3104微侧向测井仪改造为微球形聚焦测井仪的研究与应用Word下载.docx
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第一章微电阻率测井介绍第一章微电阻率测井介绍电阻率测井原理电阻率测井是地球物理测井的重要分支它是测量地层的电阻率参数【】。
而电阻率是岩石的重要物理参数之一。
在油气井中进行电阻率测井是寻找和确定油气存在的基本方法。
为了测量某一电阻的阻值我们可以用一个电源给该电阻供电测量流过该电阻的电流值和电阻两端的电压降根据欧姆定律可以求出该电阻的阻值川。
测量地层的电阻率也可以采取这样的方法用电极系给被测地层供电测量流过地层的电流测量电流在被测地层产生的电压降则可以用公式求出地层的电阻率其中为电极系常数由地层中的电流的几何形状决定【】。
微电阻率测井微电阻率测井概述微电阻率测井的电极尺寸较小电极间的距离较近测量电流只流经地层一段较短的距离便返回至回流电极。
因此它的探测深度较浅故称微电阻率测井。
微电阻率测量渗透性地层的冲洗带电阻率。
为什么要测量昵电阻率测井的一个主要目的是求得原状地层的电阻率真电阻率以便结合其他地层参数孔隙度、地层水电阻率、泥值含量等算出地层含水饱和度。
然而在测量地层真电阻率时测量电流必须穿过冲洗带和过度带。
测量结果或多或少要受到泥浆和侵入参数的影响。
在对这些影响做必要的修正时就得知道地层各个部分的电阻率。
设计一套具有不同探测深度的电阻率测井便可以达到这一目的【】。
例如双侧向测井仪测量地层的深部和中部的电阻率微电阻率测井仪测量地层浅部的电阻率。
一般来说为了求得地层真电阻率同时使用深、中、浅三种电阻率测量仪器可获得最佳结果【。
所以双侧向测井仪通常和微电阻率测井仪组合在一起下井。
微电极测井最早期的微电阻率测井采用微电极测井。
微电极极板示意图如图所示。
其电极系由三个纽扣电极一个回流电极和一个参考电极无穷远电解组成【。
电极为供电电极提供恒定电流电极、为测量电极回流电极为极板框架参考电极在距极板较远的地方。
微电极测井一般可以同时测量一条英寸梯度曲线和一条英寸电位曲线。
英寸电位电极系的探测深度稍大于英寸梯度电极系的探测深度。
井壁有泥饼存在时英寸梯度曲线主要反映了泥饼的影响而英寸电位电极系则可以探测到地层冲洗带。
因此根据电位和梯度曲线的差异可以判断井壁是否存在泥饼并根据泥饼的存在可间接地确定该地层是否为渗透性地层。
此外微电极曲线能够反映地层的细微变化因此确定储集层有效厚度时常常用到微电极曲线。
但在测井不利的条件泥饼渗透层街徊向壬加匕¨
微电极极板及电流分布示意图微侧向和邻近侧向测井“瓯双缄嘞苑分布不意图微侧向电极系及电流线分布如图所示。
掘饼渗透层第一章微电阻率测井介绍因此有极好的纵向分层能力。
在泥饼厚度小于侵入深度大于的情况下它所测的电阻率值可不用校正而直接读得。
它的主要问题是探测深度稍小约为。
在为泥饼电阻率比值高的情况下泥饼厚度大于时测量结果不可靠。
邻近侧向的电极系如图所示。
泥饼渗透层图卜邻近侧向的电极系及电流分布示意图邻近侧向的电极系由主电极、屏蔽电极、聚焦电极和回流电极组成【】。
它和微侧向电极系的主要区别就是电极尺寸稍大并增加了一个聚焦电极因而探测深度较深约为。
因此它受到泥饼的影响稍小。
由于探测深度深了其测量结果受到原状地层的影响。
要想由它直接读得值侵入直径必须大于。
微侧向和邻近侧向电极系不同但通常是共用一套电子线路。
究竟用微侧向电极系还是用邻近侧向电极系要根据该地区的渗透层的侵入深度而定。
微球形聚焦测井微球形聚焦测井是一种较好的测量地层冲洗带电阻率的方法极板和电流分布如图所示。
它是根据球型聚焦原理设计的其目的是为了克服微侧向和邻近侧向的缺点。
只要
适当选择电极距并有效控制屏流分布微球形聚焦测井的测量受到泥饼的影响最小而其探测深度又适中。
当泥饼平均厚度为的比值为中等偏高的情况下由它所测的值可以不做校正。
微球形聚焦测井电极系和电流线分布。
该电极系由主电极、屏蔽电极、监督电极、、测量电极和回流电极组成。
主电极位于中间其它电极呈矩形框状分布在电极的四周【。
西安石油大学硕士学位论文‘由泥饼地层图卜微球形聚焦极板及电流分布示意图从主电极同时流出主电流和屏流。
屏流经泥饼流回至屏蔽电极。
在电场力的作用下主电流被迫穿过泥饼而进入地层冲洗带。
由于屏蔽电流的聚焦作用使主电流不沿着泥饼流动。
通过调整屏蔽电流或主电流保持两个监督电极、电位相等近似那么主电流在冲洗带中呈辐射状均匀散开形成球型等电位面。
也就是说主电流在冲洗带中失去了屏蔽电流的聚焦作用因此主电流不会像邻近侧向那样流入地层很深【¨
。
虽然主电流不沿泥饼分流然而主电流必须穿过泥饼。
由于它的探测深度浅当泥饼较厚时泥饼的影响也是不可忽视的。
为此仪器设计了测量电极测量电极与或之间的电位差。
根据公式可计算出冲洗带的电阻率。
图的右图显示微球聚焦测井中对测量作出贡献的区域从图中可见合理选择电极的位置即使泥饼厚度变化电极的电位也能近似代表泥饼和地层冲洗带交界面处的电位因而消除了不希望的泥饼影响。
图中左图显示微侧向对。
测量作出贡献的区域可见泥饼在测量中做出了贡献使得泥饼对于测量产生影响不利于测量准确性【。
第一章微电阻率测井介绍泥饼渗透层泥饼渗透层图微侧向和微球聚焦中测量区域不惹图电阻率仪器的设计选择电阻率的测井的基本公式为×
、恒流式如果保持主电流恒定则只需测量地层电压就可以计算出地层电阻率。
仪器的测量精度主要取决于对电压的测量这种方式适合测量高电阻率的地层。
、恒压式如果保持主电流的电压降为恒定值则只需测量流入地层的主电流值。
仪器的测量精度主要取决于电流值的测量精度这种方式适合测量低电阻率的地层。
、求商式求商式的工作方式时主电流、主电流的电压降都不为恒定值而是随着地层电阻率的变化而变化要求仪器同时测量主电流、电压依据对电压和电流求商后计算出地层电阻率值。
这种方式能够保证有较宽的测量范围和测量精度。
西安石油大学硕士学位论文第二章微侧向微电极测井仪测井仪的介绍数控测井系统中配置了微侧向微电极测井仪。
该仪器主要由电子仪部分和极板的推靠机构组成两块极板分别为微侧向极板和微电极极板‘。
微侧向电极系由主电极、围绕的屏蔽电极以及远处的回流电极组成它可以测量一条微侧向曲线。
微电极电极系由供电电极号电极两个测量电极号和号电极电流返回电极极板外部的钢托架和远处的参考电极号电极组成它可同时测量英寸梯度曲线和一条英寸电位曲线。
仪器下井时推靠装置要将推靠臂收拢而在测井时要将推靠臂张开使得微侧向极板和微球极板贴紧井壁仪器在实际测井时除上述的条电阻率曲线外还可以同时测量一条井径曲线。
测井仪可以单独测井将仪器测量的微侧向、微电极和井径等模拟信号通过芯电缆上直接传到的地面仪器。
同时它也可以和双侧向仪器、自然伽
马仪、脉冲编码仪组合将测量的微侧向、微电极和井径等模拟信号传给脉冲编码仪然后脉冲编码仪将这些信号进行模数转换再编码成脉冲信号通过七芯电缆上传到地面仪器。
在通常的情况下是和双侧向仪器、自然伽马仪、脉冲编码仪组合测井的只在极少数的情况下单独测井。
的一般技术说明长度英尺米直径英寸厘米重量磅公斤最高耐温华氏度℃最小的井眼直径英寸厘米最大压力磅平方英寸电缆芯电缆工作电压测量范围微侧向微电极——?
井径——英寸仪器供电缆芯、推靠马达供电缆芯、刻度、测井的换挡缆芯、、微侧向的外同步信号开关为档开关为档输出信号的缆芯第二章微侧向微电极测井仪开关微侧向微梯度微电位井径的档位档、的档、的档开关档位中档表示单独测井档表示与脉冲编码仪组合测井档表示与脉冲编码仪组合测井。
测井仪信号流程分析微电极信号流程微电极测量电路的信号流程如图。
叵磊而蕊困医研唑到图微电极测量流程示意图微电极的供电电流由的方波发生器产生是的交流的方波电流该电流由变压器的次级的一端经串联在供电回路中的限流电阻输出到号电极主电极发出经过地层回到电流的返回电极微电极的极板框架再经过微电位的刻度电阻、微电位的刻度电阻最后回到变压器的次级的另一端。
由于变压器的次级电压恒定而地层电阻、微电极的刻度电阻、微电位的刻度电阻这三者之和都远小于限流电阻欧姆电流大小由限流电阻决定根据公式瓜所以可以将次
级发出的电流认为是恒定电流。
微梯度的测量信号从号电极电极和号电极电极取出经过“刻度”、“零’’继电器由变压器耦合到信号放大器进行放大。
放西安石油大学硕士学位论文大后的信号经过相敏检波器的全波整流再由低通滤波器滤出交流成分输出反映微梯度的直流电压信号。
相敏检波器的相位控制信号也是由的方波发生器产生。
微电位的信号和微梯度的测量电路相似只是微电位的测量信号取自号电极电极和号电极离微电极极板的距离很远。
微电位信号也是经过放大、相敏整流、滤波后得到反映微电位的直流信号。
电阻、分别用来产生微电位和微梯度的内刻度信号。
微侧向信号流程微侧向测量电路示意图如图。
图—微侧向测量流程示意图微侧向电极系由主电极电极、聚焦电极电极和回流电极构成。
微侧向电路主要由恒压控制电路和测量电路组成。
或振荡器产生的方波信号经过变压器降压形成输出阻抗很低的输出输出电压加载在电阻上。
从上取出该输出电压的一部分成为参考电压。
的中心接头接到恒压控制电路中的补偿放大器的输入端。
变压器的次级绕组的一端直接加到聚焦电极并经过的电阻再加到主电极上由于的电阻值很小相对于地层电阻可以忽略因此认为主电极和聚焦电极的电位相等。
变压器的次级绕组的另一端接到远电极。
远电极通
过泥浆和号电极短接而号电极和电路电线短接从而远电极和地线短接使得两者电位相等。
在这个电路中补偿放大器的输入电压为电极电压减去参考电压后的差值。
这个差值经过补偿放大器放大后在经过变压器反相加到电极上。
这是个负反馈电路其结果是使得“差值信号减小使得电极恒定这个恒定电压的大小和参考电压几乎相等也是。
从测量电极即主电极流入地层的电流的变化可以由两端的电位差反映出来第二章微侧向微电极测井仪这个变化的电位差经过变压器耦合至信号放大器的输入端放大后的信号经相敏检波器全波整流、滤波网络滤波后成为随地层电阻率变化的直流信号去、即微侧向输出信号。
马达控制马达控制示意图如图。
∈一图—马达控制示惹图极板的马达的正转货反转可以使推靠臂张开或收拢。
该马达是直流马达它的转动方向由电流的方向决定。
马达的直流电源由地面供应最后供应到的、芯。
一对“电流控制”二极管和限位开关限制了推靠臂的机械行程。
马达通过继电器的“常闭触点接到缆芯、上。
因此只有的交流电源停止给井下仪供电时马达才能工作。
当的交流电源给井下仪供电时继电器在“常开状态马达不能工作。
由于张开或收拢推靠臂时交流电源停止给井下仪器供电井下仪器不能给地面仪器上传任何信息因此操作员不知道仪器的推靠臂张开和收拢的情况。
那么当推靠臂完全张开到合适位置时或者收拢到合适位置时仪器应该让马达自动断电以防止马达继续转动而损坏马达子自身和推靠器。
这个办法是加了两个限位开关。
当两个开关都是闭合时电流可以沿两个方向流动马达能够正传也能反转推靠器能张开也能收拢。
当仪器张开到合适位置即最大位置时开关断开根据二极管的单向导电原理电流只能沿芯、直流马达、开关、、芯流动因此仪器只有收拢功能。
当仪器收拢到合适位置时开关断开电流只能沿芯、、开关、直流马达、芯流动因此仪器只有张开的功能。
这样仪器就有了自动断电的保护功能了。
给芯提供正电压、芯提供负电压时开始时电流正常流动推靠器逐渐张开当张开到合适位置时开关断开。
虽然此时芯、芯上电压存在但无电流流动马达停止转动。
同理给芯提供正电压芯供负电压仪器收拢到一定位置时也是自动断电。
西安石油大学硕士学位论文井径测量井径测量原理如图。
图井径测量示意图井径测量电路由直流的恒流源和井径测量电阻构成。
恒定电流经过井径电阻在电阻上产生电位差。
由于电阻和井径值成线性正比因此改电位差与井径值成线性正比。
选择开关和继电器选择开关和继电器如图所示。
在测井仪顶端设置了一个开关。
这个开关是为了测井仪单独测井。
或者与双侧向、、相组合测井时配合使用的。
分、、这三个档位。
单独使用时用档。
此时微侧向测量信号经过、芯传至地面微梯度信号经过缆芯、传至地面微电位信号经过缆芯、传至地面井径信号传到电源变压器的初级的中心抽头和芯经电缆、芯和缆铠传至地面在地面面板中的变压器次级中心抽头和缆铠中取出井径信号。
这样井径信号和交流供电缆芯公用、芯可以节约缆芯供其他信号传输使用。
振荡器输出的方波信号该振荡器的同步信号由的内部提供由的信号全波整流的信号提供。
第二章微侧向微电极测井仪铀姑懈馏雕嚼缀图—选择开关和继电器示意图当测井仪与双侧向测井仪组合时若采用时置于档。
此时微侧向电路中的振荡器的同步信号由芯提供来源于频率为此时振荡器的输出为的方波信号。
微侧向信号经分压后经、芯送至。
微侧向信号经分压后信号降至原来的三分之一以满足中的输入范围电压要求在到之间。
微梯度和微电位信号由、芯和芯其中芯为信号参考线。
井径信号传到电源变压器的初级的中心抽头参考线串联电阻到芯再传到。
芯串联的的作用是如果没有该串联时当井径电位器坏时绝缘降低时井径电位器和的仪器外钢壳短路使得芯和的外钢壳短路而芯和双侧向的电极短接的外钢壳又是双侧向的电极从而使得双侧向的和短路了从而影响到双侧向测井。
但由于串联进入芯和的外钢壳之间不短路使得在井径电位器绝缘低的情况下也不会影响双侧向的测量。
这样即使在井下出现井径测量失败西安石油大学硕士学位论文但也不影响双侧向的测量。
若采用时置于档。
此时微侧向的信号经、芯送至微电位、微梯度测量信号经、芯和芯输给井径信号经、芯送至。
微侧向电路中的振荡器的同步信号由芯提供来源于频率为此时振荡器的输出为的方波信号。
测井仪共有个继电器。
在它们的配合下仪器可以进行推靠器的张开或收拢进行“刻度、“零、“测井”这三个状态的刻度切换在仪器进行刻度切换时将某些电路断开以起到保护电路的作用。
和继电器是普通继电器在线圈没有电流时在“常闭”。
线圈有电流流过时线圈产生磁力在“常开”。
继电器线圈有电流时为常开状态无电流时为常闭状态。
其余的个继电器为自锁继电器改变电压的极性也就是改变流过线圈的电流极性方向才能改变继电器的状态即由电流方向决定继电器触点的状态。
并且当电流消失后继电器也能保持有电流时的状态即自锁特性也称为磁保持特性。
继电器受仪器的一电源控制。
当地面不给井下仪供交流电时一电源的电压为零继电器线圈内无电流继电器处于常闭状态缆芯、芯通过怼一、一的常闭点与推靠器的马达接通仪器可以张开或收拢推靠臂同时一将缆芯悬空不和换挡继电器相连。
当地面提供交流电时一电源的电压存在电压使得继电器线圈有电流继电器动作为常开状态将、芯分别与微梯度、微电位信号接通可将信号传至地面或。
同时通过—的将井下仪的刻度继电器线圈回路接通让仪器可以进行“刻度、“零”、“测井”这三个状态的刻度切换。
继电器由通到刻度继电器的电流控制。
当刻度电压在、芯上出现芯为电流回路总有电流流过线圈继电器动作为常开状态使得微梯度信号、微梯度参考信号线悬空暂时与缆芯、断开以防止、芯的刻度高压加到微梯度测量电路上对电路起到保护作用。
当、芯上的刻度电压撤销后上没有电流流过恢复为常闭状态微梯度信号、微梯度参考信号线又恢复与缆芯、接通。
个刻度继电器为自锁继电器。
其中两个分别和电阻串联的继电器为微电位、微梯度产生“刻度’’、“零”、“测井刻度信号。
另外两个继电器用来为微侧向产生“刻度、“零”、“测井”刻度信号。
控制这些继电器的电压的极性如下。
缆芯
缆芯缆芯测井电压参考线零电压参考线刻度电压参考线在继电器供电电路中串联有齐纳二极管、。
在测井时经、芯传输的微梯第二章微侧向微电极测井仪度信号电压都低于、的击穿电压、对于这些信号呈现高阻状态可以看成是开路的以防止测井信号经过这些继电器的线圈分流同时可以保证这些继电器不被微梯度测井信号的电压引起误动作。
而刻度电压是远远高于和的击穿电压可以使继电器动作的。
因此和既能保证个刻度继电器在刻度电压出现时动作也能保证微梯度信号和继电器线圈相互独立相互不干扰。
因此和的存在是不要的不可缺少。
测井仪主要电路说明±
电源±
电源原理图如图所示。
掏也缨电器线豳图±
电源电路图电源变压器或把交流电降压至然后输至整流桥整流整流输出的电压经过电感和电容滤波后形成的直流电压。
这两个直流电压经过±
直流稳压器稳压后形成±
的输出电压供仪器的个电路使用。
在的电源中整流桥输出的电压做为同步信号还送至的信号发生器该电压信号为的整流信号。
在一的电源中整流桥的输出电压还送至继电器的线圈当线圈有电流时继电器处在常开状态。
振荡器振荡器如图所示。
西安石油大学硕士学位论文已图—振荡器电路图振荡器用来产生的方波为微电极提供供电电流此外还用来驱动微梯度和微电位的测量电路中的相敏检波器以及为微侧向电路所需的同步信号。
该电路由振荡器、同步电路和输出变压器组成。
其中振荡器由、和网络组成。
这是一个典型的自激多谐振荡器。
、和提供一个正反馈电压在电容器的充电、放电作用下将使的输出电压周期性地在正、负饱和电压之间转换。
它的固有频率由反馈电阻、和电容、构成的回路时间常数来决定约为电源频率为其四次谐波可低到因此振荡器的固有频率取为以便用电源的四次谐波频率进行同步。
为了使它的频率稳定用的信号对它同步。
同步电路由变压器和、组成它将的整流桥输出的脉冲直流再次整流然后经过电容微分后输至振荡器的正相输入端作为同步信号该同步信号是的倍即。
功放输出的方波送至振荡器作为该振荡器的同步信号同时的方波经过变压器送到各部分所需的电路中去。
微电极测量电路微电极的测量电路如图所示。
微梯度测量电路由信号放大电路和信号检波电路组成。
从号、号电极上取得梯度电极系电压信号经过变压器耦合到放大器的输入端。
他的初级的电容用来隔断直流信号。
信号放大器由运算放大器和功率放大器组成放大增益为亍】陟其中热是热敏电阻具有正温度系数用来补偿温度变化的影响。
当温度从常温变化到℃时放大倍数从增加到。
第二章微侧向微电极测井仪————————————二————————————————图—微电极测量电路信号放大后通过变压器送入检波器。
检波电路主要由双发射极晶体管、和变压器、部分组成。
检波原理如下的梯度电极系信号由输入的参考信号由输入。
假定某时刻次级的信号为上正、下负而次级的参考信号为下正、上负此时管由于集电极为正基极为负处于导通状态。
而管的、之间为反向偏置管截止。
此时梯度信号从的中心抽头出发流经滤波电路、、负载、管的、返回至的下端。
而当的次级的信号为下正、上负次级的参考信号为上正、下负时管导通管截止梯度信号从的中心抽头出发流经滤波电路、负载、管的、返回至的上端。
这样的梯度信号经过、管的全波整流、的滤波除去了其中的高频成分就成为直流的、大小随地层变化的信号了。
检波器输出的齐纳二极管用来保护检波电路防止继电器转换电压加到双发射极晶体管上。
参照图微电极测量流程示意图仪器进行“刻度时继电器的触点全都向下短接这时触点和断开触点和相接这时输入变压器晓的输入端短路产生一个零电压。
此时检波器的输出电压代表测量电路的系统误差。
进行“刻度时继电器的触点全都向上短接而继电器的触点全都向下短接这时把的电阻接到变压器的输入而把号、号电极和他断开。
供电电流流过时两端便产生一个电压信号这个信号代表?
的电阻率?
西安石油大学硕士学位论文×
这个就是内刻度信号。
微电位电极系的接收电路和微梯度的结构相似仅仅是放大器的增益和刻度电阻的阻值不同。
当温度从常温变化到。
增益从约变化到。
由于电极系系数不同刻度电阻不同。
微电位电极系数为它的刻度电阻值为因此刻度信号代表?
。
刻度时和微梯度一样变压器
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