缆索式测井是这样一种作业，通过这种作业可评价气井或油井， 确定其地喷的、石油实际的或地质实际的特性，这种作业采用电子测 量仪器，该仪器利用称作缆索电缆(Wireline cable)的铠装钢缆被 送到井内。该缆索电缆绕在绞车绞盘上，该绞盘是这样一种机构，利 用这种机构可通过一系列确保达到正确准直的绞缆轮将缆索电缆送入 井内。由固定在缆索电缆上的井下仪器测得的测量结果通过缆索电缆 中的导线传回到地面上的数据采集计算机。常采用电的、声的、核的 或成像的工具来激发井中的结构岩层和流体，然后用电子测量仪器测 量这些构造岩层和流体的特性曲线。靠近电缆绞盘在地面上安装的一 个装置测定记录这些测量结果所在位置的深度。这种装置测量电缆进 入和移出油井的运动，称作深度系统。缆索式测井包括相对于井中进 行测量的位置记录井内一系列构造岩层和流体的测量结果。通常将未 经处理的测量结果画成x-y曲线图，将进行测量的位置记录在y轴上， 而测量值本身则记录在x轴上。进行测量的位置称作深度。它是通常 位于井上方地面上某个地方的基准位置和井中沿钻井路径而行的某个 位置之间距离的一种度量。
用这种配置测量的缆索测井数据的准确度和质量取决于缆索电缆 和从该电缆伸出的井下测井工具在已知和可控速度下的平稳运动以及 进行缆索测井测量所在位置深度的测定准确性。该深度可以通过测量 缆索退卷或绞在绞车上的量进行计算并可以针对井眼的状态和缆索电 缆的特性进行校正。需要进行校正的一个电缆特征是电缆的拉伸，这 种拉伸是温度、压力和电缆的张力和张度的函数。
对于固定的缆索装置例如固定的陆地钻井台或固定的海洋平台， 深度和电缆速度的测量是相当直接的。这是因为系统中的变量可以进 行测量和计算。在陆地钻井台或固定钻井台上，在井自身表面上的基 准点和绞车之间具有固定距离，因为该距离固定，所以深度可以根据 深度计算值进行自动校正。然而当绞车装在浮动的船上时，这种船通 常为半潜式的钻井台、钻井船或趸船，由于浪潮或波动，钻井台本身 的运动是常规缆索测井系统没有注意到的。在浮动船装置中井面上基 准点和绞车之间的距离不是固定的，该距离随着浪潮和波浪不断变 化。如果忽视这种变化，则这种运动相对井口的垂直分量将会对测井 数据的读数和分析产生坏作用。由这种钻井台、钻井船或趸船的运动 引起的缆索电缆和井下测井工具的运动不能被测量。如果钻井台固定 而缆索绞车装在浮动小船上也会产生同样的问题。
其它系统已设法尽量减小这种波动对缆索测井数据的影响。该系 统以这种方式被补偿，即，使缆索装置相对于已知的基准面通常为海 底面是固定的。使钻井台与钻井台的补偿系统配合工作通常便可以获 得这种补偿，该补偿系统使缆索钻井台锚定在固定基准面上。通常位 于钻井台顶部的一种补偿装置试图用电动液压装置使电缆距离保持常 数。该系统在精确度方面以及可补偿的波动范围方面有局限性，因为 该系统依赖于用于很重钻杆柱的被动补偿系统，并应用钢索将缆索上 部绞缆轮锚定在海底上。于是该缆索采集系统假定，该装置是不改变 位置，是固定的。这种系统老要维修，费用高。或者可以在绞车和绞 缆轮之间介入仅用于测井的电动机械补偿系统。因为不太经常地进行 测井工作，所以该设备经常闲置。在这两个系统中，均没有对不完善 的升降补偿引起的误差进行任何校正。

本发明将解决波动对缆索测井数据影响的问题，其方法首先是对 缆索绞车的垂直运动(升降)进行实际补偿，然后计算和记录在这种 实际补偿中产生的修正值，使得在测得缆索测井测量值的同时获得进 行缆索测井数据测量所在位置的真正深度。实际补偿系统以及记录该 实际补偿系统中的修正值均要和用钻井台本身的实际运动数据，该数 据可根据运动基准单元(MRU)测出。电控缆索绞车可以保证实际升降 补偿。缆索绞车固定于钻井台构件自身上，不需要连接任何外部补偿 系统。由升降引起的缆索电缆的运动用MRU测量，并用具有相应运动 变化和/或缆索电缆方向变化的绞车进行较正。这种补偿的修正值可用 地面上数据采集计算机中的深度系统检测，并被记录和用于校正记录 缆索测井测量点值所在位置的真正深度。
本发明包括用于补偿浮动船垂直运动的系统和方法，该浮动船具 有用于接收船垂直运动数据和测井工具速度设定点值(logging tool speed set point)的绞车控制装置以及用于升降井中缆索电缆的缆索 绞车装置，该绞车装置连接于缆车控制装置，包括绞车马达，该马达 连接于电缆绞盘，并使该绞盘转动，该缆索电缆具有至少一个连接于 该缆索电缆端的测井测量工具，该缆索电缆从缆索绞盘伸出。绞车控 制装置使垂直运动数据和测井工具设定速度点值相结合，产生控制电 缆绞盘转动的绞车马达控制信号，使得缆索电缆可以在井内以可控速 度运动，该速度基本上是恒定的，不依赖于船的垂直运动。该系统还 可采用用于接收船垂直运动数据和测井工具张力设定值(logging tool tension set points)的绞车控制装置以及使缆索电缆在井内 升降的缆索绞车装置来补偿浮动船的垂直运动，该缆索绞车装置连接 于该绞车控制装置，包括连接于缆索绞盘和使该绞盘转动的绞车马达，缆 索电缆具有至少一个连接于缆索电缆端部的测井测量工具，该缆索电缆从 电缆绞盘伸出。绞车控制装置使垂直运动数据和测井工具张力设定点值相 结合，产生控制电缆绞盘转动的马达控制信号，使缆索电缆以可控的速度 在井内运动，该速度基本上是恒定的，与船的垂直运动不相关。或者， 可同时使测井工具速度设定点值和张力设定点值与船的垂直运动联 合，以产生绞车马达控制信号。绞车马达控制信号包括RPM(每分转数) 值和转矩值。利用绞车控制装置可以实时地产生绞车马达控制信号。
系统还包括深度计算装置，该装置用于接收船的垂直运动数据和 测量的缆索电缆运动数据以及用于根据测量的缆索电缆运动数据和船 的垂直运动数据计算升降补偿深度修正值(heave compensation depth error)。垂直运动数据包括船的垂直位置、速度和加速度。升 降补偿深度修正值与测井测量工具测得的测井工具测量数据贮存在一 起。该深度修正值可以用来校正测井工具测量数据的深度测量结果。
系统还包括报警产生装置，用于在测井工具将移动到井口上方位 置和升降补偿模式被起动时或在升降补偿操作模式应当起动时产生一 个报警信号。报警信号显示在连接于深度计算装置的操作显示控制台 上。至少还配置操作控制和显示装置，以便于输入操作命令、显示绞 车状态和提供升降补偿状态操作的反馈。
本发明包括用于计算升降补偿深度修正值的计算机程序，该程序 包括接收第一电缆运动测量装置的测量速度和将该测量速度换算成实 际距离。应用轮子磨损校正、升降补偿量以及待定的弯曲补偿量(crank compensation amount)，以获得第一诤运动增量。将滑移检测校正 (slip detection correction)应用于第一诤运动增量，并将该诤 运动增量换算成第一深度值。重复此过程，接收第二电缆运动测量装 置的测量速度，并测定第二深度值。然后选择在电缆运动方向上最超 前的第一深度值或第二深度值。将选择的深度值随同测井工具测量值 贮存在一起。它可以用来补偿测井测量的深度测量结果。
附图说明
参考下面说明、所附的权利要求书以及附图可以更好地理解本发 明的这些和其它特征、方面和优点，这些附图是：
图1是示意图，示出装在浮动船上的升降补偿的缆索测井绞车系统；
图2是图1绞车的示意图；
图3是实际升降补偿系统和由绞车执行的实际校正的方块图；
图4是升降补偿的缆索测井绞车系统的系绕方块图；
图5是缆索绞车控制器以及系统和操作界面的网络结构系统的示意图；
图6是典型缆索绞车测井状态显示器的平面配置图；
图7是深度测量过程的硬/软件方块图；
图8是深度测量系统的报警产生功能的流程图；
图9是绞车手工操作模式的流程图；
图10是绞车巡航操作模式的流程图；
图11是绞车升降补偿操作模式的流程控制图。

图1是示意图，示出装在浮动钻井台的升降补偿缆索测井绞车系 统。该系统还可以装在用于测井的各种浮动船或潜入水中的船上。 图2是图1绞车10的示意图。下面参考图1和图2，绞车10装在位 于浮动钻井台13的滑轨11上。绞车控制器14靠近或从远处连接于 绞车10，该控制器可以发出命令，控制绞车10的操作，因而控制缆 索电缆5在井21内的垂直运动。绞车滑轨上可以安装电缆绞盘22， 该绞盘可以是较大或较小的绞盘，或采用七电缆装置或采用单电缆 装置。测井工具20连接于缆索电缆的一个端部。缆索计算机16连接于 缆索控制器14。在电缆退出电缆铰盘22时测量电缆速度和张力的电 缆运动测量装置12是装在绞车10紧外侧的万向架，包括两个并列的 轮子，缆索电缆在该轮子之间运行。该电缆运动测量装置可以包括一 个装置或两个装置。如果有两个装置，则通常一个装置测量电缆速 度，而另一个测量张力。当缆索电缆15运动时，电缆运动测量装置 用电子学方法测量轮子的转动量和转动方向。上部绞缆轮17和下部 绞缆轮18用于使缆索电缆15与井和绞车准直。运动基准单元19靠 近缆索电缆15，该单元提供浮动钻井台13井场地板的测量的垂直位 置、速度和加速度，并将该信息送给该绞车控制器14，该控制器可应 用该信息以及电缆运动测量装置12的测量数据来控制绞车10，并根 据缆索电缆15的运动速度和方向的变化实际补偿缆索电缆15的垂直 运动。绞车控制器14还向缆索计算机16提供垂直运动信息。该缆索 计算机16可应用该垂直运动信息和电缆运动测量装置12的测量数据 来检测实际补偿中的修正值和记录在取测井测量值时的真实深度。
图3是实际升降补偿系统和由绞车进行实际校正的方块图。运动 基准单元(MRU)30检测钻井平台的垂直运动，该垂直运动由绞车控 制器31和缆索计算机深度测量处理系统32加以利用。根据此种垂直 运动，绞车控制器31可计算为使缆索电缆37和缆索测井工具36在 井中升降时保持恒定或可控速度所必需的绞车马达34的速度和方向 的变化。绞车控制器31将送出一个命令，以改变绞车马达驱动器33 的速度和方向，这样又转而控制绞车马达34。电缆运动测量装置 (CMMD)35测量缆索电缆37退出绞车绞盘时的电缆的运动和张力。 这种测量考虑到实际上加在缆索电缆37上的校正量，而且将测量结 果送至缆索计算机32。在缆索计算机内的深度测量系统便将这种由 MRU 30测量的真实垂直运动与绞车执行的实际校正进行比较，由此检 测这种补偿中的修正值。然后应用实际校正的的修正值来校正记录测 量值所在位置的真实深度。
现在转到图4，图中示出升降补偿缆索测井绞车系统的系统方块 图。绞车控制器40包括可编程逻辑控制器(PLC)41和绞车驱动器 42，该驱动器可以是变速驱动器。绞车控制器40可以计算用于准确 控制缆索绞车46运动的参数。利用马达驱动器42和马达43可使绞 车运动，该驱动器和马达用电缆连接。通过绞车马达的特性和绞车马 达的型号，绞车马达驱动器可以利用马达频率和电压准确控制绞车马 达43。马达轴上安装的编码器连接于绞车马达驱动器，使得可以增加 准确度。绞车远程I/O(输入/输出)装置44可与PLC41通信。绞车 远程I/O装置收集信息，并向绞车上的辅助系统例如制动系统、操纵 系统、振荡系统、灯光系统、操作后备面板48和总的报警系统发送 命令。运动基准单元47向绞车控制器40提供浮动钻井台或船的垂直 信息，该信息又被转送到缆索计算机53中的深度测量系统54的处理 装置。绞车控制器40应用垂直信息(包括位置、速度和加速度)来 计算马达43的速度和方向必需的实际补偿，以使缆索电缆55和缆索 测井工具50保持在恒定速度。在缆索计算机53中的深度测量系统54 接收从电缆运动测量装置49来的测量的电缆速度和张力。采用MRU47 来的垂直位置和测量的电缆速度和张力，通过入口控制计算机52，深 度测量系统54可计算实际补偿修正值，从而算出进行缆索测井测量 所在位置的测井深度，该测井测量结果由缆索测井软件记录。该信息 通过入口控制器52送回到绞车控制器40，该入口控制器52形成深度 测量系统54和PLC41之间的界面，操作者的命令可从绞车控制面板 和显示人机界面(HMI)51输入，该控制面板和人机界面包括控制器 和显示器。HMI51还用于控制钻井台不同作业例如钻井或泵抽的其它 功能。根据各种操作模式，绞车控制器40用其PLC41处理缆索计算 机53和运动基准单元47的信息以及从HMI来的操作者的命令，以确 定要求的马达43的转速和力矩，并将该信息送给绞车马达驱动器 42，以便执行。绞车马达驱动器42可以为变速交流马达驱动器，它 可以接收RPM/转矩命令并产生用于控制绞车马达43的要求的电信 号。绞车马达驱动器42具有其内装的RPM传感器(带有装在马达上 的转速表)和转矩传感器。它可与PLC41交换起动/停止和制动器作 用/不作用的状态。然后绞车控制器40通过绞车远程I/O装置44起 动制动器。绞车装置46是可以控制制动功能、摆动功能、绕卷功能 和其它绞车功能的电动部件和电动-气动部件。这些部件可以通过 I/O装置44起动。操作备用面板人机界面(HMI)48可用于备用控制 和使操作者执行一组简化操作命令(a reduced set of operator commands)。操作后备面板48在例如操作界面HMI51用于控制钻井 台不同作业的其它功能时可替代绞车控制面板。操作面板HMI48经 绞车远程I/0装置44连接于绞车控制器。深度测量系统54连接于报 警和控制显示器56，以便显示警报和控制操作者的状态信息。
电缆绞盘45可以为大的或小的绞盘，具有七电缆或单电缆。电 缆绞盘45具有约30至60英寸之间的安装盘直径，根据电缆安装盘 直径和电缆直径，其电缆长度最大容量约40000英尺。电缆绞盘45 装有1.5英寸径节的链轮(约72-80齿之间)、轴台和在电缆绞盘 45两侧的制动带表面。在正常模式(不进行波动补偿)中，采用140 KVA(110KW)的变速驱动器并取决于电缆绞盘的型号和尺寸，绞车 可达到最大约54000英尺/h的电缆输送速度、最小约42英尺/h的电 缆输送速度和线上约26100英磅的最大拉力。
现在转到图5，图中示出具有系统及操作界面的缆索绞车控制器 的网络结构系统示意图。绞车控制器的可编程逻辑控制器(PLC)60 可通过信息总线66与绞车控制器/绞车马达驱动器61、入口控制器计 算机62、绞车远程I/O装置63以及第一运动基准单元(MRU1)75和 第二运动基准单元(MRU2)76通信。可以安装一个或多个运动基准单 元，以便提供在垂直轴线上的估计线加速度，估计相对位置和估计线 速度。绞车马达驱动器61连接于配置在绞车74上的绞车马达。绞车 远程I/O装置连系操作后备控制面板(BCT)72，并将操作者的命令 从操作备用控制面板(BGT)72送到绞车控制器的PLC60。入口计算 机62连接于包括前端控制器(FEC)67、深度测量系统68和测量结 果处理装置(SEC)70的缆索计算机69。电缆运动测量装置73将电 缆的速度和张力送到深度测量系统68。该深度测量装置将警报和绞车 控制数据直接送到警报和控制显示器78上。送到警报和控制显示器 78的同一信息也送给入口控制器62。该入口控制器62可按需要再格 式化这些数据，并通过绞车控制器的可编程逻辑控制器(PLC)60使 其显示在绞车控制面板和显示器HMI77上。测井工具80的测量值被 送到缆索计算机69内的SEC70。该SEC70使深度测量系统的输出值 和缆索测井测量值相结合，并使该信息被记录。绞车控制器的PLC60 电连接于电控室内输入/输出装置71。绞车控制器的PLC60可经通讯 总线79与控制面板和显示器HMI77通信。绞车74可用若干配置的装 置包括绞车控制面板和显示器HMI77以及操作备用控制面板(BCT) 72进行控制。PLC 60可与绞车控制面板和显示器HMI77通信，并随 同修正信息输出绞车控制状态和参数。
图6示出典型缆索绞车测井状态显示器的平面布置图。其上有绞 车缆索电缆速度显示区域100、测井深度区域101、辅助显示区域 102、电缆张力显示区域103、磁性标记显示区域104和菜单显示区 域。该显示器还包括对话窗口106和报警图像107。
图7示出深度测量作业的硬/软件方块图。图2的电缆运动测量 装置(CMMD)12是正好装在绞车外边的万向架，固定在转筒轴上。缆 索电缆15用导缆器和弹簧加载的辊固定在两个一体的深度测量轮 120、121之间。在一个轮上有测量转动量和转动方向的转动编码器 122、123，其中各个测量轮120、121半径的2π倍等于电缆运动量。 可以获得多余的测量值，因为各个编码器120、121分开测量转动量 和转动方向，而且各个CMMD测量轮120、121的测量值是平行处理的。 首先，测量轮120、121测得的包含未处理正交数据(raw quadrature data)的测量值由正交脉冲解码器(quadrature pulse decoder) 124、125接收，并转换成增量或减量计数(incremental or decreanental counts)，该计数被输送到运动累加器126、127，在 该累加器中，测量轮120、121的一个可检测的运动对应于一个累加 器计数。接着，软件开始运动处理128、129。并将在一个取样时期内 对应于运动增量或减量的累加器计数转换成实际距离。在需要时，应 用对各个轮子的轮子校正值128、129、升降量131(如由MRU测得的) 和由柄补偿量132。轮校正值129、130补偿测量轮磨损的变化，因为 当使用测量轮时，轮子磨损，因而轮子的半径改变，这样必须应用相 应的轮子校正。如果曲柄量是未定的量132，则可以在运动处理期间 应用它。曲柄是一种对缆索电缆的手动调节，即绞车工程师加入机械 模拟在早期绞车系统中存在的离合器组件。工程师设定曲柄量(缆索 电缆量的变化)，并在电缆运动的某个时期内用电子学电路将这种变 化均匀和缓慢地送到绞车上。如果选择升降补偿模式，则还可以应用 已由运动基准单元测得的测量值131。运动处理功能装置128、129 的输出是净运动增量和电缆速度。净运动增量的计算方法是，从测量 的电缆运动量减去升降量，其中测量的电缆运动量是测井工具运动量 加上由绞车控制器施加的真实升降补偿。任何电缆的滑移检测和较正 135可以加在净运动增量上，并将结果转换成在编码器深度累加器 133、134中的深度。在多路传输器136中，可以应用一种算法，根据 在缆索运动方向最超前的测量值，选择两个测量轮120、121的两个 估测值中的最佳值。然后将测量的深度输出到测井系统进行记录，并 输到操作显示器和警报发生功能装置。
图8是深度测量系统150的警报发生功能的流程图。当测井工具 位于过渡区域的外测和绞车不处于合适模式时便在156发出警报。过 渡区域规定为井的一段长度，在这段长度上，不管升降运动补偿是开 还是关均是安全的。当关闭升降运动补偿和工具停止时，该工具不相 对于钻井台运动，但可以相对于井和海底运动。当升降运动补偿打开 时，工具可相对于钻井台运动，但相对于井内的构造是静止的。在靠 近地面的过渡区域外边，必须关掉升降运动补偿，使得可以在钻井台 地板上安全操作工作。在靠近井底的过渡区域的外边，必须接通升降 运动补偿，使得工具相对于井中构造的运动不受钻井台运动的影响。 如果工具位于过渡区域的上面即在151和升降补偿是开的即在152， 则在156发出警报。如果工具位于过渡区域的上面即在151和升降补 偿是关闭的即在152，则在155消除警报。如果工具位于过渡区域的 下面即在153和升降补偿是工作的即在154，则在155消除警报。该 警报可以显示在警报和控制显示器上，也可显示在绞车控制面板和显 示器HMI上。
绞车可以操作在三种操作模式，即手动模式(图9)、巡游模式 (图10)和升降补偿模式(图11)。
图9示出绞车手动模式操作的控制流程示意图。在这种模式中， 操作者在步骤160在操作界面上手动调节RPM值和转矩设定点值，以 获得要求的电缆速度和张力。RPM/转矩161送到绞车控制器160，该 控制器换算RPM/转矩命令163，并将其送到绞车马达驱动器164，该 驱动器又将RPM/转矩命令165输送到绞车马达166。绞车控制器162 包括绞盘转动计数器，该计数器给出马达转数，因而给出绞盘转数。 当从FEG接收电缆速度和深度时，对各个绞盘转数进行比较，计算出 深度和绞盘转数之间的关系以及电缆速度和马达RPM之间的关系。当 不再接收电缆速度和深度时，可应用这种关系来计算估算的电缆速度 和工具深度。当从FEC接收电缆张力时，对各个绞盘转数进行比较， 以计算电缆张力和绞车马达转矩之间的关系。当不再接收电缆张力 时，可用这种关系来计算估算的电缆张力。
图10示出绞车巡游模式操作的控制流程示意图。在巡游模式模 作中，在步骤170操作者在操作界面上输入电缆速度和电缆张力命令 171。测量的电缆速度和电缆张力172由深度测量系统173内的前端 控制器(FEC)进行计算，采用电缆运动测量装置179测量电缆运动 和张力180，并将测量的电缆速度和张力172送到绞车控制器。利用 操作者输入的电缆速度和张力171以及测量的电缆速度和张力172， 绞车控制器174计算和换算RPM/转矩命令175，并将其送到绞车马达 驱动器176，该驱动器随后又将该RPM/转矩命令送给绞车马达178。
图11示出绞车升降补偿模式操作的流程控制示意图。在升降补 偿模式中，操作者在操作界面200输入电缆速度和电缆张力命令 201，使该命令传送到绞车控制器204。运动基准单元(MRU)202提 供垂直的船运动203，绞车控制器204也采用这种垂直船运动203。 测量的电缆速度和电缆张力205由深度测量系统206内的前端控制器 计算并传输送绞车控制器，应用电缆运动测量装置211来测量电缆运 动和张力212。绞车控制器204利用操作者输入的电缆速度和张力 201、MRU202测量的垂直船运动203以及测量的电缆速度和张力205 来计算和换算RPM/转矩命令207，并将其送给绞车马达驱动器208， 该驱动器又将该RPM/转矩命令209送给绞车马达210。绞车控制器 204包括绞车转动计数器，该计数器给出马达转数，因而给出绞盘转 数。当从FEC206接收电缆速度和深度时，对各个绞盘转动进行比较， 由此计算深度和绞盘转数之间的关系以及电缆速度和马达的RPM之间 的关系。当不再接收电缆速度和深度时，可利用该关系来计算估算的 电缆速度和工具深度。当从FEC206接收电缆张力时，可对各个转盘 转数进行比较，以计算电缆张力和绞车马达转矩之间的关系。当不再 接收电缆张力时，可利用该关系来计算估算的电缆张力。
虽然已参考某些实施例详细说明本发明，但还可能有其它实施 例。因此，所附权利要求书的精神和范围不应当局限于文中优选实施 例的说明。