存储式测井仪电源中控短节

邹岳元 蔡志明 钟 林 陈召军

(川庆钻探工程有限公司测井公司 重庆)

0 引 言

目前，过钻具存储式测井仪器［1］在井口连接仪器串后仪器即开始供电工作，进行测井信号采集和数据存储。在通常情况下，整套仪器工作时间通常超过24 h，其中大部分时间是在保护套内，测井仪器采集和存储的属于无用信息，极大浪费电池资源和存储空间;且在保护套内，双侧向测井仪工作处于此环境下，对仪器伤害较大。为解决上述问题，研发了过钻具存储式测井仪电源中控短节，使测井仪器仅在测量井段内工作，其余时间断电停止工作。国内外对无电缆测井仪器电源控制进行了探索和研究［2］。在电池容量有限的情况下，为了降低系统功耗，延长电池供电时间，一种方法是运用单片机的待机运行模式和掉电运行模式，使井下仪器系统在非测井时处于低功耗状态［3］，但这种方法节电效果非常有限。另一种方法是采用泥浆脉冲控制方式控制仪器的测井起动工作，仪器在下钻过程中，整串测井仪器悬挂在保护套里，当用钻杆传输至井底时，通过泥浆压力变化发射信号，整串测井仪器在泵压的推动下释放出水眼，再打开仪器串的供电电源，开始上提钻具测井。这种方法在超深井不但成功率较低，而且测井仪器在测井结束后也无法自动断电停止工作。

1 电源中控短节的技术指标

根据过钻具存储式测井施工工艺流程，存储式测井仪电源中控短节的主要技术指标如下:

耐温: 175℃

耐压: 140 MPa

外径: 70 mm

时间控制范围: 1 min ～256 h

压力控制范围: 1 μPa ～140 MPa

2 电源中控短节设计

电源中控短节采用的方法是对供电电池通断进行控制，符合设定条件时，电池输出接通到仪器串，停止测井时电池输出关断。电源中控短节以时间和泥浆压力两个参数作为准确控制测井仪器开始测井、结束测井的控制条件。

电源中控短节原理框图如图1 所示，包括压力传感器、信号放大、核心处理器、参数存储器、继电器控制开关、通讯接口和电源模块。其中压力传感器将外部压力转换成电信号，该信号为模拟量，经过运算信号处理后，送到DSP 核心处理器进行A/D 转换、数字滤波等处理，作为控制电源控制开关的逻辑参数之一。DSP采用内部定时器提供的时间信息，将该时间信息作为控制电源控制开关的另一逻辑参数;通讯接口用于DSP 与上位机(电脑)通讯，上位机通过RS485 串口通讯接口，将预设时间及压力门槛参数传递给DSP;参数存储器为非易失存储器，用于DSP 接收到的预设时间和压力门槛参数存储，以便仪器再上电后DSP 能从存储器读取这些参数;控制继电器开关用于根据DSP 的命令控制井下仪器串的供电和断电;电源模块将21V电源转换为±12 V 和5 V 电压，给压力传感器、运算放大器、DSP 和控制继电器(电源控制开关)供电。参考电源给DSP 提供基准电压，作为DSP 进行A/D 转换时的标准电压，使采集的压力值准确可靠。

当井下仪器到达测井段和测井结束离开测井段时，DSP 根据存储在大容量非易失存储器中预设时间和压力参数，结合采集到的外部压力值和实时时间信息，经过逻辑判断，通过控制继电器控制开关的闭合和断开，自动控制井下仪器电池组给井下仪器串供电和断电，从而达到控制井下仪器测井。

图1 电源中控原理框图

3 电源中控短节的工作控制流程

电源中控短节对电源进行控制的流程如图2 所示，控制流程为以下几步:

图2 电源中控短节控制流程

1)根据测井作业深度和钻杆下井速度预估仪器串的到达测井段时间，预置电源开启的时间，并启动计时器计数。

2)当定时时间到后，启动压力传感器检测泥浆压力。

3)将压力值与预设控制供电的阈值进行比较，达到阈值则接通电池电源，给仪器串供电。

4)当压力值小于断电阈值时，通过继电器关闭电池电源。

供电时，定时作为第一条件，只有定时条件满足时才能打开压力检测电路，两个条件同时满足开始供电，有效避免测井仪器误供电断电。

4 试验情况

4.1 试验井试验情况

为检验过钻具存储式电源中控短节能否按照要求工作，是否能达到预期效果，在教学试验井与陕北某井开展了现场试验，教学试验井的试验情况如下。

1)教学水井井深1 200 m(直井)，泥浆为清水，密度约1.0 g/cm3。

2)预设仪器串到达井底预计时间20 min，即时间到后测井仪器自动供电，开始上提仪器测井。预设测井时间0 min(即到达井底后开始检测压力)。断电压力值为3 MPa(根据水井清水密度计算得出在300m 位置压力约为3 MPa，中控短节检测压力小于3 MPa 后自动断电)。

3)在地面给电源中控短节设置好参数后，按照仪器下井顺序在井口连接仪器。仪器连接完毕时间10∶43，开始正常下井，人工记录下到1 116.5 m 位置时间为11∶03，开始上起测井，人工记录到达300 m 位置时时间为11∶21，仪器起出井口，中控短节断电时间为11∶30。仪器到达井口，取出后在11∶40 时地面系统读取电源中控短节的信息，如图3 所示。

4)从图3 读取信息可以看出，电源中控短节已经自动控制电池给自然伽马+ 井斜方位组合仪供电18 min。

图3 读取的电池供电时间

5)读取自然伽马+ 井斜方位组合仪数据，如图4所示。从数据可以看出仪器从11∶01 开始供电工作并采集存储数据，在11∶18 断电停止工作，与提取的读取电源中控短节内仪器上电工作时间信息一致，说明电源中控短节按照预设条件，自动控制了井下仪器的供电断电，与试验预期符合。

图4 存储器中读取的自然伽马+井斜方位数据及存储时间

4.2 现场试验情况

2013 年10 月11 日至10 月12 日，在陕北某XYnn-48H 井进行了电源中控短节下井控制存储式仪器测井试验，试验情况如下。该井垂深3 549 m，测量井段3 190 m ～4 460 m，测井施工耗时25 h 10 min，电池通电时间9 h 50 min，故节约电池时间15 h 20 min，节约电池工作时间60.9%。而2013 年6 月29 日，在陕北某X - mm - 13H 存储式仪器测井作业，井垂深3 362 m，测量井段3 210 m ～4 600 m，测井施工耗时24 h20 min，由于无电源中控短节，电池通电与测井作业时间相同。两次测井相关情况对比如表1 所示。

表1 带电源中控与无电源中控的存储式两口井电池通电时间对比

5 结 论

通过在野外进行具体的试验，得出以下几点结论:

1)电源中控短节按照预设参数，在仪器串下井到达预定时间和井深后自动供电，测井仪器开始工作，在设定井深位置处断电，使测井仪器停止工作，达到了自动控制测井仪器供断电的目的。

2)减少了双侧向电极处于套管内近乎短路的工作时间，从而保护了仪器，增长仪器使用寿命，对于声波等存储数据量大的仪器来说，还可节省有限的数据存储空间。

3)电源中控短节通过控制测井仪器起止工作，提高了电池有效利用率，节约了电池，能有效节约测井成本。

［1］赵 平. 正在兴起的过钻头测井技术及其应用［J］. 测井与射孔，2006，24(2)

［2］李明华. 钻杆输送存储式测井仪电池控制系统设计［J］.计算机仿真，2012，62(7)

［3］庞巨丰. 测井原理及仪器［M］. 北京:科学出版社，2008