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《测井仪器原理》(一)-第1章-2008

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测井 仪器 原理 2008
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第一章 电流聚焦测井仪器• 量原理及工作方式• 229双侧向测井仪• 球形聚焦测井仪• 量原理及工作方式• 层电阻率的测量原理• 向测井仪器测量原理• 向测井仪器工作方式• 层电阻率的测量原理• 根据点电极的电位计算公式,则测量电极的电位是 4N• 盐水泥浆和膏盐剖面中由于受泥浆分流的严重影响,普通电阻率测井无法定量测量。人们开发了电流聚焦测井。采用电屏蔽方法,使主电流聚焦后水平流入地层,减小了井眼和围岩影响。电流聚焦测井的主电流线沿井轴径向成饼状流入地层,也称侧向测井。侧向测井仪器是一个大家族,按构成电极系的电极数目来分,有 三侧向 , 七侧向 、八侧向和九侧向(即 双侧向 ),按探测深度来又有深、浅之分。• 双侧向的仪器性能。探测深度、分层能力、测量动态范围都优于三、七侧向,微球形聚焦的探测特性也比微侧向和邻近侧向好。• 目前,理想的侧向测井组合是双侧向加微球形聚焦,这种组合可以较准确地确定地层电阻率、冲洗带电阻率和侵入带直径,这些是计算地层含油饱和度、判断地层含油性的重要参数。向测井仪器测量原理• 侧向测井与普通电阻率测井的主要区别是测量电流(主电流)是被聚焦以流入地层。电极系的主电极 端有屏蔽电极 2,呈对称排列。• 三侧向 测井仪结构如下0式中 -主电极实际长;b- 1或 -三侧向电极系长度;极视长度;-电极系直径 。m 320 5• 由电阻率公式 中电压 0,的恒定、变化和测量,电流聚焦测井仪的工作方式可分为 恒流式 、恒压式 、 自由式 和 恒功率 式(参见 • 对于三侧向,为使 要供给 三侧向测井仪的工作方式有恒流式( )和恒压式( )两种。• 以恒流式为例:测量中保持 阻率的变化反映在主电极电位的变化上。为此,电路中设置了平衡放大器对主电流的变化进行检测,通过负反馈形式对主电流进行控制,达到恒流的目的。恒流的平衡调节过程是或 04220 )( t 04220 )( t0三侧向测井仪结构框图7• 侧向测井仪电路的两个主要子系统– 供电、平衡子系统 (实现电流聚焦测量的关键部分)– 测量子系统 (电阻率测量的通用部分)• 仪器的几个主要功能单元:– 测量电压 /电流 ( 或 ) 放大、检波器 :交流信号放大,检波、滤波输出;– 振荡器 :交流激励信号、参考信号源;– 平衡放大器 :高灵敏度交流放大器,为负反馈调节回路的输入级;– 检波滤波器 :交流-直流变换器,与系统的不平衡度成正比;– 调制放大器 :将不平衡度直流信号变换成一定相位的交流信号,是一个模拟乘法器(三端部件:直流 × 交流 → 交流);– 功率放大器 :将屏蔽电流进行交流功率放大; 主电极 蔽电极 对监督电极 2主电流沿水平方向流入地层。四个参数来表示电极系结构和特性:电极系长度 极距 L,分布比 S,聚焦系数 q。0a  101021010101010 )( )(4   七侧向 测井仪结构七侧向测井仪原理框图斯仑贝谢公司 1972年研制成功。( 双 ? 可同时获得深、浅两条电阻率曲线的侧向测井仪)双侧向电极系由 9个电极组成 , 第二屏蔽电极 着双重的作用 。双侧向中采用了由跟踪屏流来产生主电流 , 或由跟踪主电流来产生屏流 。0 0R+ 向测井仪器工作方式• 恒流式保持主电流恒定,测量主电极(通常用监督电极 2代替)至远处电极 层的电阻率越高测量电压信号越大,相对测量误差越小,适于对 高阻地层 的测量。电路简单,测量动态范围小。• 恒压式保持主电极电位恒定,测量主电流。地层的电阻率越低测量电流信号越大,相对测量误差越小,适于对 低阻地层 的测量。电路简单,测量动态范围小。• 自由式电流和电压按一定规律浮动,同时测量电流、电压两个量,因此可以得到较 宽的测量动态范围 。测量、控制电路较复杂。• 恒功率式或可控功率式测量过程中使最高和最低电阻率的两个极点保持功率( 变,让测量电压和电流保持在仪器可测量的范围之内(不被限幅)。比自由式仪器有 更宽的测量动态范围 。结• 电流聚焦测井是电阻率测井方法中非常重要的一个系列 , 近似的视电阻率公式和普通电阻率测井相同 。• 电流聚焦测井的主要特点 , 是 主电流被聚焦后平行流入地层 。 为保证屏流和主电流极性完全相同 , 一般采用以下方法 。 一是用同一电流源供给屏流和主电流 , 屏流大于主电流 。 在测井过程中屏流是浮动的 。 所以 , 屏流要由平衡放大电路输出的信号加以调制后通过功率放大后加到屏蔽电极上 。 二是用跟踪主电流来产生屏流 , 或用跟踪屏流来产生主电流 , 这种方式用在双侧向仪器中 。• 在侧向测井仪器中 , 增加屏蔽电极的长度可以加大聚焦能力 , 进而增加仪器探测深度 。 相反 , 在屏蔽电极两端设置回流传极可使主电极和屏流流入地层的深度变浅 , 降低探测深度 。 双侧向测井正是利用这一原理实现的 。• 侧向测井仪器有四种不同的 工作方式 , 复杂的工作方式能获得更好的测量结果 。器工作原理• 229双侧向测井仪 的特点是:频分供电式,深、浅侧向供电频率分别为 32和 128流主动式可与自然伽马、声波、微侧向组合测井采用了数字编码传输• 1229双侧向测井仪主要由:平衡放大混合电路 ( 侧向屏流源 ( 侧向屏流源 ( 、浅侧向电压检测电路 ( 、浅侧向电流检测电路 ( 制信号发生器( 流稳压电源 等七个部分组成。1229双侧向仪器原理框图功率放大 有源 器放大器'111 2 )21()1(2211 ZZ )(2 2' 32 12 R 102002101821108211081102110800 ,,12 平衡放大混合集成电路( 2( 21  1)()(1020043161413313431614130164343161413)()(1)()(有源 波式调制放大器功率放大器173D 恒流值深侧向屏流源( 率放大器有源 22U (U E浅侧向屏流源( 相敏检波 有源 2浅侧向电压检测电路有源 有源 要电路分析• 斩波式调制放大器• 有源带通滤波器• 功率放大器• 高输入阻抗差动放大器• 0 c 1, ,098796610  R 点接地时当斩波式调制放大器0054   214321   25432141 )( 43161413313431614130164343161413)()(1)()( 1)()(10200简化后:有源带通滤波器恒流输出 功率放大器 恒压输出 功率放大器功率放大器'111 2 )21( )1(2 21 1 ZZ )(22' 32 12 R 高输入阻抗差动放大器 (仪器放大器 )全波 相敏检波器 全波 相敏检波器等效电路 c s i n (1 00 iT i  器刻度和校验• 内校验,电路与电极系断开, 外校验,仪器位于 路与电极系接通,刻度电阻盒连接电极系,可模拟 .1、 10、 100、 1000 屏流输出1、浅电压检测公共端内刻度)(1 3 3 3)(1 0 0 0 电零点)((10 结• 1229双侧向仪为实现深 、 浅同时并测 , 深 、 浅侧向使用用不同频率的电流供电 , 称为 频分式 双侧向 。 4能使深 、 浅侧向两个系统相对独立地控制和测量 。• 侧向测井需要供给主电极和屏蔽电极同极性的电流 。 1229双侧向仪采用 屏流主动方式 , 这种方式比主电流主动式容易调节系统平衡 。• 1229双侧向仪工作方式为 自由式 , 为提高仪器测量动态范围用 浅屏压的变化幅度 。• 1229双侧向深 、 浅侧向的电压和电流检测电路采用三运放结构的 差动式放大器 , 电路中的用 有源带通滤波器 分离深 、 浅侧向信号 , 用相敏检波器 提高信噪比 。 这些典型电路在测井仪器中经常用到 。• 1229双侧向与 浅侧向电阻率曲线 。器工作原理• 要电路分析• 器刻度和校验• 器工作 原理• 频分式,深、浅侧向频率分别为 95励方式为屏流主动式• 测量结果 在地面仪中经 D/波、取对数和求商后得到深、浅侧向电阻率电压测量电路• 反馈环及深、浅屏流源电路• 斩波调制放大器• 要电路分析深、浅相敏检波器 深、浅带通滤波器 仪器放大器电压测量电路• 屏流信号并放大• 经 6很好短路的部分,再反相驱动 屏流源功放反馈环及深、浅屏流源电路• 由分压电阻 404、 410决定主动产生的深、浅屏流的基值• 主电流测量结果 屏流作负反馈控制• 斩波调制放大器处理结果再经 深、浅 、浅屏流源功放斩波调制放大器率放大器 输入级3)70  C )1( 000 • 1’电极间的不平衡电压产生主电流• 偿 地层电阻率 变化时对 1’电极间电流 高了控制电路的控制精度• 器刻度和校验• 内刻度原理和方法与 1229仪器基本相同;• 内刻度时整个电子线路和电极系断开,有电零和刻度两档。结• 国产 229双侧向仪的工作原理基本相同,都是频分式,激励方式为屏流主动式。• 侧向频率比为 8倍,更有利于将深、浅侧向信号分离和处理。• 反馈环电路进一步减少 浅侧向屏流输出变压器次级对深侧向屏流的影响 。• 主电流电路引入电流正反馈环路提高了平衡控制电路的控制精度 。器工作原理• 频分式( 8倍),可控功率( 550363μ W),测量动态范围很宽• 增加第一屏蔽电极 1*、 辅助监控回路,改善深侧向屏蔽效果• 影响因素考虑周全 结构、电路复杂,制作工艺优良,性能出众数字、遥测 接口电路• 测量电路• 主监控回路• 辅助监控回路• 相位参考电路• 280要电路分析• 数字接口是一由多路开关和 A/双侧向和微球形聚焦组合获得的 9个模拟测量数据量化后由电缆通讯控制电路 率 100(下行 80 + 上行 20)将井下测量数据发送至地面。遥测电路接口框图无变压器 源 别测量深、浅电压,深电压 电流,这些电路结构相同但电路参数不同主监控回路通过取样监督电极 1’之间电位差来控制主电流 现主电流聚焦进入地层互补功率放大器深、浅高 辅助监督回路取样 间的 35过对流过 1’和 极对深屏蔽电位近似相等。深高 补功率放大器辅助监控回路电路• 相位参考电路将深、浅侧向正旋波电流非线性放大至 +12V 分放大器 深、浅整型放大器相位参考电路)e x p()e x p (1722)e x p (1722即:280数调制器 甲类推挽功率放大器280器刻度和校验• 在刻度控制逻辑控制下有测井、内刻度零和内刻度三档• 内刻度档位时测量系统与电极系断开,刻度电阻网络被接入模拟一固定的 0 ,获得的测量结果用于检查和标定仪器刻度电阻网络 刻度控制逻辑 结• 229双侧向和 中 频率比为 8倍,有利于深、浅信号处理。• 控功率式 ,在所有双侧向仪中测量动态范围最宽,测量精度最高。• 用增加第一屏蔽电极 1*、 加入 辅助监控回路的方法改善深侧向屏蔽效果。• 用监控回路电路调节主电流和屏流的比值的方法使监督电极 位差趋于零 , 保证主电流被聚焦 。• 229双侧向和 其中 功能最强 。• 路比较复杂,制作工艺优良,耐压和耐温等重要技术指标在所有双侧向仪中也是最高的。器工作 原理• 0 、测井电极 屏蔽电极 1、 通过监督电极使 控制 可测得 ρ E F L 5( 0要电路分析• 参考信号 度稳定 大器参考信号 t,使 0,即 相放大器功率放大器全波相敏检波器及测试信号放大器率放大器谐放大器 功率放大器 器刻度和校验• 0测量电路的输入变压器的第一初级绕组悬空,第二初级绕组与 得 0的测量值不再与 控放大器关联• 同的电流流过 0 ,相当于 ρ 1Ω ·结• 除了泥浆影响• 特殊的极板结构和测控电路使得 探测深度限于冲洗带范围• 通过计算可得到电导率 ρ 合成微电极曲线及其泥饼厚度 考题• 总结所学的侧向电极系的电极排列结构,试说明它们各自的特点。• 为改善深侧向屏蔽电极的屏蔽效果, • 为什么合理控制主电极功率对提高测量的动态范围和精度非常重要 ? 1229、 • 在对本章各型侧向测井仪的主要电路讲解和分析后,请列举出几个典型电路,说明它们在系统中的作用和参数计(估)算、选择方法。• 试说明内刻度功能的做用、一般的操作方式和设计上的思路。对
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