测井仪器传热理论研究及仿真试验分析

为了保障石油开采向万米深层进发,提高测井仪器的耐温耐压指标,解决测井仪器电路热失效问题,针对测井仪器开展传热理论研究及仿真试验分析。根据测井仪器实际工况,通过仪器与井下流体的对流模型分析不同因素对平均对流换热系数的影响;针对直肋散热器构建传热模型,计算肋片散热效率,通过有限元方法求解测井仪器三维模型,并开展仪器高温试验,分析不同类型散热器对芯片温度的影响。结果表明,流体的平均对流换热系数与仪器上提速度正相关,可以通过调整井下流体成分的配比改变平均对流换热系数;测井仪器高温区域主要集中在芯片附近,应考虑将热量向仪器两端传递以提高散热效率;高温试验测试结果与散热器仿真结果一致,均说明弧形肋片散热器的散热效果最优。该研究可以为测井仪器热管理提供理论指导。

EILog-05双侧向数据采集板的改进设计

EILog-05测井系统中的高分辨率双侧向测井仪在组合试验中发现其通讯可靠性较差,有时还出现曲线跳尖现象。对双侧向测井仪的通讯控制部分进行了改进设计,利用CPLD芯片EPM7256AE实现DTB通讯协议,开发了基于DSP的数据采集板。介绍了DTB通讯接口、CPLD逻辑、数据采集电路的实现方法以及软件控制流程的编写,并给出接收命令和上传数据的时序仿真。改进数据采集板的功率控制增加了低电阻率时的分段区间,改善了低电阻率时的信噪比。现场试验及油田应用表明,EILog-05双侧向数据采集板的改进设计有效提高了其在大组合系统中通讯控制的可靠性,并能有效消除测井曲线跳尖现象。

声电测井探测器主要干扰成因分析

声波类测井仪器通常有数千伏的激励高压,高压脉冲形成的电磁干扰可影响测井仪器的功能部件和正常测量,降低信噪比。由于声电测井探测器采集的声电转换波信号极其微弱,易受电磁干扰,这就决定了声电测井探测器对电磁兼容性有更高的要求。结合探测器的结构和电磁兼容三要素研究了声电测井探测器的电磁干扰特性。分析了作为敏感源的电极测量回路特征,通过干扰测试明确了高压脉冲源是主要干扰源,并分析了电磁干扰耦合路径的形成机理。以定性的电耦合模型、定量的高斯电场定律和电耦合实验研究相结合的方式对探测器的电磁干扰特性进行系统分析与验证,还原探测器的主要干扰特征,揭示高压脉冲的电耦合是探测器的主要干扰成因,并提出减小耦合干扰的方法。测试结果表明,该方法能够有效改善声电测井仪器的电磁兼容特性,提高对声电转换波弱信号的探测能力。

分布式高性能日志架构设计与研究

文章从分布式日志工具出发提出了一种高性能的设计架构,其中主要技术点包括:容器化部署、高性能落盘、基于消息队列的日志收发、InfluxDB时序数据库可视化展示、异常处理恢复等。基于以上关键技术实现的分布式日志可以广泛用于各种分布式集群中,并具备高可用的机制,从不同维度实现高性能可行的日志采集系统。文章对比了没有采用buff策略以及使用buff策略的性能实现,其中QPS指标为每一次访问请求所查询的次数,其中包含了日志大于MaxSize自动备份切割的过程,发现QPS指标较原有指标提升倍以上,相比原有无优化操作的性能有明显提升。

国外集成化测井技术

国外集成化测井技术目前最具代表性的是斯伦贝谢公司开发研制的 Platform Express,它是对传统的三组合仪器串 (密度、中子、电阻率以及辅助测量 )的优化设计和组装 ,长度和重量都缩减了一半多 ,测速提高了 1倍 ,抗震性能明显提高 ,可以记录三组合仪器串的所有测量自然伽马、中子孔隙度、体积密度、Pe、冲洗带电阻率和地层电阻率值 ;辅助测量包括井径、加速度、电缆张力、井温、泥饼厚度以及仪器与井壁的距离 ;在短半径水平井、狗腿子井以及不规则井眼中的测井成功率高 ,适合于开发井测井和老油田挖潜 ,是一种低成本、高效率的测井仪器系列。

动电效应测井探测器电子系统设计

介绍了动电效应测井探测器电子系统的设计。该电子系统由主控电路、声激励电路、电激励电路和电、声信号处理及采集电路组成,各功能电路通过自定义高速仪器控制总线互联,形成分布式架构。该电子系统广泛使用CPLD/FPGA实现总线协议和子系统控制功能,并在电、声信号处理及采集电路中运行NIOS系统,完成本地数据采集控制和数据处理的功能。主控电路运行μC/OS-II嵌入式操作系统,实现系统实时控制。整个电子系统经过实验室高温测试和水池实验及现场测井实验,得到了良好的测试数据,系统运行稳定可靠。

一种高分辨率双侧向测井仪

常规双侧向测井仪因其良好的聚焦性能而得到广泛应用 ,虽然它的径向探测深度较深但对薄层的分辨能力却较差。适当修改现有双侧向测井仪电极系 ,通过不同地层模型条件下的模拟计算和伪几何因子考查 ,结果表明 ,该电极结构垂直分辨率有了很大改善 ,受井眼的影响较小 ,径向探测深度也较深。

高温200℃测井仪器微弱电压信号放大电路设计

针对高温(200℃)测井仪器中的微弱电压信号检测问题,设计一种测量放大电路,包括由并联仪用放大器组成的主放大器、带通滤波器和差分输出电路。实验表明:该电路输入信号幅度范围为40 n V^10μV,频带为500 k Hz^1 MHz,接收电路增益为92 d B,可在环境温度为200℃时可靠工作,信号频带内增益随温度变化小于0.5 d B,满足实际测量要求。实验结果与理论分析和数值计算相符合,可以为高温(>200℃)测井仪器中的微弱电压信号测量技术领域的研究工作提供参考。

高温井下测井仪热管理系统数值仿真分析

测井仪常用于勘探深层地底下的油气资源分布,面临着高温的作业环境,其内部的电子器件在高温下往往失效烧毁。因此,石油行业需要对测井仪进行热管理设计。以往研究大多通过实验的方法探究测井仪的热管理效果,难以获得影响测井仪内部电子器件温度的关键因素。文章利用数值仿真方法得到测井仪热管理系统的温度分布,与实验结果对比,仿真的最大误差不超过5%,说明模型比较准确。随后利用控制变量法研究相变材料质量、电子器件功率和井下环境温度对电子器件温度的影响,研究结果表明,相变材料质量与电子器件温度呈负相关,电子器件功率与电子器件温度呈正相关,而井下环境温度对电子器件温度的影响相对较小。

导热凝胶在测井仪热管理中的应用

采用导热凝胶填充测井仪电路与骨架的间隙可以强化井下电子器件散热,但缺乏系统性的研究。应用仿真及实验手段对导热凝胶在测井仪热管理中的应用效果进行研究,并与常规测井仪进行对比。仿真结果表明,导热凝胶具有强化井下电子换热及显热蓄热的双重作用。实测结果显示热源最高温度从165.2℃下降至117.8℃,其与吸热体的温差从39.7℃下降至28.0℃,验证了导热凝胶的热管理效果。

提高测井仪器耐高温性能方法的研究

为实现大深度井、高温井的地层参数测量，提高测井仪器的耐高温性能，研究了隔热、吸热技术在提高石油测井仪器的耐高温性能方面的作用．在实验室条件下通过模拟石油测井正常的工作时序，对采用热障涂层和相变储能设计的自然伽玛能谱的探测器管腔内的温升状况进行了实验测试．结果表明，采用隔热、吸热技术能够提高石油测井仪器的耐高温性能，可以实现井下仪器在200℃高温环境下按照正常测井时序工作3～4h，且仪器探测器管腔内的温度控制在150℃内,伽玛能谱仪器的实验室高温循环测试以及高温实井试验测试表明，器件高温失效概率有显著的降低．

脉冲中子测井仪综合时序发生器的设计

研制了一种适用于脉冲中子测井仪的井下全谱采集控制综合时序发生器和阳极高压变换器。该时序发生器可通过阳极高压变换器产生碳氧比、中子寿命、能谱水流、脉冲中子氧活化等测井方法的中子爆发时序,并控制多种测井方式的信号采集。以综合时序发生器为电路核心的井下双路多道谱仪采用MPU+CPLD优化技术设计,阳极高压变换器实现了模块化。将采用上述技术设计的小直径脉冲中子综合测井仪应用于实际测井,现场测试结果表明,仪器的重复性良好,稳定可靠。

高温井下低熔点合金储热模块封装及试验

测井仪工作时,其内部电子器件面临着井下高温环境的考验,容易热失效,需采用储热模块进行热控温。以往研究中储热模块的热性能较差,且封装可靠性未经严格验证。为此,首先制备了低熔点合金储热材料并表征其热物性,随后对储热材料采用金属模块化封装,并采用高、低温循环测试以及高温振动测试验证其可靠性,最后将其应用于测井仪中进行温度测试。测试结果表明,低熔点合金的储热能力以及储热速率相比石蜡优势明显,其封装模块不仅顺利通过了严苛的可靠性测试,而且在测井仪温度试验中也反映出较为优异的控温能力,可满足实际测井需求。研究结果可为测井仪在高温环境下工作提供技术参考。

梯度场核磁共振测井仪电子线路设计

介绍梯度场核磁共振测井仪控制和采集电路、功率放大电路、Q-转换电路、隔离电路和接收电路等。解决核磁共振测井仪大功率发射和微弱信号检测的技术难题。射频脉冲发射完后,能尽快泄放天线中储存的能量;脉冲发射和能量泄放时可对接收电路进行高压隔离保护。介绍各关键电路的设计原理,并利用所设计的电子线路和自制核磁共振测井仪探头,在实验室条件下对硫酸铜水溶液进行测量,得到满意结果。该电子线路已成功应用于自制梯度场核磁共振测井仪样机,对随钻核磁共振测井仪和井下核磁共振流体分析同样具有重要的参考价值。

一种基于SiP的高温测井仪器高速数据采集系统

通过使用高导热封装材料及热传导效率高的热结构,从而显著降低器件的封装热阻,提高器件的温度等级,实现了一种最高工作温度达200℃的高速数据采集与处理系统级封装。该系统级封装由数字信号处理（DSP）、现场可编程门阵列（FPGA）、模拟-数字转换器（ADC）及存储器等外围器件组成,具有模拟信号数据采集、数字信号处理、串行通信、多路数字输入检测和输出控制等功能,其中差分输入模拟信号的最大可允许电压峰峰值为4 V,所用12 bit ADC最高采样频率为20 MHz,数据存储深度最大可配置为144 kbit,测试表明其在25-200℃环境温度内,信号幅度的变化在0.4 dB内,较好地解决了高温测井仪器高速数据采集问题。

测井仪器液压动力系统高温高压试验装置的设计

本文分析了测井仪器的工作概况及其液压动力系统的工作原理,并分析了液压动力系统耐高温高压性能的必要性。针对液压动力系统耐高温高压设计要求,设计了试验装置,对液压动力系统进行了高温高压试验研究,验证了试验装置设计的合理性及液压动力系统的工作可靠性。

存储式井温测井在高温高压储层人工裂缝高度评价中的应用

通过压前、压后井温曲线对比,能够较准确计算水力压裂高度,为判断压裂效果提供依据。青海油田油气藏勘探开发从中低渗透砂岩储层向致密的变质灰岩基岩储层发展,水力压裂储层改造技术呈现出高温、高破裂压力的施工特点。为解决高压高温的井温测井,仪器优选高性能存储式井温仪,工艺采用高压防喷装置、电缆测井方式。通过现场2口井测试,检测了压裂裂缝高度,达到了纵向上认识压裂效果的目的,进一步验证了工艺的科学性和实用性,解决了高温高压压裂缝高评价的难题,完善了高温高压压裂效果评价手段。

高温测井仪器研制

随着钻井技术的不断发展,深层勘探取得重大突破,深井测井工作量日益增加。深井的高温高压对测井仪器的耐高温、耐高压性能提出了新的要求。文章介绍了胜利测井公司近几年在高温测井仪器研制、现场应用等方面取得的突破性进展,并就高温仪器发展提出了新的思路。

核磁共振测井仪脉冲功率放大电路设计与实现

提出一种实用可靠的适用于核磁共振测井系统脉冲功率放大电路的设计方案。通过理论计算,讨论了全桥开关放大电路能满足核磁共振测井系统对输出功率的要求;给出高速功率MOSFET驱动电路的特性分析及设计方案,并详细阐述了驱动电路各模块的功能。实验证明该电路在1MHz频率下是一种高效、稳定的脉冲激励放大能量转换电路,已投入实际应用中。

一种抑制电路温度漂移影响的高温测量系统

设计了一种耐155℃高温的井下测量系统,为了满足多通道信号的测量,其前置放大电路采用分时复用的工作机制,刻度信号与目标信号通过模拟开关分时送至前置放大器。发射电流经取样后得到参考信号,运用数字相敏检波算法计算其幅度和相位,为分时导通的刻度信号和目标信号提供相位基准。通过对模拟通道进行实时的刻度,确保测量结果不随电路的温度漂移而发生变化。实验结果表明,该方法能有效地抑制温漂对测量系统的影响。