声电成像仪器组合通讯问题探讨

刘鑫，宛文宇，孟繁宇，肖雷雷

(中海油田服务股份有限公司，天津 300452)

0 引言

微电阻率扫描成像测井仪是基于电法测井的基本原理—欧姆定律，通过高分辨率阵列扫描、数据处理，最终生成井周地层的二维视电阻率图像。图像可以直观显示出井壁地层的层理、裂缝、孔洞与断层等信息，通过软件处理还可以对碎屑岩地层、碳酸盐岩地层、火成岩地层以及各种复杂岩性地层进行精细评价。

井周声波成像测井仪用于对裸眼井或套管井的井壁进行超声波扫描，从而产生详细的影像。仪器的探头发射高频声波脉冲，采用自激自收的方式，并测量回波的到时和幅度，获取井眼几何形状、识别裂缝和评价井壁的粗糙度等，井眼覆盖率达到100%。回波的幅度大小受井壁结构的影响，而到时则反映了探头到井壁的距离。超声探头安装于仪器的旋转部分，从而能对井壁做环井周360°的扫描，并产生两组图像：幅度和到时。回波幅度图像显示了井壁特征。高反射层在图中显示为白色，而低反射层显示为黑色。介于两者之间的值则赋予一定的灰度，该灰度与测量值成正比。这种图像在确定诸如裂缝等低反射层时特别有用。回波幅度受泥浆衰减、仪器居中情况以及井壁的粗糙度等因素的影响。

中海油田服务股份有限公司通过自主创新将微电阻率扫描成像测井仪与井周声波成像测井仪组合进行测井，起到了声电仪器组合的作业效果，作业过程中使用ERTT谣传传输测井仪+ERMI微电阻率扫描成像测井仪+CBIT井周成像测井仪的仪器组合方式，配合中海油服自主研发的ELIS电缆测井系统进行测井作业，该组合测井方式已在BZ(渤中)区块，SZ(绥中)区块完成多口高温高压井作业，ERMI微电阻率扫描成像测井仪使用M5(模式5)数据传输方式，CBIT超声成像测井仪采用M7(模式7)数据传输方式，ERTT谣传传输测井仪使用M2(模式2)传输方式完成命令的下发和数据的上传。本文旨在对井下仪器在工作过程中存在的通讯问题及解决措施进行探析。

1 通讯方式介绍

谣传传输测井仪与接在它下面的微电阻率扫描成像测井仪、井周成像测井仪仪器之间以WTS IB(INSTRMENT BUS)总线通信，WTS IB 总线传送的是曼彻斯特编码，它采用模式变压器在双绞线线上以差分信号形式传送。地面采集系统和井下仪器通讯的建立，是调节M2(模式2)的发射信号的幅度以使井下仪器ERTT谣传传输测井仪能够识别下发的命令，然后调节接收信号的幅度使地面采集系统能够识别上传的数据。其中M2 (模式2)为双向传输通道(地面和井下仪器可以双向通讯)，Mode2(模式2)的20 BIT(位)命令和数据字编码格式：3位同步＋16位数据＋1位奇校验，下发命令速率为20.833 kb/s(千位/秒)，地面采集系统发送一个命令字需要1 ms；上传数据速率为41.666 kb/s(千位/秒)；所有数据和命令编码都是奇校验，即编码中“1”的个数为奇数。M2(模式2)是三种通讯模式中带宽最窄的一种，用于地面采集系统向井下仪器发送命令，也用于某些仪器向地面传输较小的数据串。M2(模式2)属于半双工通讯模式，即 M2 CMD(模式2 命令)与M2 DATA (模式2 数据)不能同时发生。而M5(模式5)和M7(模式7)与M2(模式2)相比，只由井下仪器向地面传输数据，增大了传输带宽，提高了数据速率，其上传数据通道速率可以达到93.75 kb/s(千位/秒)。M2(模式2)、M5(模式5)和M7(模式7) 可以同时工作，而且交叉干扰相对较小。M5(模式5)和M7(模式7)用于采集数据量大的仪器向地面采集系统发送数据，其数据字编码格式为：8位0＋3位同步＋16位数据流，既可以和M2(模式2)同时发生，也可以异步发生。M7(模式7)与M5(模式5)的数据格式和传输速度完全相同，同样应用于大数据量的仪器。

2 仪器信号流程分析

ELIS(测井系统)对仪器的信号采集机制，采用发送命令Acquire(采集)，Send(发送)的方式来进行。仪器命令是由地面系统通过模式2通道发送到井下仪器的。命令既可以是一个字，也可以是多个字。井下仪器在上电后并不自动进行数据采集，而是等待地面系统的采集命令。根据功能不同命令分为：采集命令、非采集命令，如：仪器收开腿open(开)/close(收)，仪器换挡zero(高刻)/cal(低刻)/log(外部档)等。EDIB仪器只支持一种采集模式：采集和发送，命令格式：0xYYZZ，其中YY—地址；ZZ—命令，仪器地址：8bit地址。理论上每种仪器的地址是唯一的。先发Acq采集命令，仪器收到后启动采集，准备数据，然后根据各支仪器的采集延迟时间，发send(发送)数据命令，仪器收到后，应立即上传规定的数据。Send(发送)的先后顺序确定机制：发送ACQ(采集)后，从第一个ACQ(采集)扫描，它的DELAY(延迟)小于了ACQ(采集)到SEND(发送)的间隔，就送该ACQ(采集)的数据，否则扫描下一个ACQ(采集)，直到该ACQ(采集)的delay小于ACQ(采集)到SEND(发送)的间隔，就发送该ACQ(采集)的SEND(发送)。发送SEND(发送)后若无数据返回，在等待规定的时间后，进行下一个ACQ(采集)的SEND(发送)。Acq(采 集 命令)Send(发送命令)示意图如图1所示，M2(模式2)命令、数据图如图2所示。

3 仪器组合时通讯故障排查方法

下发命令的通路：地面系统-ERTT谣传传输测井仪-ERMI微电阻率扫描成像测井仪-CBIT井周成像测井仪；上行数据通道：CBIT超声成像测井仪-ERMI微电阻率扫描成像测井仪-ERTT谣传传输测井仪-地面系统。在建立通讯之前必须对每种仪器通讯模式进行训练，每次训练只能训练一种模式。在仪器串组合中，每种方式只需要训练一次，其他仪器的相应模式通讯应该是正常的。比如，ERTT谣传传输测井仪的M2(模式2)训练好后，其他仪器的M2(模式2)通讯也应该是正常的。训练好仪器的通讯模式在通讯窗中显示绿灯，反之就显示红灯。当训练成功后，训练参数系统会自动保存。在下次运行相同地面系统时，如果仪器和电缆都没有更换，通讯应该是正常的，可以不再进行训练。

图1 Acq(采集命令)Send(发送命令)示意图

图2 M2(模式2)命令、数据图示

3.1 编辑正确的服务表

使用正确版本的ELIS地面系统，跟据现场作业需求选择合适的服务表，避免通信采集时序冲突引发的通信错误及波形，关注服务表编写中的数据流与时序(ACQUIRE,SEND)，如服务表编写不当会引起数据冲突，作业应用时微电阻率扫描成像测井仪采用M5通道传输数据，井周成像测井仪采用M7通道传输数据。

3.2 FIT通断绝缘检查仪器

谣传传输测井仪与接在它下面的微电阻率扫描成像测井仪、超声成像测井仪仪器之间以WTS IB(INSTRMENT BUS)总线通信，在WTS IB(INSTRMENT BUS)总线下，整个仪器串的27号芯、28号芯传输M2模式命令；29号芯、30号芯传输M2模式数据；31号芯、32号芯传输M5模式数据；15号芯、16号芯传输M7模式数据。因此要想保证仪器通讯正常，必须确保整个仪器串中谣传传输测井仪以下的15号芯、16号芯，27号芯、28号芯，29号芯、30号芯，31号芯、32号芯通断绝缘正常，同时确保地面系统中缆芯分配面板、安全开关面板及作业使用的马笼头及滑环的1号芯～7号芯及10号芯通断绝缘正常。

3.3 使用示波器对仪器数据命令进行观察

通讯错误类型包括：

(1) T/O超时，原因：仪器没有响应命令，无返回数据；仪器有返回数据，但是长度小于服务表要求；仪器有返回数据，长度也够，但是同步头异常；

(2) NVM：曼码错误，原因：对于M2可能是数据校验错误，数据波形有干扰，导致解码判断错误。

通过软件的Act Swtich(采集开关)功能，关闭其余仪器的采集，通过隔离观察，只剩下通讯报错的仪器采集，观察示波器上是否有仪器返回的数据波形；利用外部示波器触发功能，放大观察波形，观察返回的数据同步头是否正确。

可能存在的异常情况：

(1)仪器有返回数据，长度也够，但是同步头异常；

(2) M2(模式2)数据的同步头负脉冲幅度过低，影响同步识别，导致通讯异常；

(3)某一仪器的采集、发送命令缺失，或该仪器的数据无返回。

4 结语

声电成像组合测井模式相比传统作业模式可大幅度提高作业时效，仪器串的通讯正常是保障作业的前提，作为仪器维保人员必须要对仪器串通讯通路了解透彻，针对不同故障举一反三，触类旁通，不断提高仪器通讯稳定性，积极应对“高温、高压”作业环境，高效保障海上一线作业顺利进行。