強聚焦雙側向測井儀的製作方法

2023-09-27 07:55:35 3

專利名稱：強聚焦雙側向測井儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用電流聚焦原理測量井孔周圍介質電阻率的新型雙側向測井儀。
二.
背景技術：
雙側向測井儀是測量地層電阻率，研究地層徑向電阻率變化，計算含油飽和度，確定可動油多少的主要測井儀器。其主要包括絕緣短節、電極系和電子線路部分組成。這類儀器的電極系深側向是雙層屏蔽聚焦模式，探測深度約在1.3米左右；淺側向為單層屏蔽聚焦模式，淺側向的探測深度為0.457-0.6米。隨著石油勘探開發的發展，大井眼、小井眼鑽井越來越多，鑽井泥漿礦化度差別很大，常規的雙側向測井儀器存在一些固有問題，已經不能滿足地質家的要求。
利用雙側向測井資料研究徑向電阻率變化，求真電阻率，要求深側向探測深度要儘可能大，淺側向探測深度要適當，深、淺側向的探測深度差別越大，地質效果就越明顯。然而目前使用的阿特拉斯1229雙側向測井儀，在小井眼測井中地質效果比較明顯，當它用到較大的井眼、泥漿礦化度較高的地層測井時，淺側向曲線受偏心影響，隨著井眼的增大而變壞，不能反映侵入帶地層的真實情況。斯倫貝謝的雙側向測井儀的淺側向探測深度為0.6米，這種儀器在測井過程中受偏心影響要比1229雙側向測井儀小得多，在大多數普通井眼中均能獲得較好的地質效果。但在小井眼測井中，由於淺側向探測深度較深，往往出現深、淺側向曲線類同現象，在滲透性地層中並無差異，失去了淺側向的測井目的。而在特大井眼、高礦化度井中測井，淺側向受偏心影響，淺側向曲線同樣存在嚴重失真現象，雖然比1229雙側向測井儀大有改善，但還是不能反映侵入帶地層的真實情況。
目前的雙側向測井儀器深側向供電迴路電極是遠離儀器供電電極(儀器外殼)28米遠的電纜外皮。隨著測井儀器組合能力的不斷提高，各種儀器組合後的總長可達數十米，雙側向儀器工作在組合儀器的下部。在測井時，當儀器迴路電極進入金屬套管時，雙側向的記錄點還在離套管口數十米遠的地層中。隨著儀器的提升，深側向受金屬套管的短路作用，對深側向的測井曲線影響加大，最後導致在套管口以下的一段地層測井曲線嚴重失真。在一些井中套管口下部正好是油層的頂部。為減少影響，在這些井中只能單獨測量淺側向，增加下井次數。但在套管口下十米以內仍然得不到滿意的地質效果，失去了雙側向測井的使用價值。
三.

發明內容
雙側向測井儀的工作環境十分複雜，要求儀器動態範圍大(0.1Ω·m～10000Ω·m)、精度高、耐溫高、耐壓大。要求儀器的供電系統在所測地層範圍內滿足整個測量系統保持在線性範圍之內，從而保證測量範圍和測量精度。本發明的目的就是針對現有技術存在的上述問題，提供一種強聚焦雙側向測井儀。
本發明的結構組成主要包括絕緣短節、電極系和電子線路部分組成。其技術創新部分在於所述的電極系包括一個主電極，並以主電極為中心，和相互對稱的監督電極、屏蔽電極、輔助監督電極以及迴路電極組成。與之配合的電子線路部分包括邏輯和深側向參考電路、深側向驅動電路、淺側向參考電路、淺側向驅動電路、電壓前置放大電路、電流前置放大電路、測量及控制電路、刻度電路、電壓補償電路、平衡監控電路組成。所述的邏輯和深側向參考電路由晶振分頻電路、方波發生器、有源濾波電路構成，產生深側向32Hz、淺側向128Hz的時鐘信號並為深側向驅動電路提供32Hz的正弦波參考信號。所述的深側向驅動電路由運放電路、功率放大電路構成，產生深側向32Hz的正弦波屏流信號。所述的淺側向參考電路由方波發生器、有源濾波電路構成，產生淺側向128Hz的正弦波參考信號。所述的淺側向驅動電路電路由運放電路、功率放大電路構成，產生淺側向128Hz的正弦波屏流信號。所述的電壓前置放大電路由運放電路、有源濾波電路構成，對深、淺電壓信號進行探測、分離、放大。所述的電流前置放大電路由運放電路、有源濾波電路構成，對深、淺電流信號進行探測、分離、放大。所述的測量及控制電路由相敏檢波電路、開關電路構成，提供深淺側向電壓電流測量信號和反饋控制信號。所述的刻度電路由控制繼電器和刻度電阻構成，用於刻度和測井的狀態切換並為刻度狀態提供標準電阻。所述的電壓補償電路由功率放大電路、開關電路構成，控制淺側向的模式選擇並提供屏蔽電極間的補償電壓。所述的平衡監控電路由高增益混合放大電路、採樣電阻構成，保證主電流與屏流相位相同並使監督電極等電位。
強聚焦雙側向測井儀是通過對各種常規雙側向在使用過程中暴露出的問題進行總結分析，在保持雙側向測井的優點的基礎上，針對實際中存在的問題而研製的產品。該儀器保留了常規雙側向探測深度最淺的標準模式，增加了具有雙層屏蔽的淺側向和三層屏蔽的深側向強聚焦模式。標準模式可以保證普通井眼及小井眼測井，有利於研究徑向電阻率變化。強聚焦可以在大井眼、高礦化度泥漿、高電阻率地層情況下，減少井眼影響，更精確地反映地層電阻變化。深側向通過格羅寧根模式測井，可以保證儀器在套管口附近也能精確測量地層電阻率。儀器的電路採用了先進的多種監控電路系統，並提供了格羅寧根及相移校正信息，使儀器的測量精度和動態範圍均有進一步的提高，儀器電路和電極的材料均選用了耐溫200℃以上的產品，儀器的耐溫、耐壓、動態範圍、測量精度均不低於國外同類儀器水平，該儀器可適應各種水基泥漿，各類不同地質條件下正常測井，並取得比任何常規雙側向更滿意的地質效果，可以取代各種雙側向測井儀器，具有廣泛推廣使用前景。
四.


圖1強聚焦雙側向測井儀結構示意簡2電極系的分布位置簡3強聚焦雙側向測井儀電子線路部分原理框4邏輯和深側向參考電路原理5深側向驅動電路原理6淺側向參考電路原理7淺側向驅動電路原理8電壓前置放大電路原理9電流前置放大電路原理10測量及控制電路原理11刻度電路原理12電壓補償電路原理13平衡監控電路原理圖五.
具體實施例方式參照附圖1，強聚焦雙側向測井儀主要組成包括馬龍頭1、絕緣短節2、電極系4和存放電子線路部分的殼體3組成。供電和測量是通過完整的電子線路來完成的，測井狀態時必須與強聚焦雙側向測井儀電極系和絕緣短節組合使用。
參照附圖2，電極系的電極環安裝在橡膠絕緣外殼上，一個主電極1#為中心，兩側對稱分布著兩組監督電極2#、3#，一組屏蔽電極4#，一組輔助監督電極4A#，一組屏蔽電極5#。
參照附圖3，深側向驅動電路提供出32HZ的深屏流，供電電流通過4#電極，電壓補償電路和淺側向驅動電路，使4#、5#電極電位相等向地層提供屏流，形成三層屏蔽供電，在2#、3#電極的控制下，通過平衡監控電路到1#電極向地層供主電流。在平衡狀態下，2#、3#電極的位差為0。在標準模式時，主電流和屏蔽電流通過遠電極魚雷返回，在格羅寧根模式時從儀器的底部電極返回。淺側向驅動電路向5#電極並通過電壓補償電路的作用，使5#電極和4#電極等電位同時向地層提供出128HZ正弦波電流，4#、5#電極的電位始終在4A#電極的監控下通過電壓補償電路保持4#、5#電極電位相等，形成不受圍巖和泥漿影響的雙層屏蔽供電。在2#、3#電極的控制下，通過平衡監控電路到1#電極向地層供主電流，使2#和3#電極等電位，主電流和雙層屏流都是通過6#電極返回。深側向、淺側向屏流供電的大小，均在各自的電壓測量信號和主電流的測量信號經加權運算後的電壓控制下，各信號「權」的選擇就是要使向地層供出的電流在0.2Ω·m～40000Ω·m間，電流變化的倍數略等於測量電壓變化的倍數。各測量道保持在最佳的線性區工作。深淺側向供電在平衡監控電路和電壓補償電路的控制之下，達到動態平衡後通過測量道完成各自的處理，轉換成相應的直流信號，提供給數據接口採樣。主電流測量是在主電流供電迴路中串聯一個0.1Ω的取樣電阻，將電流轉換成電壓，經放大選頻處理後，通過相應的相敏檢波得到深電流的測量信號ID和淺電流的測量信號IS。淺電壓測量是測量2#電極到魚雷間128HZ的電壓信號經放大和128HZ選頻及128HZ相敏檢波得到淺電壓信號ES，深電壓測量是測量2#電極到地面電極N的電玉經放大，32HZ選頻經0相角相敏檢波得到電壓測量信號ED，經90°相角相敏檢波得到電壓測量信號QED，儀器工作無相移時，QED為0。當存在相移時QED隨相移的增加而加大，QED可以對ED信號因相移的偏差進行校正。輔助電壓測量，當深側向在標準模式時，測量2#電極到底部電極間的電壓經放大32HZ選頻、32HZ相敏檢波得到輔助電壓測量信號LED。LED信號可對深側向測量的參考電極N受到幹擾造成測量偏差時進行校正。經測量道得到的所有直流信號，均可應用3503、3506、3516等PCM通信接口將直流轉換成數字量傳送到地面，地面數控系統按常規雙側向處理方法得到強聚焦的深淺雙側向曲線。
參照圖4，邏輯和深側向參考電路由晶振分頻電路、方波發生器、有源濾波電路構成，提供所有的時鐘信號並為深側向驅動電路提供參考信號。U1、U2、U3及其外圍電路是數字電路部分，524.288KHz的高頻信號經U2分頻成128Hz信號，一路通過U4得到淺側向時鐘信號QS、-QS，另一路經U3分成32Hz信號同時得到相移90°的32Hz信號，再通過U4產生實際的深側向時鐘信號QD、-QD、QD90、-QD90。深側向時鐘信號經過U5開關電路成為雙極性方波信號，最後通過有源濾波電路形成32Hz的正弦波，為深驅動電路提供參考信號。
參照圖5，深側向驅動電路由運放電路、功率放大電路構成，產生深側向32Hz的正弦波屏流信號。運放U1和功放U2組成恆流源電路，U2的輸出就是深屏流。
參照圖6，淺側向參考電路由方波發生器、有源濾波電路構成，產生淺側向128Hz的正弦波參考信號。增強模式和標準模式根據信號「ENH/STD」確定，這個信號控制開關電路U1，同時控制U2的一部分。由U3、R10、R15、U2組成的開關電路形成雙極性128Hz方波，再經過有源濾波電路形成正弦波信號，做為淺側向參考信號。
參照圖7，淺側向驅動電路由運放電路、功率放大電路構成，產生淺側向128Hz的正弦波屏流信號。根據操作模式的不同產生實際的淺側向電流源或電壓源。
參照圖8，電壓前置放大電路由運放電路、有源濾波電路構成，對深、淺電壓信號進行探測、分離、放大，為相敏檢波電路提供電壓測量信號。為了測量ED、LED、ES，共有三路信號都各自經過一個集成電路放大，通過有源濾波電路分別得到深、淺電壓信號。
參照圖9，電流前置放大電路由運放電路、有源濾波電路構成，對深、淺電流信號進行探測、分離、放大，為相敏檢波電路提供電流測量信號。電流信號經過U1放大分成兩路，分別經過兩個有源濾波電路得到128Hz和32Hz的深淺電流測量信號。
參照圖10，測量及控制電路由相敏檢波電路、開關電路構成，提供所有波形的調整和濾波輸出並為參考電路提供反饋控制信號。這個系統電路提供6個直流電壓測量信號深電壓ED、深電流ID、淺電壓ES、淺電流IS及QED、LED。每路都通過相同電路即通過相敏檢波變壓器、開關電路檢波濾波後得到測量信號直流量。ED、ID、ES、IS又經過組合產生反饋信號V2DD、V2S、V2DS。
參照圖11，刻度電路由控制繼電器和刻度電阻構成，用於刻度和測井的狀態切換並為刻度狀態提供標準電阻，並能根據不同組合變換部分電路接法。儀器刻度狀態是將屏流與電極系斷開，使各屏蔽電流流過刻度電阻，系統內部刻度信號的各參考點接通。高刻時繼電器KL3、KL4換擋至常開狀態，低刻時KL1、KL2換擋至常開狀態，測量系統測出標準電阻上的電壓和電流值。繼電器KN1控制SW1在與不同的儀器組合時變換位置。
參照圖12，電壓補償電路由功率放大電路、開關電路構成，控制淺側向的模式選擇，根據淺模式的不同調整電路，提供4#、5#電極間的補償電壓，板上U1位置確定是淺標準模式還是淺增強模式，U2、U3及其外圍電路組成電壓補償電路，在增強模式保證5#、4A#電極等電位。
參照圖13，平衡監控電路由高增益混合放大電路構成，保證1#、2#、3#電極等電位同時為電流測量提供採樣電阻。平衡監控電路運用直接放大的方式，把監督電極2#、3#上的電位經過放大自動調節主電流的大小，使二者電位差趨於零，以達到平衡的目的。電路實現對主電流供電電流的補償，確保主電流與屏流的相位相同並且使2#、3#電極電位相等。
1、淺側向有兩種操作模式a.淺標準模式保持常規雙側向淺側向一樣的測井模式選用的探測深度為常規雙側向淺探測最淺的一種，其探測深度為0.457米，運用於小井眼測井，有更好的地質效果。
b.淺增強模式將標準模式中淺側向的迴路電極5號電極轉換為第二屏蔽電極，形成對主電流的雙屏蔽，第二屏蔽電極是儀器線路的外殼，在2.5米左右。由於有較長的第二屏蔽電極，在大井眼、高礦化度泥漿井中，泥漿分流的影響全被第二屏蔽電極所補償。主電流在雙層屏蔽的作用下大大增強了聚焦強度。使主電流按深側向的軌跡流進地層，加強了淺側向的探測深度。為了使淺側向主電流流進地層後儘快發散(只要求流過侵入帶)，在第二屏蔽電極的上端設有絕緣短節，其絕緣長度為15公分左右。絕緣短節上端為儀器的6號電極，它是淺增強模式的迴路電極。6號電極是儀器通訊電路的外殼，其長度在2米以上。由於6號迴路電極的作用，主電流進入地層後得到了快速發散，它的探測深度還是遠小於深側向。最終淺側向的探測深度為0.787米。
2、深側向也有兩種操作模式a.深標準模式強聚焦雙側向深側向在常規深側向兩個屏蔽電極的基礎上增加了一個絕緣柱後組成三個屏蔽電極，其探測深度得到進一步加深。當深側向供電的迴路電極為加長電極(28米)上端的魚雷時，就構成深標準模式。深標準模式探測深度最深(1.397米)，在通常情況下一般採用深標準模式。
b.深格羅寧根模式深側向供電電極不變，把迴路電極(魚雷)切換到儀器最下端的格羅寧根電極時，就構成了格羅寧根模式。在格羅寧根模式測井時，只要儀器的主電極系不進入套管，供電和測量系統均能正常工作。因此，在套管口附近也能精確測量地層的電阻率，這是常規雙側向測井儀器辦不到的。
3、採用多個反饋控制電路提高了儀器的測量動態範圍和測量精度。深側向和淺側向的供電系統均受各自的主電流測量信號和測量電壓的同時控制。通過正確選擇各自的控制強度，使整個儀器在0.2Ω·m～40000Ω·m範圍內電流的變化倍數近似等於測量電壓的變化倍數，從而保證在0.2Ω·m～40000Ω·m範圍內電流測量電路和電壓測量電路始終保持在線性工作範圍之內，提高了儀器的動態範圍和精度，達到恆功率控制的效果，可去掉恆功率控制電路，儀器可以不用保溫瓶而長時間在較高溫度下工作。
在雙層屏蔽的4號電極和5號電極之間增加了監控補償電路，確保雙屏蔽電極之間的電位不受圍巖和泥漿礦化度的影響，從而保證儀器測量結果不受圍巖和泥漿礦化度的影響，提高目的地層的精度。
4、儀器可以提供格羅寧根效應的校正值。在深側向的參考電極電位受到格羅寧根幹擾時進行校正，確保深側向值的準確性。
5、儀器在測量電路中運用了零相角相敏檢波的同時，增加了90度相位的相敏檢波。當儀器在測井過程若產生了相移，可以通過90度相位的相敏檢波值進行校正，從而消除因相移帶來的測量誤差。
權利要求
1.一種強聚焦雙側向測井儀，包括絕緣短節、電子線路部分和電極系組成，其特徵是所述的電極系包括一個主電極，並以主電極為中心，和相互對稱的監督電極、屏蔽電極、輔助監督電極以及迴路電極組成，所述的電子線路部分包括邏輯和深側向參考電路、深側向驅動電路、淺側向參考電路、淺側向驅動電路、電壓前置放大電路、電流前置放大電路、測量及控制電路、刻度電路、電壓補償電路、平衡監控電路組成。
2.根據權利要求1所述的強聚焦雙側向測井儀，其特徵是所述的邏輯和深側向參考電路由晶振分頻電路、方波發生器、有源濾波電路構成，產生深側向32Hz、淺側向128Hz的時鐘信號並為深側向驅動電路提供32Hz的正弦波參考信號。
3.根據權利要求1所述的強聚焦雙側向測井儀，其特徵是所述的深側向驅動電路由運放電路、功率放大電路構成，產生深側向32Hz的正弦波屏流信號。
4.根據權利要求1所述的強聚焦雙側向測井儀，其特徵是所述的淺側向參考電路由方波發生器、有源濾波電路構成，產生淺側向128Hz的正弦波參考信號。
5.根據權利要求1所述的強聚焦雙側向測井儀，其特徵是所述的淺側向驅動電路電路由運放電路、功率放大電路構成，產生淺側向128Hz的正弦波屏流信號。
6.根據權利要求1所述的強聚焦雙側向測井儀，其特徵是所述的電壓前置放大電路由運放電路、有源濾波電路構成，對深、淺電壓信號進行探測、分離、放大。
7.根據權利要求1所述的強聚焦雙側向測井儀，其特徵是所述的電流前置放大電路由運放電路、有源濾波電路構成，對深、淺電流信號進行探測、分離、放大。
8.根據權利要求1所述的強聚焦雙側向測井儀，其特徵是所述的測量及控制電路由相敏檢波電路、開關電路構成，提供深淺側向電壓電流測量信號和反饋控制信號。
9.根據權利要求1所述的強聚焦雙側向測井儀，其特徵是所述的刻度電路由控制繼電器和刻度電阻構成，用於刻度和測井的狀態切換並為刻度狀態提供標準電阻。
10.根據權利要求1所述的強聚焦雙側向測井儀，其特徵是所述的電壓補償電路由功率放大電路、開關電路構成，控制淺側向的模式選擇並提供屏蔽電極間的補償電壓。
11.根據權利要求1所述的強聚焦雙側向測井儀，其特徵是所述的平衡監控電路由高增益混合放大電路、採樣電阻構成，保證主電流與屏流相位相同並使監督電極等電位。
全文摘要
本發明涉及一種利用電流聚焦原理測量井孔周圍介質電阻率的新型雙側向測井儀。本發明的結構組成主要包括絕緣短節、電子線路部分和電極系組成。其技術創新部分在於所述的電極系包括一個主電極，並以主電極為中心，和相互對稱的監督電極、屏蔽電極、輔助監督電極以及迴路電極組成。與之配合的電子線路部分包括邏輯和深側向參考電路、深側向驅動電路、淺側向參考電路、淺側向驅動電路、電壓前置放大電路、電流前置放大電路、測量及控制電路、刻度電路、電壓補償電路、平衡監控電路組成。該儀器增加了具有雙層屏蔽的淺側向和三層屏蔽的深側向強聚焦模式。可以在大井眼、高礦化度泥漿、高電阻率地層情況下，減少井眼影響，更精確地反映地層電阻變化。可適應各種水基泥漿，各類不同地質條件下正常測井，可以取代各種雙側向測井儀器，具有廣泛推廣使用前景。
文檔編號G01V3/18GK1712995SQ20051004415
公開日2005年12月28日 申請日期2005年7月15日 優先權日2005年7月15日
發明者解秋萍, 李琳, 泮豔, 王增華 申請人:中國石化集團勝利石油管理局測井公司