1、數控測井系統數控測井系統測井一分公司于繼崇2008.07.22第一章第一章 數控測井儀器的發展數控測井儀器的發展1 1、什么是數控測井系統、什么是數控測井系統 數控測井系統是個復雜的測量系統，它比常規模擬數控測井系統是個復雜的測量系統，它比常規模擬的或部分數字化的系統更為有效地對地層的有關參數進的或部分數字化的系統更為有效地對地層的有關參數進行測量、較好地區分地層巖性、確定儲集層的基本參數行測量、較好地區分地層巖性、確定儲集層的基本參數( (如孔隙度、滲透率和飽和度等如孔隙度、滲透率和飽和度等) )。其基本特征是。其基本特征是來自井來自井下儀的數據數字化傳輸、井下儀器狀態實時控制、數據下儀的數

2、據數字化傳輸、井下儀器狀態實時控制、數據數字化記錄。數字化記錄。 系統由系統由井下儀器串和地面系統井下儀器串和地面系統兩部分構成。地面系兩部分構成。地面系統簡單的分為統簡單的分為采集模塊、供電模塊、計算機系統采集模塊、供電模塊、計算機系統；井下；井下儀器包括儀器包括地層信號采集模塊、井下儀器總線地層信號采集模塊、井下儀器總線。數數控控測測井井系系統統示示意意圖圖 2 2、數控測井系統能解決什么問題、數控測井系統能解決什么問題 較常規測井系統，數控測井系統可以很好的解決較常規測井系統，數控測井系統可以很好的解決電纜傳輸干擾問題以提高信號采集精確度（數字信號電纜傳輸干擾問題以提高信號采集精確度（數

3、字信號抗干擾能力強于模擬信號）；測井過程中可針對不同抗干擾能力強于模擬信號）；測井過程中可針對不同地層實現采集模塊參數動態變化（通道增益），適應地層實現采集模塊參數動態變化（通道增益），適應地層采集，地層采集，有效的提高地層信息真實度有效的提高地層信息真實度；有限的纜芯；有限的纜芯數傳輸多信號問題以實現井下儀器穿串測量（本質為數傳輸多信號問題以實現井下儀器穿串測量（本質為分時傳輸），分時傳輸），提高測井時效提高測井時效；地面記錄數字化，可利；地面記錄數字化，可利用計算機用計算機方便的對測井數據進行傳輸、出圖等方便的對測井數據進行傳輸、出圖等，便于，便于使用；可使用；可實現測井成像化，使信息更加

4、直觀、真實實現測井成像化，使信息更加直觀、真實。3 3、數控測井系統的發展、數控測井系統的發展 計算機機面世以來，使測井系統發生了很大變化。計算機機面世以來，使測井系統發生了很大變化。以計算機硬件和軟件支持的測井系統，到今天已發展到以計算機硬件和軟件支持的測井系統，到今天已發展到較完善、接近成熟的階段。較完善、接近成熟的階段。 早期的測井系統（早期的測井系統（7070年代之前）基木是基于模擬信年代之前）基木是基于模擬信號設計。號設計。從井下儀器傳送到地面的信號為模擬信號和脈從井下儀器傳送到地面的信號為模擬信號和脈沖信號。沖信號。早期數控測井系統的主要特點是：早期數控測井系統的主要特點是：1)1

5、)系統較簡單，地而設備主要是開關組、模擬濾波、模系統較簡單，地而設備主要是開關組、模擬濾波、模擬記錄和顯示，多纜芯用于多信號分線傳輸。擬記錄和顯示，多纜芯用于多信號分線傳輸。2)2)由于多個儀器測量時間較長，由于多個儀器測量時間較長， 且不同時間分時進行測且不同時間分時進行測井作業，儀器資料對比性較差，測井精度和資料油氣信井作業，儀器資料對比性較差，測井精度和資料油氣信息判斷性較差。息判斷性較差。3)3)由于系統有過多的硬件控制裝置，操作人員長時間操由于系統有過多的硬件控制裝置，操作人員長時間操作易發生誤操作。作易發生誤操作。現代數控測井系統是基于計算機及電子控制技現代數控測井系統是基于計算機

6、及電子控制技術開發的測井系統。術開發的測井系統。 7070年代中期以來，首先由斯倫貝謝公司把年代中期以來，首先由斯倫貝謝公司把美國數字設備公司生產的小型機美國數字設備公司生產的小型機PDP-11PDP-113434應應用到測井系統上，研制成用到測井系統上，研制成csucsu計算機測井系統。計算機測井系統。隨后，一些公司也相繼推出了隨后，一些公司也相繼推出了1616位小型計算機、位小型計算機、微處理器和微計算機支持的測井系統。在石油微處理器和微計算機支持的測井系統。在石油測井領域中，如美國德萊賽測井領域中，如美國德萊賽- -阿持拉斯公司推出阿持拉斯公司推出的的CLS(3700)CLS(3700)

7、測井系統，美國吉爾哈特公司推出測井系統，美國吉爾哈特公司推出的的DDL-3ADDL-3A測井系統等。目前，這些產品的升級測井系統等。目前，這些產品的升級產品在國內仍有使用。產品在國內仍有使用。8080年代后期以來，尤其進入本世紀后，以多臺功能強年代后期以來，尤其進入本世紀后，以多臺功能強大的計算機支持的測井系統也研制出來。計算機能廣大的計算機支持的測井系統也研制出來。計算機能廣泛地應用到測井系統中，一是測井作業需要計算機控泛地應用到測井系統中，一是測井作業需要計算機控制測井作業進程和數據處理，二是基于電子技術迅速制測井作業進程和數據處理，二是基于電子技術迅速發展，大規模、超大規模集成電路廣泛應

8、用，使計算發展，大規模、超大規模集成電路廣泛應用，使計算機、電子電路功能大大增強，同時體積縮小，加之目機、電子電路功能大大增強，同時體積縮小，加之目前軟件的發展，使前軟件的發展，使自動化控制、采集技術迅速應用到自動化控制、采集技術迅速應用到數控測井系統。數控測井系統。4 4、現代數控測井系統特點、現代數控測井系統特點1 1）功能強大的一臺或多臺計算機支持的。功能強大的一臺或多臺計算機支持的。2 2）模塊化設計。模塊化設計。從一些硬件結構上看，模塊化的結構設從一些硬件結構上看，模塊化的結構設計是現代系統的特征。在有限的插槽或接口內可有較多計是現代系統的特征。在有限的插槽或接口內可有較多的模塊或組

9、合模塊使用。這種模塊化的結構，不僅加快的模塊或組合模塊使用。這種模塊化的結構，不僅加快設計和縮短生產周期，而且擴展方便。設計和縮短生產周期，而且擴展方便。3 3）較強的系統兼容性。較強的系統兼容性。模塊化的設計必然帶來較強的系模塊化的設計必然帶來較強的系統兼容性。統兼容性。4)4)較高的可靠性。較高的可靠性。電子技術的發展使電路簡單化、硬件電子技術的發展使電路簡單化、硬件軟化，加之軟件局部模塊高穩定性，都導致系統較高的軟化，加之軟件局部模塊高穩定性，都導致系統較高的可靠性。可靠性。5)5)易操作性。易操作性。硬件控制裝置過多，操作員長時間工作易硬件控制裝置過多，操作員長時間工作易發生誤操作，甚

10、至難以正確地進行測井作業。基于計算發生誤操作，甚至難以正確地進行測井作業。基于計算機設計的數控測井系統硬件控制裝置很少，設備的起動機設計的數控測井系統硬件控制裝置很少，設備的起動和測量的進程基本上是通過軟件實現的，通過人機對話和測量的進程基本上是通過軟件實現的，通過人機對話的方式實施對系統的控制，因此具備易操作性。的方式實施對系統的控制，因此具備易操作性。第二章第二章 井下儀器井下儀器測井井下儀器是測井井下儀器是基于傳感器輸出的電子測量信號發送處基于傳感器輸出的電子測量信號發送處理設備理設備，即傳感器加上前置處理電路和輸出電路構成了，即傳感器加上前置處理電路和輸出電路構成了井下儀器。井下儀器。

11、2.1 2.1 傳感器傳感器 傳感器是一個廣義詞，也叫換能器或檢測器等。常傳感器是一個廣義詞，也叫換能器或檢測器等。常講的傳感器是一種器件或元件，它接收各種形式量的信講的傳感器是一種器件或元件，它接收各種形式量的信息。使用傳感器的目的在于把某些被測量的變化著的能息。使用傳感器的目的在于把某些被測量的變化著的能量變成一種適宜測量的一種形式量。測井儀器使用的傳量變成一種適宜測量的一種形式量。測井儀器使用的傳感器用于把地層的感器用于把地層的伽嗎光子、中子、地電位、聲波、壓伽嗎光子、中子、地電位、聲波、壓力和溫度力和溫度等形式量變換成等形式量變換成電子電子形式量，以便于測量。光形式量，以便于測量。光電

12、倍增管、氦電倍增管、氦-3-3管、電極系、聲探頭、壓力應變儀和溫管、電極系、聲探頭、壓力應變儀和溫度探頭等都是傳感器。度探頭等都是傳感器。 為適應系統測量要求，傳感器輸出的信號要行放大、為適應系統測量要求，傳感器輸出的信號要行放大、變換、能量級、展寬脈沖、計數、分頻和其他方面的處變換、能量級、展寬脈沖、計數、分頻和其他方面的處理。這就構成了功能硬件電路。此外，硬件還有機械控理。這就構成了功能硬件電路。此外，硬件還有機械控制和活動裝置等，如推靠臂及控制部分。儀器在有限的制和活動裝置等，如推靠臂及控制部分。儀器在有限的井眼中進行測井作業，要適應高溫、高壓、腐蝕性和運井眼中進行測井作業，要適應高溫、

13、高壓、腐蝕性和運動中測量的要求，在材料和器件的選擇上和工藝設計上動中測量的要求，在材料和器件的選擇上和工藝設計上都比較嚴格，以便保證設備工作的高可靠性。都比較嚴格，以便保證設備工作的高可靠性。2.22.2信號的前置處理信號的前置處理 從傳感器輸出信號至電纜的信號驅動器之間的整從傳感器輸出信號至電纜的信號驅動器之間的整個硬件電路相對于系統而言就是前置處理部分。這部個硬件電路相對于系統而言就是前置處理部分。這部分電路主要功能如下。分電路主要功能如下。1)1)提高信噪比和增大信號幅值提高信噪比和增大信號幅值 對于模擬信號來說，除了從地層中接收有用的信對于模擬信號來說，除了從地層中接收有用的信號外，還

14、接收噪音和干擾信號。因此，在設計時除了號外，還接收噪音和干擾信號。因此，在設計時除了考慮有用信號的放大外還必須考慮無用信號的剔除。考慮有用信號的放大外還必須考慮無用信號的剔除。 對于脈沖信號，從光電倍增管等輸出的脈沖是快對于脈沖信號，從光電倍增管等輸出的脈沖是快速變化的脈沖，寬度較窄，為在電路中便于傳輸和處速變化的脈沖，寬度較窄，為在電路中便于傳輸和處理，則需進行展寬和整形。然后根據需要進行進一步理，則需進行展寬和整形。然后根據需要進行進一步的處理，如確定不同的能級窗口、分頻或計數等。的處理，如確定不同的能級窗口、分頻或計數等。2)2)完成井下儀器信號調度完成井下儀器信號調度 由于現代數控測井

15、系統采用大數據塊傳輸，每一由于現代數控測井系統采用大數據塊傳輸，每一個儀器的數據都在一定控制下傳輸，可以控制儀器輸個儀器的數據都在一定控制下傳輸，可以控制儀器輸出或不輸出數據。為使儀器能有序地被控制，每個儀出或不輸出數據。為使儀器能有序地被控制，每個儀器有其參數和狀念的控制接口，此部分也稱為井下儀器有其參數和狀念的控制接口，此部分也稱為井下儀器總線。數據輸出部分通過井下儀器總線對大量的測器總線。數據輸出部分通過井下儀器總線對大量的測井數據進行調度并打包處理，排列成標準統一的數據井數據進行調度并打包處理，排列成標準統一的數據格式。格式。2.32.3輸出電路輸出電路 輸出電路主要指輸出電路主要指電

16、纜驅動及傳輸部分電纜驅動及傳輸部分。前置處。前置處理部分輸出的信號還不能經電纜傳輸到地面，因為理部分輸出的信號還不能經電纜傳輸到地面，因為較長的測井電纜對信號有衰減作用，加之復雜的測較長的測井電纜對信號有衰減作用，加之復雜的測井環境帶來的干擾，因此信號必須經輸出電路才能井環境帶來的干擾，因此信號必須經輸出電路才能穩定的傳輸到地面系統。輸出電路負責打包后數據穩定的傳輸到地面系統。輸出電路負責打包后數據的編解碼。的編解碼。2.42.4儀器分類及其基本原理儀器分類及其基本原理 根據根據測量信號不同測量信號不同，測井井下儀分為三大類，測井井下儀分為三大類，電法類測井儀器、聲波類測井儀器、核測井儀器。電

17、法類測井儀器、聲波類測井儀器、核測井儀器。2.4.12.4.1電法類測井儀器電法類測井儀器 這類儀器這類儀器發展的最早發展的最早，且，且種類也最多種類也最多。現在常用的。現在常用的有感應儀器、側向儀器、微球聚集儀器、電磁波儀器等。有感應儀器、側向儀器、微球聚集儀器、電磁波儀器等。儀器所用的傳感器是電報系和線圈系。儀器所用的傳感器是電報系和線圈系。 電法測井是電法測井是利用測量巖石電阻率或電導率來判斷巖利用測量巖石電阻率或電導率來判斷巖石巖性的石巖性的。下表列出常見地層巖石和礦物的電阻率。下表列出常見地層巖石和礦物的電阻率。 把把供電電極供電電極 A A和和測量測量電極電極 M M、N N 組成

18、的電極系組成的電極系放到井下，供電電極的回放到井下，供電電極的回路電極路電極 B B（或（或 N N） 放在井放在井口。當電極系由井底向上口。當電極系由井底向上提升時，由提升時，由 A A電極供應電電極供應電流流 I I，M M、N N 電極測量電位電極測量電位差差 UMNUMN，它的變化反映，它的變化反映了周圍地層電阻率的變化。了周圍地層電阻率的變化。通過變換，即可測出地層通過變換，即可測出地層的視電阻率。這樣就能給的視電阻率。這樣就能給出一條隨深度變化的視電出一條隨深度變化的視電阻率曲線阻率曲線。2.4.22.4.2聲波類測井儀器聲波類測井儀器 包括包括單發雙收、雙發雙收、長源距聲波單發雙

19、收、雙發雙收、長源距聲波、大慶的、大慶的高高分辨率聲波分辨率聲波測井儀等。聲波儀器所用的傳感器是壓電體測井儀等。聲波儀器所用的傳感器是壓電體構成的聲壓構成的聲壓( (或壓聲或壓聲) )換能器。換能器。 聲波測井聲波測井是根據聲學物理理論發展起來的一種測井是根據聲學物理理論發展起來的一種測井方法方法。聲波測井中一般采用頻率數千赫至數萬赫的機械。聲波測井中一般采用頻率數千赫至數萬赫的機械波（某些特殊聲波測井方法使用數十萬赫至數兆赫的頻波（某些特殊聲波測井方法使用數十萬赫至數兆赫的頻率）。應用彈性力學理論去考察聲波在地層中的傳播規率）。應用彈性力學理論去考察聲波在地層中的傳播規律，進而用聲波測井曲線

20、來分析地下巖層的某些重要地律，進而用聲波測井曲線來分析地下巖層的某些重要地質特征。質特征。聲波測井基本原理示意圖 t=t2-t1=(AB/V1+BCE/V2+EF/V1)- (AB/V1+BC/V2+CD/V1)= BCE/V2-BC/V2= (BCE BC)/V2=CE/V2=L/V2L:間距間距 V2：地層聲速：地層聲速在間距一定的情況下，只要記錄出時差在間距一定的情況下，只要記錄出時差t，也就知道地層速度了，也就知道地層速度了。2.4.32.4.3核測井儀器核測井儀器 核測井又叫放射性測井。現用的主要包括核測井又叫放射性測井。現用的主要包括自然伽碼儀、自然伽碼自然伽碼儀、自然伽碼能譜儀、

21、巖性密度儀、補償密度儀、補償中子儀等能譜儀、巖性密度儀、補償密度儀、補償中子儀等。儀器所用的傳感。儀器所用的傳感器主要是碘化鈉晶體和光電化增管組合成的閃爍探測器、蓋革計數器、器主要是碘化鈉晶體和光電化增管組合成的閃爍探測器、蓋革計數器、氯氯-3-3管和其它元素檢測的檢測頭。管和其它元素檢測的檢測頭。 核測井測量的是地層中的伽馬射線和中子，反映的是地層及其內核測井測量的是地層中的伽馬射線和中子，反映的是地層及其內介質。巖層中含有天然放射性核素，這些核素衰變放射出的伽馬射線介質。巖層中含有天然放射性核素，這些核素衰變放射出的伽馬射線稱自然伽馬射線。不同巖石所含放射性核素的種類和數量不同，衰變稱自然

22、伽馬射線。不同巖石所含放射性核素的種類和數量不同，衰變時放射出的伽馬射線的能量和強度也不同。所以，測量自然伽馬射線時放射出的伽馬射線的能量和強度也不同。所以，測量自然伽馬射線的強度和能譜能反映不同地層的巖性。在沉積巖中，純地層的自然放的強度和能譜能反映不同地層的巖性。在沉積巖中，純地層的自然放射性通常是很微弱的，而放射性元素主要存在于粘土和泥質中。因此，射性通常是很微弱的，而放射性元素主要存在于粘土和泥質中。因此，自然伽馬測井值一般反映地層中的泥質含量，因此可以劃分非泥質儲自然伽馬測井值一般反映地層中的泥質含量，因此可以劃分非泥質儲集層、確定泥質含量和地層對比等集層、確定泥質含量和地層對比等。

23、 密度測井測量由密度測井測量由伽馬源放射并經地層介質康普頓散射而進入探測伽馬源放射并經地層介質康普頓散射而進入探測器的伽馬射線強度器的伽馬射線強度。密度測井屬于。密度測井屬于孔隙度孔隙度測井系列。測井系列。 中子測井測量中子測井測量地層對中子的減速能力地層對中子的減速能力，測量結果主要反映地層的，測量結果主要反映地層的含氫量含氫量。在孔隙被水或油充滿的純地層中，氫只存在于孔隙中，且油。在孔隙被水或油充滿的純地層中，氫只存在于孔隙中，且油和水的含氫量大致相同。因此，中子測井反映充滿液體的孔隙度。主和水的含氫量大致相同。因此，中子測井反映充滿液體的孔隙度。主要用來確定要用來確定儲集層孔隙度和判斷氣

24、層儲集層孔隙度和判斷氣層，與其它孔隙度測井組合，可更，與其它孔隙度測井組合，可更準確地確定復雜巖性儲集層的巖性和孔隙度。準確地確定復雜巖性儲集層的巖性和孔隙度。2.52.5常規井下儀器介紹常規井下儀器介紹2.5.1三參數測井儀 它將連續測斜儀、井徑、微電極三種儀器綜合為一體。其中連續測斜儀采用了先進的加速度計和磁力計作傳感器，井徑、微電極采用了電機推靠和四臂測量的方法，該儀器一次下井可同時測量井身參數及微電極曲線。2.5.2雙測向測井儀 雙測向測井適用于含有導電泥漿介質的井。可以進行地層對比、劃分滲透層、確定原狀地層電阻率、計算含水飽和度、估算侵入半徑、識別油氣水層等。2.5.3微球形聚焦測井

25、儀 可以用來定性劃分滲透層、確定沖洗帶電阻率、計算沖洗帶含水飽和度、估算侵入半徑、識別可動油氣。2.5.4 2.5.4 感應測井儀感應測井儀 感應測井儀可探測出距井壁不同深處的地層感應測井儀可探測出距井壁不同深處的地層電導電導率率（電阻率的倒數），從而提供估計泥漿濾液對地層（電阻率的倒數），從而提供估計泥漿濾液對地層侵入影響程度的數據，以判侵入影響程度的數據，以判斷地層的含水含油性質斷地層的含水含油性質。在地層電阻率小于在地層電阻率小于100m100m，泥漿濾液電阻率大于地，泥漿濾液電阻率大于地層水的情況下能較好地測得地層真電阻率。層水的情況下能較好地測得地層真電阻率。2.5.42.5.4高分

26、辨率聲波測井儀高分辨率聲波測井儀 采用小間距對同一地層多次測量取平均值的采用小間距對同一地層多次測量取平均值的方法，提高了分辨率，對方法，提高了分辨率，對0.1m0.1m的薄層有明顯反映。的薄層有明顯反映。可同時記錄高分辨率聲波和補償聲波兩條曲線，可同時記錄高分辨率聲波和補償聲波兩條曲線，并具較強分層能力，不僅能解決并具較強分層能力，不僅能解決薄層的劃分薄層的劃分, ,巖巖性的判別、孔隙度計算性的判別、孔隙度計算等問題，還能扣除厚儲集等問題，還能扣除厚儲集層中的泥質和鈣質夾層層中的泥質和鈣質夾層, ,為薄油層勘探和開發、為薄油層勘探和開發、厚油層的精細描述提供可靠的依據。可應用于厚油層的精細描

27、述提供可靠的依據。可應用于劃劃分薄層、確定巖性、計算孔隙度分薄層、確定巖性、計算孔隙度。2.5.5聲波變密度測井儀 該儀器用來檢測固井質量，分析聲變密測井中的各種信息，評價固井第一、第二界面膠結狀況，檢查套管接箍、套管封隔器及出砂層的位置，為制定射孔方案提供依據。2.5.62.5.6自然伽馬測井儀自然伽馬測井儀 自然伽馬測井響應的變化與巖性變化有關，從而進行自然伽馬測井響應的變化與巖性變化有關，從而進行井與井之間的地層對比、跟蹤射孔等。井與井之間的地層對比、跟蹤射孔等。伽馬測井曲線能伽馬測井曲線能用來對同一井的各個測井曲線做深度校正。用來對同一井的各個測井曲線做深度校正。適合于各種適合于各種類

28、型的泥漿介質，并可與多種測井儀器組合。可用來類型的泥漿介質，并可與多種測井儀器組合。可用來識識別可能的含油氣層、估算泥質含量、地層對比、測井曲別可能的含油氣層、估算泥質含量、地層對比、測井曲線深度校正、區分地層介面、探測地層水淹情況線深度校正、區分地層介面、探測地層水淹情況。2.5.72.5.7補償中子測井儀補償中子測井儀 該測井儀具有兩個熱中子探測器，可以測定裸眼井、該測井儀具有兩個熱中子探測器，可以測定裸眼井、套管井等地層結構的套管井等地層結構的孔隙度孔隙度，可用來識別天然氣、巖性，可用來識別天然氣、巖性和計算泥質含量。應用于確定和計算泥質含量。應用于確定孔隙度、識別巖性、判斷孔隙度、識別

29、巖性、判斷氣層、計算泥質含量。氣層、計算泥質含量。2.5.82.5.8碳氧比能譜測井儀碳氧比能譜測井儀 碳氧比能譜測井是碳氧比能譜測井是通過向地層發射脈沖式快通過向地層發射脈沖式快中子（能量中子（能量14Mev14Mev），測量中子與原子核碰撞后），測量中子與原子核碰撞后釋放出的非彈性散射次生伽馬射線，這種伽馬射釋放出的非彈性散射次生伽馬射線，這種伽馬射線能量與所碰撞的原子性質有關線能量與所碰撞的原子性質有關。選出碳元素與。選出碳元素與氧元素作為油水識別元素，并測量碳元素與氧元氧元素作為油水識別元素，并測量碳元素與氧元素的非彈性散射次生伽馬射線的計數，兩元素的素的非彈性散射次生伽馬射線的計數，

30、兩元素的計數率比即是碳氧比，地質應用：計數率比即是碳氧比，地質應用：1 1）新井投產前，對儲層進行再評價；）新井投產前，對儲層進行再評價；2 2）尋找高含水層，為堵水作業提供依據；）尋找高含水層，為堵水作業提供依據； 3 3）在枯竭井中，尋找有生產潛力的油層；）在枯竭井中，尋找有生產潛力的油層；4 4）在觀察井中，監測剩余油飽和度變化狀況；）在觀察井中，監測剩余油飽和度變化狀況；5 5）進行多井評價，確定剩余油飽和度分布。）進行多井評價，確定剩余油飽和度分布。第三章第三章 地面系統地面系統 地面數控測井系統是一個復雜的數據采集系統，任地面數控測井系統是一個復雜的數據采集系統，任何地面數控測井系

31、統都是測井數據采集和記錄系統，不何地面數控測井系統都是測井數據采集和記錄系統，不論它貌似多么復雜，它的功能多么強大，它所采集的信論它貌似多么復雜，它的功能多么強大，它所采集的信號無非是深度信號、模擬信號、脈沖信號、聲波信號和號無非是深度信號、模擬信號、脈沖信號、聲波信號和幾種脈沖編碼信號等。幾種脈沖編碼信號等。 地面數控測井系統分為地面數控測井系統分為硬件系統和軟件系統硬件系統和軟件系統。硬件。硬件系統主要由各種箱體構成，箱體內部又包含了各種電路系統主要由各種箱體構成，箱體內部又包含了各種電路模塊。軟件系統主要包含數據采集控制程序、測后處理模塊。軟件系統主要包含數據采集控制程序、測后處理程序等

32、。下圖為典型的地面數控測井系統結構示意圖。程序等。下圖為典型的地面數控測井系統結構示意圖。 慧眼慧眼10001000地面系統地面系統工作原理工作原理 一、系統概述一、系統概述 慧眼慧眼-1000-1000地面數控測井系統采用地面數控測井系統采用網絡化分布式網絡化分布式設計，易于擴展，設計，易于擴展，控制靈活，操作簡便。可配接裸眼井、固井質量檢測、碳氧比、氧活化、控制靈活，操作簡便。可配接裸眼井、固井質量檢測、碳氧比、氧活化、射孔、取芯等儀器，實現相應測井施工能力，是一套具備綜合施工能力射孔、取芯等儀器，實現相應測井施工能力，是一套具備綜合施工能力的數控地面測井系統。的數控地面測井系統。 該系統

33、配備兩臺該系統配備兩臺PP工控機，完成數據處理工作。主機通過網絡與工控機，完成數據處理工作。主機通過網絡與采集機箱進行數據交換。數據傳輸網絡化設計便于今后實現遠程數據監采集機箱進行數據交換。數據傳輸網絡化設計便于今后實現遠程數據監視及實時數據傳輸。測井軟件可采用視及實時數據傳輸。測井軟件可采用Windows XPWindows XP或或Windows2000Windows2000操作系操作系統，圖形操作界面使操作變得簡單易學。軟件上采用儀器服務表組織儀統，圖形操作界面使操作變得簡單易學。軟件上采用儀器服務表組織儀器串，支持操作工程師通過現場修改儀器服務表組織儀器串，提高測井器串，支持操作工程師

34、通過現場修改儀器服務表組織儀器串，提高測井實效。系統工作高穩定性設計，采用高、低壓信號分離處理，減少高壓實效。系統工作高穩定性設計，采用高、低壓信號分離處理，減少高壓信號對采集模塊串擾，通過合理控制高壓加電、高壓控制繼電器、信號信號對采集模塊串擾，通過合理控制高壓加電、高壓控制繼電器、信號控制繼電器時序，進一步提高系統穩定性。系統采集模塊針對信號類型控制繼電器時序，進一步提高系統穩定性。系統采集模塊針對信號類型設計，避免了針對井下儀設計帶來的儀器配接擴展局限性。前置機采用設計，避免了針對井下儀設計帶來的儀器配接擴展局限性。前置機采用標準總線設計，易于擴展。標準總線設計，易于擴展。 系統由系統由

35、電源箱、綜控箱、采集箱、工控機、打印機、示波器電源箱、綜控箱、采集箱、工控機、打印機、示波器等組成。等組成。 電源箱提供井下儀供電電源，綜控箱選擇接通對應纜芯，井下信號電源箱提供井下儀供電電源，綜控箱選擇接通對應纜芯，井下信號經綜控箱轉接到采集箱相應通道進行數據采集。采集到的數據通過網絡經綜控箱轉接到采集箱相應通道進行數據采集。采集到的數據通過網絡傳輸到工控機，工控機對數據進行存儲、顯示、打印等處理。傳輸到工控機，工控機對數據進行存儲、顯示、打印等處理。二、電源箱二、電源箱電源箱分為電源箱分為隔離電源箱、隔離電源箱、UPSUPS電源箱、直流高壓電源箱、交流電源箱電源箱、直流高壓電源箱、交流電源

36、箱。2.1 2.1 隔離電源箱隔離電源箱 該機箱完成該機箱完成外接電源與地面系統的隔離外接電源與地面系統的隔離, ,減少外界電源減少外界電源對系統干擾，對系統干擾，提高系統穩定性。由一個提高系統穩定性。由一個2KW2KW的隔離變壓器和前面板組成。的隔離變壓器和前面板組成。2.2 UPS2.2 UPS電源箱電源箱 該機箱由一個該機箱由一個2KW2KW的在線式的在線式UPSUPS組成組成, ,給主機、采集箱、綜控箱等提給主機、采集箱、綜控箱等提供電源，當外引電源斷電時為系統可提供不少于供電源，當外引電源斷電時為系統可提供不少于3030分鐘供電時間。分鐘供電時間。2.3 2.3 直流高壓電源箱直流高

37、壓電源箱 為系統提供為系統提供三路三路0-300V/1.5A0-300V/1.5A直流高壓電源直流高壓電源, ,工作方式分為程控和手工作方式分為程控和手動動, ,程控電源分辨率為程控電源分辨率為0.2V0.2V、1mA1mA。本電源支持程控方式操作可以減少。本電源支持程控方式操作可以減少操作工程師操作電源的頻率，減少操作強度，同時可以通過程控加電時操作工程師操作電源的頻率，減少操作強度，同時可以通過程控加電時序配合綜控箱減少信號竄擾，提高系統穩定性。序配合綜控箱減少信號竄擾，提高系統穩定性。根據需要，可作為穩壓電源或穩流電源。當工作在穩壓狀態時，穩流部根據需要，可作為穩壓電源或穩流電源。當工作

38、在穩壓狀態時，穩流部分可起到自動保護作用，保護電流可調，有很高的可靠性和穩定性。電分可起到自動保護作用，保護電流可調，有很高的可靠性和穩定性。電源指標如下：源指標如下：1)1)輸出三路懸浮輸出三路懸浮0300V0300V，1A1A直流電壓；直流電壓；2)2)工作方式為手調工作方式為手調/ /程控可選；程控可選；3)3)具有穩壓、穩流功能并指示；具有穩壓、穩流功能并指示； 4)4)具有過壓、過流保護功能；具有過壓、過流保護功能；5)5)面板數碼顯示電壓、電流；面板數碼顯示電壓、電流；2.4 2.4 交流電源箱交流電源箱 該機箱提供兩路該機箱提供兩路0-300V/1.5A0-300V/1.5A交流

39、高壓電源交流高壓電源，用于下，用于下井儀交流供電、交流推靠供電。井儀交流供電、交流推靠供電。 交流電源由兩路相同的電路組成，其中包括電源開關、交流電源由兩路相同的電路組成，其中包括電源開關、保險、電源噪聲濾波器、調壓器和變壓器。由于兩路交流保險、電源噪聲濾波器、調壓器和變壓器。由于兩路交流高壓電源為高壓電源為0300V0300V連續可調，所以采用自耦調壓器后接連續可調，所以采用自耦調壓器后接變壓器的方式設計。每一個變壓器次級都有中心抽頭可用變壓器的方式設計。每一個變壓器次級都有中心抽頭可用作測井信號傳輸線。作測井信號傳輸線。原理圖如下：原理圖如下：三、綜控箱三、綜控箱 該機箱由控制卡、繼電器卡

40、、模擬信號卡、低壓電源卡、聲波邏輯卡等部分組成。控制卡與繼電器卡協同完成井下供電、井下信號切換功能；低壓電源卡為系統提供12V和5V低壓；模擬信號卡產生各種下井儀模擬信號供系統自檢；聲波邏輯卡產生聲波高壓下井邏輯、完成電極高壓供電及高分辨率三側向的采集與供電。綜控箱原理框圖如下。 3.1 3.1綜控箱工作原理綜控箱工作原理 外部電纜經工作選擇開關轉接后進入纜芯轉換開關。外部電纜經工作選擇開關轉接后進入纜芯轉換開關。纜芯轉換開關由九個撥碼開關組成，它的作用是通過人工纜芯轉換開關由九個撥碼開關組成，它的作用是通過人工控制，使各種井下儀對測井電纜使用的不同接法，轉接到控制，使各種井下儀對測井電纜使用

41、的不同接法，轉接到本系統的標準電纜使用接法中去。其中本系統的標準電纜使用接法中去。其中1#1#纜芯經過射孔選纜芯經過射孔選擇開關后，接到纜芯轉換開關。擇開關后，接到纜芯轉換開關。 繼電器卡繼電器卡完成下井高壓的控制、纜芯信號和模擬源信完成下井高壓的控制、纜芯信號和模擬源信號的選擇，然后將信號送往采集箱的信號采集卡號的選擇，然后將信號送往采集箱的信號采集卡。 繼電器控制卡通過串型總線接收采集機命令，產生繼電器繼電器控制卡通過串型總線接收采集機命令，產生繼電器控制信號。控制信號。 3.2 3.2 繼電器卡繼電器卡 利用單片機利用單片機89C5189C51做智能控制單元，通過做智能控制單元，通過RS

42、232RS232接口，接口，接收采集機命令，控制繼電器矩陣完成下井高壓的控制。接收采集機命令，控制繼電器矩陣完成下井高壓的控制。其原理框圖如下：其原理框圖如下： 3.3 3.3 低壓電源卡低壓電源卡 該卡由該卡由+5V+5V、+12V+12V、-12V-12V、+12V+12V低壓調整電路和小電流低壓調整電路和小電流恒流電路組成。利用集成的三端穩壓塊恒流電路組成。利用集成的三端穩壓塊LM338LM338作低壓調整作低壓調整管，四個電壓調節電位器分別調整管，四個電壓調節電位器分別調整+12V+12V、-12V-12V、+5V+5V、+12V+12V四路低壓輸出。四路低壓輸出。+5V+5V提供給該

43、機箱板卡數字電路；提供給該機箱板卡數字電路；+12V+12V、-12V-12V提供給該機箱板卡模擬電路，第四組低壓提供給該機箱板卡模擬電路，第四組低壓+12V+12V為控制箱內各板卡繼電器提供電壓。為控制箱內各板卡繼電器提供電壓。 模擬信號卡模擬信號卡 3.4 3.4 模擬信號卡用于模擬信號卡用于模擬產生各井下儀輸出信號模擬產生各井下儀輸出信號，供各測，供各測井模塊調試檢查，進行系統的自檢。其輸出信號的類型，井模塊調試檢查，進行系統的自檢。其輸出信號的類型，信號的周期，幅度，脈沖類型，聲速時差值等均由計算機信號的周期，幅度，脈沖類型，聲速時差值等均由計算機以三字節命令方式通過串行口傳送給模擬信

44、號卡。另外，以三字節命令方式通過串行口傳送給模擬信號卡。另外，信號類型根據需要可以任意選擇，信號周期，幅度，脈沖信號類型根據需要可以任意選擇，信號周期，幅度，脈沖類型等也可以隨時變換。類型等也可以隨時變換。 本卡采用本卡采用AD812AD812作為中心部件，它內部包含了兩個作為中心部件，它內部包含了兩個1212位位DACDAC，從而使電路具有簡單，可靠，靈活等優點。，從而使電路具有簡單，可靠，靈活等優點。原理框圖如下所示 3.5 3.5 聲波邏輯卡聲波邏輯卡 聲波邏輯卡是為聲波邏輯卡是為聲幅儀提供聲幅邏輯控制信號、為高分辨率聲波聲幅儀提供聲幅邏輯控制信號、為高分辨率聲波儀提供聲波邏輯信號、為交

45、流微球儀提供井徑恒流供電、為電極系測儀提供聲波邏輯信號、為交流微球儀提供井徑恒流供電、為電極系測井提供電法換向供電和電流采樣而設計井提供電法換向供電和電流采樣而設計。 CPUCPU通過通過RS232RS232接口接受前置機的工作命令，完成不同的電路功能接口接受前置機的工作命令，完成不同的電路功能組合。供電單元由四個光耦和一個反向器組成，正、負直流高壓經限組合。供電單元由四個光耦和一個反向器組成，正、負直流高壓經限流電阻加到四個光耦的流電阻加到四個光耦的D D極和極和S S極，來自數據采集部分的方波信號經反極，來自數據采集部分的方波信號經反向器控制四個光耦交替導通，提供邏輯高壓。供電電路最大能夠

46、承受向器控制四個光耦交替導通，提供邏輯高壓。供電電路最大能夠承受80V/100mA80V/100mA的電源。的電源。 聲幅聲幅/ /聲波邏輯信號共用一個電路通道，工作時把直流高壓聲波邏輯信號共用一個電路通道，工作時把直流高壓DC1DC1電電源接入，發出下井邏輯電壓。通過繼電器卡可以轉接到纜芯源接入，發出下井邏輯電壓。通過繼電器卡可以轉接到纜芯1#1#、2#2#、3#3#、5#5#、7#7#的任一纜芯，纜芯切換可根據需要在操作界面進行。的任一纜芯，纜芯切換可根據需要在操作界面進行。 電極系測井時，電法換向供電邏輯控制四個光耦輪流導通，產生下電極系測井時，電法換向供電邏輯控制四個光耦輪流導通，產生

47、下井高壓，引到井高壓，引到11采樣刻度電阻上。從采樣刻度電阻上。從11采樣刻度電阻上取采樣電流，采樣刻度電阻上取采樣電流，送回電極卡。電極卡測井時從送回電極卡。電極卡測井時從11采樣電阻上取采樣電流，送回電極采樣電阻上取采樣電流，送回電極卡進行處理。卡進行處理。四、采集箱四、采集箱 該機箱由該機箱由前置采集模塊與各種信號處理模塊前置采集模塊與各種信號處理模塊組成組成, , 前前置采集模塊接收上位機的命令置采集模塊接收上位機的命令, ,完成對硬件電路的控制完成對硬件電路的控制, ,并并對數據打包對數據打包, ,傳給主機。信號處理模塊接收前置采集模塊傳給主機。信號處理模塊接收前置采集模塊的命令，完

48、成測井信號的預處理。的命令，完成測井信號的預處理。 采集模塊主要包括采集模塊主要包括電法模塊、直流模塊、脈沖模塊、電法模塊、直流模塊、脈沖模塊、聲波模塊、深度模塊、數傳模塊、氧活化模塊聲波模塊、深度模塊、數傳模塊、氧活化模塊等，分別對等，分別對應各種測井信號的采集。應各種測井信號的采集。 電法模塊完成電極和電法模塊完成電極和SPSP信號預處理及信號預處理及ADAD采集；直流模采集；直流模塊完成接箍、井徑等直流信號的采集與處理；脈沖模塊完塊完成接箍、井徑等直流信號的采集與處理；脈沖模塊完成咖碼、密度、中子等脈沖信號處理；聲波模塊完成聲波成咖碼、密度、中子等脈沖信號處理；聲波模塊完成聲波波列的數據

49、采集與高速傳送；深度模塊完成深度、張力、波列的數據采集與高速傳送；深度模塊完成深度、張力、磁記號信號采集處理；數傳模塊主要完成磁記號信號采集處理；數傳模塊主要完成 PCM9801PCM9801、35063506、35083508、WTCWTC編碼信號的處理及解碼以及聲波組合邏輯的產編碼信號的處理及解碼以及聲波組合邏輯的產生與發送；氧活化模塊完成氧活化測井信號的采集與處理。生與發送；氧活化模塊完成氧活化測井信號的采集與處理。4.14.1技術要點技術要點1) 1) 深度系統深度系統 鑒于深度系統的特殊性，要求其能獨立于其他硬件設鑒于深度系統的特殊性，要求其能獨立于其他硬件設備而工作，并且在儀器斷電

50、時能夠保持當前的有關深度數備而工作，并且在儀器斷電時能夠保持當前的有關深度數據，因而深度系統是由據，因而深度系統是由UPSUPS供電。深度系統包含二個部分：供電。深度系統包含二個部分：一為采集箱內的深度處理卡，二為絞車面板深度系統，二一為采集箱內的深度處理卡，二為絞車面板深度系統，二者分別處理深度脈沖信號，各自具有獨立性者分別處理深度脈沖信號，各自具有獨立性。2) 2) 數據通信數據通信 在高速數據采集和處理系統中，隨著采樣數據量的增在高速數據采集和處理系統中，隨著采樣數據量的增大及信息處理任務的增加，對數據傳送的要求越來越高。大及信息處理任務的增加，對數據傳送的要求越來越高。在系統或模塊間如

51、果沒有能夠高速傳送數據的接口，極易在系統或模塊間如果沒有能夠高速傳送數據的接口，極易在數據傳送時造成瓶頸堵塞現象，影響整個系統對數據的在數據傳送時造成瓶頸堵塞現象，影響整個系統對數據的處理能力。處理能力。 采集卡與上位機通過網卡進行數據交換，采用目前計采集卡與上位機通過網卡進行數據交換，采用目前計算機網絡通信的實際標準算機網絡通信的實際標準TCP/IPTCP/IP協議。協議。采集卡與硬件板卡的通訊主要有三種方式：采集卡與硬件板卡的通訊主要有三種方式：利用雙口利用雙口RAMRAM進行數據交換進行數據交換 雙口雙口RAMRAM提供了提供了2 2個完全獨立的端口，每個端口分別個完全獨立的端口，每個端

52、口分別有自己的控制線，地址線和有自己的控制線，地址線和I/OI/O數據線。數據線。2 2個個CPUCPU可以獨立可以獨立地讀寫任一雙端口地讀寫任一雙端口RAMRAM單元。使用雙口單元。使用雙口RAMRAM在在2 2個個CPUCPU之間之間共享信息有很多優點：速度快，方式簡單，存取共享信共享信息有很多優點：速度快，方式簡單，存取共享信息所用的時間一般與存取息所用的時間一般與存取CPUCPU外部外部RAMRAM中數據所用時間一中數據所用時間一樣。樣。 雙口雙口RAMRAM在使用上應注意的一個問題就是有可能發生在使用上應注意的一個問題就是有可能發生爭用。當兩個端口的爭用。當兩個端口的CPUCPU同時

53、讀取同一個地址單元時，就同時讀取同一個地址單元時，就產生了爭用，會出現寫入值和讀出值不是所期望值的數產生了爭用，會出現寫入值和讀出值不是所期望值的數據混亂狀態。通常，有四種爭用解決方案：硬件判優方據混亂狀態。通常，有四種爭用解決方案：硬件判優方案，中斷方案，令牌傳遞方案和軟件判優方案。本處采案，中斷方案，令牌傳遞方案和軟件判優方案。本處采用中斷方案，這類芯片都有用中斷方案，這類芯片都有INTLINTL，INTRINTR引腳用于引出中引腳用于引出中斷。斷。利用利用FIFOFIFO器件進行數據傳遞器件進行數據傳遞FIFOFIFO芯片是一種具有存儲功能的高速邏輯芯片，在高芯片是一種具有存儲功能的高速

54、邏輯芯片，在高速數字系統中經常用作數據緩存。速數字系統中經常用作數據緩存。FIFOFIFO有兩個端口有兩個端口（輸入口及輸出口）并能按先進先出的順序來暫時存（輸入口及輸出口）并能按先進先出的順序來暫時存放數據，也就是寫入到放數據，也就是寫入到FIFOFIFO輸入口的第一個字將是可輸入口的第一個字將是可以在輸出口被讀出的第一個字，接著便是第以在輸出口被讀出的第一個字，接著便是第2 2個字等等。個字等等。輸入和輸出口的工作彼此是獨立的。只要當前存放在輸入和輸出口的工作彼此是獨立的。只要當前存放在FIFOFIFO中的數據字數目少于中的數據字數目少于FIFOFIFO的容量，那么就可以繼的容量，那么就可

55、以繼續向續向FIFOFIFO中寫入數據。當中寫入數據。當FIFOFIFO存滿數據的時候，它就存滿數據的時候，它就會阻止繼續寫入數據。同樣，只要會阻止繼續寫入數據。同樣，只要FIFOFIFO內部還存有數內部還存有數據，那么就可以繼續從據，那么就可以繼續從FIFOFIFO中讀出數據。當中讀出數據。當FIFOFIFO中所中所有的數據被讀完時，它就會禁止繼續讀出數據。有的數據被讀完時，它就會禁止繼續讀出數據。利用采集卡的利用采集卡的I/OI/O端口直接對硬件板卡進行控制端口直接對硬件板卡進行控制 由于采集工控卡有許多空閑的由于采集工控卡有許多空閑的I/OI/O端口，可以將端口，可以將硬件板卡作為其擴展

56、設備，給某一個硬件板卡分配硬件板卡作為其擴展設備，給某一個硬件板卡分配若干個若干個I/OI/O口地址，這樣采集工控卡便可象對一般口地址，這樣采集工控卡便可象對一般I/OI/O設備那樣對硬件板卡進行控制，大大提高了采集設備那樣對硬件板卡進行控制，大大提高了采集卡對硬件板卡的控制速度，也減化了控制過程。對卡對硬件板卡的控制速度，也減化了控制過程。對聲波卡的數據存儲器聲波卡的數據存儲器FIFOFIFO器件的控制即是使用該方器件的控制即是使用該方式。式。4.24.2聲波卡聲波卡 從電纜傳送到聲波卡中的聲波信號，由該卡進行處理從電纜傳送到聲波卡中的聲波信號，由該卡進行處理后送往采集機，采集機得到波形數據

57、，由該波形數據計算后送往采集機，采集機得到波形數據，由該波形數據計算出各種所需測井參數，以完成聲波類測井。出各種所需測井參數，以完成聲波類測井。硬件原理框圖如下所示：硬件原理框圖如下所示：4.3 PCM4.3 PCM卡卡 PCMPCM卡是數控測井儀的一個重要模塊，它完成地面卡是數控測井儀的一個重要模塊，它完成地面儀與儀與PCMPCM組合下井儀器的連接。其主要的功能有：組合下井儀器的連接。其主要的功能有：1) 1) PCMPCM編碼信號的處理及解碼；編碼信號的處理及解碼；2) 2) 下井命令的編碼及發送；下井命令的編碼及發送；3) 3) 聲波組合邏輯的產生與發送；聲波組合邏輯的產生與發送；4)

58、4) 與主機雙向數據傳與主機雙向數據傳輸。輸。 可配接的儀器有：可配接的儀器有：37003700系列中的系列中的35023502、35063506、35083508、PCM9801PCM9801組合儀以及組合儀以及DDLDDL系列系列WTCWTC多參數組合儀。多參數組合儀。框圖如下：框圖如下：4.44.4脈沖卡脈沖卡 脈沖卡脈沖卡是由軟件和硬件相配合來完成脈沖信號測井的模塊是由軟件和硬件相配合來完成脈沖信號測井的模塊。它。它能夠根據上位機的控制工作在計數、周期測量方式下，可滿足不同能夠根據上位機的控制工作在計數、周期測量方式下，可滿足不同的井下儀的要求。的井下儀的要求。 井下儀送來的脈沖信號首

59、先經過纜芯切換電路，根據測井項目井下儀送來的脈沖信號首先經過纜芯切換電路，根據測井項目的不同，由主機選擇控制分別送到不同信號處理通道，經過放大、的不同，由主機選擇控制分別送到不同信號處理通道，經過放大、整形、濾波、門檻鑒別形成規則的脈沖信號，再經過信號切換電路整形、濾波、門檻鑒別形成規則的脈沖信號，再經過信號切換電路將信號分別送往數據處理單元和示波器、將信號分別送往數據處理單元和示波器、A/DA/D等，數據處理單元根據等，數據處理單元根據主機命令對信號進行計數和周期測量，將數據通過雙口主機命令對信號進行計數和周期測量，將數據通過雙口RAMRAM送往主機，送往主機，同時也通過雙口同時也通過雙口R

60、AMRAM接收主機命令。接收主機命令。特點如下：特點如下：具有八路脈沖信號的計數功能并可與聲波變密度組合處理；具有八路脈沖信號的計數功能并可與聲波變密度組合處理；受上位機控制各道工作在計數和定時方式；受上位機控制各道工作在計數和定時方式；纜芯輸入、極性轉換、比較門檻可程序控制；纜芯輸入、極性轉換、比較門檻可程序控制；輸入頻率范圍輸入頻率范圍:0-10KHz:0-10KHz；輸入信號幅度：輸入信號幅度：0.5-10V0.5-10V。4.54.5直流卡直流卡 直流卡是針對輸出為直流信號的下井儀設計的，該卡含有直流卡是針對輸出為直流信號的下井儀設計的，該卡含有六路六路直流信號通道和一路直流信號通道和