測井過程實驗教學動態演示裝置

張麗華, 潘保芝, 范曉敏, 莫修文

(吉林大學 地球探測科學與技術學院, 吉林 長春 130026)

儀器設備研制與應用

測井過程實驗教學動態演示裝置

張麗華, 潘保芝, 范曉敏, 莫修文

(吉林大學 地球探測科學與技術學院, 吉林 長春 130026)

針對測井教學的實際需要,設計了測井過程實驗教學演示裝置,該裝置包括井場、地層等測井環境系統,測井儀器系統和測量控制軟件3部分。該裝置不僅是機械、電子線路、自動化、操作控制、軟件、圖形圖像顯示等多方面配合的產品,更是軟硬件結合的綜合教學用具。

測井； 演示裝置； 實驗教學

測井也叫地球物理測井或礦場地球物理,簡稱測井,是利用巖層的電化學特性、導電特性、聲學特性、放射性等地球物理特性,測量地球物理參數的方法,屬于應用地球物理方法之一[1]。石油鉆井時,在鉆到設計井深度后都必須進行測井,又稱完井電測,以獲得各種石油地質及工程技術資料。這種測井習慣上稱為裸眼測井，而在油井下完套管后所進行的二系列測井,習慣上稱為生產測井或開發測井。其發展大體經歷了模擬測井、數字測井、數控測井、成像測井4個階段。電、聲、放射性是3種基本方法。特殊方法如電纜地層測試、地層傾角測井、成像測井、核磁共振測井,其他如隨鉆測井。

各種測井方法基本上是間接地、有條件地反映巖層地質特性的某一側面[2]。要全面認識地下地質面貌、發現和評價油氣層,需要綜合使用多種測井方法,并重視鉆井、錄井第一性資料。地球物理測井是對鉆井內實際地質情況有條件地間接反映,必須將測井信息進行深加工,轉換成地質信息、工程信息以及災害地質、生態環境等信息,才能達到認識問題和解決問題的目的。本文針對測井教學的實際需要,設計了測井過程實驗教學演示裝置,該裝置系統包括井場、地層等測井環境系統、測井儀器系統和測量控制軟件3部分。

1 井場、地層等環境系統

井場部分[3]設計有仿真植被、模擬工地、縮小的鉆塔等；地層部分設計有簡化的典型巖層剖面,共有3個巖層剖面(包括火山巖剖面,砂泥巖剖面和碳酸鹽巖剖面)可以選擇,同時巖層選擇裝置設計為旋轉式結構,通過手動轉動裝置選擇需要模擬的巖層。測井車模型中設計有絞車及電纜,電纜連接著測井傳感器探頭,探頭內有可以模擬射孔動作的高亮發光二極管,絞車由步進電機提供動力。測井現場微型模型結構見圖1。

圖1 測井現場的微型模型結構圖

測井儀器系統安裝在測井車的下方。選擇AT89S52單片機作為微處理器,并配以簡單的外圍電路組成最小系統,在井口設置一個限位光電開關,接到單片機的通用I/O口, 以判斷測井傳感器探頭是否回到初始位置。步進電機驅動模塊由步進電機控制器L297和步進電機驅動集成電路L298構成,L297用來產生兩相雙極性驅動信號與電機電流設定,只需要單片機提供一個時鐘信號便可以產生相應的脈沖時序信號,其使能引腳ENABLE可以在任何時刻控制步進電機的轉動或停止；CW/CCW引腳可控制步進電機的轉動方向。由L297產生的脈沖時序經過L298功率放大,進而驅動步進電機。

2 測井儀器系統

測井探頭內裝有一個高亮發光二極管及其驅動電路,通過細電纜與單片機的一個I/O口連接,當要求測井射孔時,單片機相應的I/O口發出脈沖,此時高亮發光二極管閃爍,模擬射孔動作。測井儀器與PC之間通過RS232通信協議進行實時通信[4-7]。測井儀器系統結構框圖見圖2，測井儀器子系統電路見圖3。

圖2 測井儀器系統結構框圖

3 測量控制軟件

測量控制軟件在Visual Basic 6.0環境[8-10]下開發而成,軟件界面上有端口選擇、剖面系統選擇、測量數據選擇、和打孔采樣4個復選框,一個狀態顯示欄,同時加有復位鍵、開始測井鍵、暫停鍵、繼續鍵、停止鍵和退出鍵6個按鍵。測量控制軟件可實時控制及監視系統的運行情況。軟件內包含30組測井曲線數據,通過對巖層及測量要求的選擇而調用相應的數據,并與測井過程同步顯示。圖4為測量控制軟件流程圖。圖5為測井過程實驗教學動態演示裝置圖。圖6為測井過程實驗教學動態演示裝置實時顯示圖。打開測量控制軟件,選擇當前PC機可用的串口包括COM1—COM4,軟件默認選擇的是COM1,選擇串口后,軟件會檢測該串口是否可用,如果可用,軟件界面上工作指示燈會被點亮,如果不可用,軟件則會提示“串口不存在或者被占用”。選擇好串口后,根據需要選擇對應模擬巖層的巖層剖面,有砂泥巖、火成巖和生產井3個剖面可供選擇,然后選擇需要測量的曲線組,此時軟件界面上會顯示相應的曲線名稱及量程和單位。接下來選擇是否模擬射孔,如果需要模擬射孔則選中射孔選項,最后點擊“開始測井”鍵,絞車開始轉動,運行測井過程,同時,測量控制軟件上會實時繪制測量曲線,并顯示當前系統的運行狀態。一次測井過程結束后,測井傳感器探頭回到井口,等待下一次測量。

圖3 測井儀器子系統電路圖

圖4 測量控制軟件流程圖

圖5 測井過程實驗教學動態演示裝置圖

圖6 測井過程實驗教學動態演示裝置實時顯示圖

4 結論

該套裝置按1∶50的比例縮微實體模型,真實地模擬了野外現場的場景。避免了去測井現場的不便。通過地層和透明井孔的設計,使得學生能夠看到地下地層和井下儀器。該套裝置實現了野外現場室內微型化,實現了復雜測量過程的動態化演示。學生可以不用去井場,就能了解野外測井的全過程。而且操作簡便、性能穩定,自建成以來,一直都服務于教學和實習,提高了學生對野外測井過程的認識,對測井相關課程起到了很好的輔助作用。

References)

[1] 李舟波,潘保芝,范曉敏,等.地球物理測井數據處理與綜合解釋[M].北京:地質出版社,2008.

[2] 王群.地球物理測井概論[M].北京:石油工業出版社,2010.

[3] 胡澍.地球物理測井儀器[M].北京:石油工業出版社, 1991.

[4] 林雪梅,彭佳紅,姚志成.單片機多機通信協議的設計[J].微計算機信息,2006(5):24-26,125.

[5] 李瑩,賈彬. 一種基于狀態機的串口通信協議的設計與實現[J]. 電子設計工程,2012(7):100-103,107.

[6] 李煊,丁為. 常用設備串口通信協議及其應用[J].自動化儀表,2011(10):82-86.

[7] 張洪潤,呂泉,吳建平.電子線路及應用[M].北京:清華大學出版社,2005.

[8] 劉全.Visual Basic程序設計[M].武漢:武漢大學出版社,2009.

[9] 李團結.Visual Basic 6.0編程[M].北京:科學出版社,2000.

[10] 傅豐林.電子線路基礎[M].西安:西安電子科技大學出版社,2001.

Dynamic demonstration device for experimental teaching of well logging process

Zhang Lihua, Pan Baozhi, Fan Xiaomin, Mo Xiuwen

( College of Geo-exploration Science and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China)

In view of the actual needs of the well logging teaching, the experimental teaching demonstration device of the well logging process is designed. The device includes the following three parts: the well logging environment system of the well site, formation, etc., the logging instrument system and the measurement control software. The device is not only a product combining mechanics, electronic circuit, automation, operation control, software, graphics, image display, etc., but also a comprehensive teaching tool with hardware and software.

well logging; demonstration device; experimental teaching

2017-06-30

張麗華(1974—),女,遼寧康平,博士,高級工程師,現從事巖石物理實驗與測井數據處理與解釋研究.

E-mail：zhanglh@jlu.edu.cn

10.16791/j.cnki.sjg.2017.12.017

TE257

B

1002-4956(2017)12-0071-03