基于套管设计的过套管测井系统井下仪器研究
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[摘 要]为了改变传统测井仪器的局限性，提出了基于套管设计的过套管测井系统设计方案，首先对测井系统进行了整体设计，从控制模块、DDS模块以及功率放大模块三方面对激励信号源进行了说明，从前置放大电路、信号调理电路以及信号采集电路三方面对数据采集系统进行了说明，最后对主控制器进行了设计，以此证明了该种设计方案的可行性，为提高测井效率和改变传统测井系统的弊端奠定了基础。研究表明：该种设计方案可以改变传统测井系统中测井误差较大、测井深度不足等多方面的问题，证明该种设计方案具有一定的可行性。
[关键词]套管设计 过套管测井系统 井下仪器 激励信号源 主控制器
中图分类号：C912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）11-0041-01
在整个油气田开发过程中，测井工作十分重要，将会对后续的油气田开采效率产生间接影响。目前，过套管测井技术已经得到了大范围的使用，该种测井技术克服了传统测井技术的弊端，在未来一段时间内仍然具有很强的应用前景。目前，常见的过套管测井技术主要有三种，分别是C/O技术、中子寿命技术以及过套管技术，这三种测井技术都存在一定的弊端 [1]。为了克服这些问题，在本次研究中，提出了一种基于特殊套管的测井系统技术，该种套管主要使用玻璃钢制造而成，通过玻璃钢与金属的交替使用，从而使得回收电极得到更多的信号，克服传统技术的弊端。
1、测井系统设计
该种测井系统的总体结构从系统角度分析，该种特殊的测井系统主要由三方面构成，分别是地面系统、数据传输通道以及井下测井设备。从细节角度分析，该种特殊的测井系统主要由六方面组成，分别是地面系统、控制设备、数据传输通道、数据采集设备、激励源以及整体系统。在整个测井系统的设计中，需要对特殊材料套管以及整体系统进行模块化的设计，然后根据各个组件的功能要求和日常工作顺序，对其进行细节设计，最后再将各个组件进行组合，进行整体设计要求，这就是该种测井系统的设计步骤。从整体上来看，该系统的设计过程十分科学，可以完美的应用到实际油气资源生产的测井工作中[2]。
2、激励信号源设计
该种测井系统中，激励信号源主要由三部分构成，分别是信号控制系统、DDS系统以及信号放大系统。激励信号源的工作步骤为：信号控制系统是整个激励信号源的核心，信号控制系统接收到仪器参数调节命令后，将其传输给DDS系统中，该系统将对仪器的参数进行调节，此时，DDS系统将会产生低频信号，而设备仪器将无法根据低频信号进行调节，这就需要信号放大系统对低频信号进行放大处理。一般来说，DDS系统与信号放大系统之间将存在一个隔离系统，将两者隔离开来，防止信号之间产生干扰。
（1）信号控制系统设计
信号控制系统主要由两部分构成，分别是控制设备和设备周围的电路，该系统可以直接对DDS系统的芯片进行控制，控制设备的芯片推荐使用AD公司生产的ADSP?2189M芯片。
（2）DDS系统设计
DDS系统主要由四部分构成，分别是主芯片、信号放大电路、滤波电路以及电压放大电路，该系统部分的主要功能是产生对仪器进行调节的信号，并对信号中的噪声进行处理。DDS系统的主芯片推荐使用AD公司的AD9834芯片，该种信号的芯片性能相对较高，且功耗相对较低，可以根据控制系统的信号产生正弦波、方波等类型的信号，滤波设备将对信号中的高频噪声信号进行去除。
（3）信号放大系统设计
在该部分中，推荐使用PA12信号放大器，该种型号的设备具有效率高、故障率低等优点，使用中的能耗相对较少，电压工作范围和输出电流的范围都相对较大。
3、数据采集系统设计
该种测井系统的信号采集模块的流程如下图1所示。在该种测井系统中，数据采集模块主要有三部分构成，分别是放大电路、信号调节设备以及信号采集设备。放大电路主要对系统中的信号进行放大处理，信号调节设备主要对放大后的信号进行滤波处理，使得滤波后的信号可以直接传输到ADC中，信号采集设备主要对滤波后的信号进行采集和处理，并介绍控制设备发出的命令信号。
（1）放大电路设计
在检测信号的过程中，必须尽可能的减少信号中的噪声，放大电路就是减少噪声信号所必须的设備之一。由于接收到的检测信号十分微弱，所以放大电路中应设置专门的低噪声设备，否则噪声信号将完全覆盖有用的待测信号，为此，放大电路推荐使用OP37设备，该种信号的设备具有很强的抑制比，可以对信号进行差分处理，同时又可以减少工模信号，因此，最终可以接收到很好的有用信号。
（2）信号调节设计
为了使信号更适合被采集，还需要在调节设备中对信号进行滤波处理。在这一方面，需要对调节电路中的差分组件和信号调节组件进行完善的设计，同时，要尽可能保证信号具有很强的精确度，为下一步的信号采集工作奠定基础。
（3）信号采集设计
目前市场上的信号采集设备相对较多，在这里推荐使用ADS1271型号的采集芯片，该种芯片可以对模数进行完善的转化，最终将接收的信号转换为数字信号。在信号采集装置的控制器部分，推荐使用ADSP2186M信号的控制器，该种类型的控制器具有信号转化、读取、接收和发送等功能，而且还可以对ADS1271型号的采集芯片进行完善的控制。
4、 主控制器设计
在该种测井系统中，主控制器主要承担着整体控制的功能，即对该种测井系统的各部分组件都可以起到一定的控制作用。主控制器的工作形式为：地面系统发出的指令经过数据传输通道后进入主控制器内，由其控制激励信号产生调节井下仪器的信号，从而实现仪器控制功能；采集的井下仪器运行信息经过处理和A/D转换也将进入主控制器内，主控制器还将对信号进行深度处理，然后通过数据传输通道进入地面系统内。
在该部分，推荐使用DSP-CPLD的设计方案，主控制器的芯片需要根据现实需要进行选择。在控制核心方面，推荐使用ADSP?2189M系统，该系统包括了电源、复位以及模式设置，同时，该系统还可以为用户提供各种类型的扩展接口和电路接口，完全可以达到使用要求。
在接口电路方面，ADSP?2189M系统的IRQ1接口应该与CPLD设备的同步采样接口相连，ADSP?2189M系统的FL0-3接口应该与CPLD设备的时序控制接口相连，ADSP?2189M系统的IRQ0接口应该与CPLD设备的解调接口相连，ADSP?2189M系统的TFS0接口应该与CPLD设备的调制接口相连。
5、 结论
通过本次研究可以发现，目前的测井系统都存在一点的问题，改善测井系统并克服弊端势在必行，因此，本文提出了一种基于特殊材料套管设计的测井系统设计方案。在本文中，对该种测井系统的整体设计进行了简单叙述，对激励信号源、信号采集系统进行了具体的设计，为了提高该种测井系统的性能，对某些部件进行了推荐，最后，对主控制器进行了简单设计，使得该种测井系统更加可行。本文所提出的测井系统可以克服传统过套管测井系统中测井误差较大、测井深度不足等问题，可以在我国推广使用。
参考文献
[1]崔新.基于智能套管的剩余油探测系统井下仪器设计[D]. 2016.
[2]郑璐，张家田，严正国，等.过套管电阻率测井刻度系统设计[J].石油管材与仪器，2010， 24（2）：9-11.
作者简介：杨仕勇（1980-），男，工程师，毕业于西南石油学院计算机科学与技术专业，目前从事测井仪器维修工作。
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