下儀器的工作狀態，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據，并以LDF及文本文件2種格式記錄該點測量數據，對儀器進行室內模擬盒線性測試，同自然伽馬（GR）、套管節箍（CCL）等儀器自由組合，實現深度自動校正。針對微弱信號的檢測，軟件實現中特別加入了均值、方差、FIR濾波器濾波數據處理方法。

1 儀器原理

過套管電阻率測井本質上屬于側向類測井方法范疇[3]。它是在油井下過金屬套管后實現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。在此測量方法基礎上，各國科學家和測井技術研究人員經過多年的研究，逐步將過套管電阻率測井方法發展成熟[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；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 儀器刻度及數據處理方法

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系，從而消除系統誤差，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場刻度方法，應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。計算k系數方法如公式（2）所示。

2.2 數據處理方法

測井數據采集過程中常因干擾產生異常數據。如何剔除掉異常數據是正確計算過套管電阻率的關鍵。

在統計學分析方法中經常使用均方差判斷異常數據。均方差表示1組數據中各數據偏離平均數的距離的平均數。反映數據集離散程度的均方差函數公式為

式中，M為數據的個數；Ni為第i個數據；為M個數據的平均值。

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

3 過套管電阻率儀器組件開發

3.1 功能需求分析

過套管電阻率儀器測井數據在測井傳輸系統中按照幀傳輸，每幀數據由600B組成，1個有效數據由2B或4B組成，每幀數據給4個通道的參數各上傳25個數據。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，分別是電位差V1、電位差V2、發射電流I、參考電壓Vref。用上發射測量得到的4個參數和下發射測量得到的4個參數計算地層電阻率。

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

圖2 數據取值范圍選取圖

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，按照時間驅動定點測量模式，實時監測測量數據。為保證測井數據質量，要求在同一深度上多次測量。每一深度測量數據存儲為一個單獨的工程數據文件，通過專門的測后處理軟件對數據文件處理后，形成1口井的測井資料圖。

3.2 組件實現

使用ACME系統的儀器組件開發向導SDK設計過套管儀器組件系統框架。該組件軟件默認支持測井接口和儀器屬性接口，為客戶程序提供統一的接口標準。ACME主控程序按約定的接口標準調用組件中成員函數來實現相應的功能。該組件由儀器類、輔助窗口類、曲線動態顯示類及測量數據顯示類4個功能模塊構成。

3.2.1 儀器類功能設計與實現

儀器類中封裝了儀器組件接口的成員函數。實現打開儀器組件、關閉儀器組件、測井初始化、加載輔助窗口、加載儀器資產、采集數據解碼、測井數據工程化處理成員函數功能。其中采集數據解碼處理、測井數據工程化處理是過套管電阻率測井儀器類實現的關鍵。

打開儀器組件主要是傳入主控組件對象及相關參數初使化；關閉儀器組件是實現釋放相關窗口指針；測井初始化方法是傳入測井數據輸入輸出地址；加載儀器資產方法是加載儀器資產號，讀取刻度相關參數。

采集數據解碼處理按照儀器上傳數據結構，對數據實現篩選及解碼。解碼時在約定地址按字節讀取后，數據通過高低8B的移位進行運算。數據篩選時先讀取數據有效標志字，如果滿足約定條件，則該幀數據有效；否則舍棄掉該幀不合理的數據。當數據有效時，對V1、V2、I、Vref的4個參數數據逐一解碼后，利用先進先出（FIFO）[5]原理放入各自數據緩沖區中。

測井數據工程化處理將解碼后的數據換算成有實際意義的參數，并進行濾波、乘加因子運算，作為儀器的顯示、輸出、存盤數據。

3.2.2 輔助窗口類功能設計與實現

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

3.2.3 曲線實時顯示類功能設計與實現

曲線實時顯示類實現了儀器下發命令控制、測井質量控制、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]技術實現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濾波等異常數據處理算法實現了方波工程數據處理計算功能，使用文件讀寫操作等數據處理功能，將最終數據輸出到LDF和文本文件里以便后期的測井資料處理。

儀器下發命令控制包括液壓閥復位、刻度、上發射、下發射和測量命令。軟件實現時根據提供的命令參數，按約定的接口協議和格式，通過網絡接口發送給前端采集軟件，實現對井下儀器的控制[5]。

測井質量控制包括實時監視井下儀器命令狀態、壓力及溫度等參數。動態顯示曲線以點線圖方式實時繪制4道測井數據。繪制曲線時數據必須轉化為屏幕坐標點位置，同時繪制的過程中還添加了均值、方差、FIR濾波等數學算法，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，把繪制圖形先用內存設備環境DC繪制在與顯示兼容的位圖中，然后從內存環境把測井圖形復制到屏幕客戶區。這樣，在測井圖形繪制到屏幕之前，已經將圖形繪制在位圖中，然后直接復制到屏幕上，從而消除了測井圖形刷新造成的閃爍現象。為了在圖形顯示客戶區直觀反映實時測井數據，數據坐標的刻度尤為重要。通過分析表明，把采樣數據的最大、最小值差作為數據分布的區間，采樣數據平均值作為數據分布的基準，數據分布的直觀顯示效果最好。實現效果如圖3所示。

圖3 曲線動態顯示效果圖

3.2.4 數據顯示類功能設計與實現

測量數據顯示類主要實現了儀器線性測試及測量有效數據顯示功能。

儀器線性測試是對儀器及測量結果有效性進行驗證。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系。實現效果如圖4所示。

圖4 模擬盒測試線性統計圖

測井有效數據顯示是在列表框中實時顯示1口井中每次保存的測量數據，并實現數據計算、刪除、保存、讀取顯示等功能。

3.2.5 應用效果

儀器組件開發是完成儀器配接ACME采集軟件系統的關鍵技術。過套管電阻率測井儀器組件與ACME采集平臺反復的聯調、測試，完成了現場儀器測井軟件功能需求，實現了過套管電阻率測井儀器與EILog測井系統的掛接。將靖邊地區某口井過套管電阻率測井曲線與深側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，其結果驗證了過套管電阻率測井軟件及其數據處理理論的正確。

圖5 測井資料對比與解釋成果

4 結 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的過套管電阻率測井儀器并根據ACME采集軟件系統框架而設計的儀器組件軟件，該軟件系統已在靖邊、華北、吐哈地區進行現場實驗10口井次。

（2）現場試驗結果表明，該軟件系統運行穩定可靠，下發命令儀器控制有效，采樣數據處理、微弱異常信號的過濾算法及電阻率計算方法正確。

（3）該儀器上傳數據模式及測井施工工藝流程比較特殊，ACME采集系統平臺中的顯示模塊（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計了有效測井數據采集及實時曲線顯示功能模塊。

[1]湯天知.EILog測井技術現狀和發展思路[J].測井技術，2007，31（2）：99-102.

[2]陳江浩，陳文輝.EILog測井系統采集軟件平臺系統設計[J].測井技術，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，2001.

[5]嚴蔚敏，吳偉民.數據結構[M].北京：清華大學出版社，1994.

[6]郭希明，黃旭望.利用雙緩沖技術實現巨幅測井曲線的顯示與保存[J].重慶石油高等專科學校學報，2003，8（1）：54-56.