CN102777166A - 一种用于多分量感应测井仪的刻度装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多分量感应测井仪的刻度装置，包括两个不同直径的透明圆筒和斜形刻度器，其中的两个圆筒共轴，在端面处由连接件连接，斜形刻度器斜放于内圆筒的内壁上并接入刻度电阻。本发明的刻度装置能准确方便的对多分量感应测井仪的X和Y向线圈信号进行刻度，并且该装置还具有易于制作和使用方便的特点。本发明的刻度装置适用于感应测井的技术领域。

Description

一种用于多分量感应测井仪的刻度装置

技术领域

本发明属于感应测井技术领域，特别涉及的是多分量感应测井仪器的刻度装置。

背景技术

在测井方面，随着更复杂、更隐蔽油气藏的开发，人们了解油气储层详细结构的需要也愈来愈迫切，因而对测井提出了更高的要求。感应测井作为测井中的一种重要方法，其测井仪器和地层模型也从简单走向复杂。仪器的频率域从单频到多频、空间域从单线圈感应到多线圈感应、极化域也从单个方向极化出现了三个正交方向的极化。

据估计，世界上大约30％的油气存在于砂泥岩薄互层。但在层积的砂泥岩薄互层储层中，通常宏观电阻率表现为单轴各向异性，传统的感应测井仪器得到的电阻率响应主要反映地层的水平电阻率，由此计算的含水饱和度偏高，从而可能出现对油气层的低估甚至漏估，如何正确评价这类储层促进了三分量感应测井仪器的研制，此种新型仪器的线圈系在常规的轴向线圈系(Z向磁偶极子)的基础上加上了横向线圈系(X和Y向磁偶极子)，所以多分量感应测井仪在理论上既能测得水平方向的电导率又能测出垂直方向的电导率，从而更精确地评价岩石物理性质，有助于最大限度地挖掘垂直井、斜井和水平井中的低电阻率、低反差、泥质砂岩产油气层的产能，从而为石油公司获得最大的经济效益，而被视为当今石油测井的技术前沿，受到极大的重视。

在多分量感应测井仪的设计中有一个重要的步骤，就是对仪器的响应进行刻度。感应测井仪进行刻度有两个目的：一是完成电压信号和视电导率信号的对应关系，也就是在不考虑趋肤效应影响的情况下，标定刻度点上仪器读数所对应的地层电导率以及检查仪器读数与地层电导率间的线性关系，还有就是消除线圈系误差和电子线路误差的影响。

比较理想的刻度环境是几种具有不同电导率的无限均匀介质，即建立所谓的实体刻度模型，由于感应测井仪的作用空间范围大，实体刻度模型耗资大，技术难度高，所以直到目前为止尚未看到用于感应测井的一级刻度标准。而感应测井模拟刻度器-刻度环的制作和使用都很方便，在实际中得到了广泛的应用。

对于传统的Z向线圈响应，可采用常规感应仪器一致的水平刻度环进行刻度，但对于X和Y方向的线圈响应，不能再用同样方式的刻度环进行刻度。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对多分量感应测井中X和Y向线圈适用的刻度装置。刻度装置能准确方便的对多分量感应测井仪的X和Y向线圈信号进行刻度，并且该装置还具有易于制作和使用方便的特点。

下面首先说明该刻度装置的工作原理。

为了描述方便，首先对所用术语作如下定义：

本发明中，内外径均为直径，所有的长度单位均为mm，电阻单位均为欧姆，电导率单位均为S/m。

仪器响应(V)：发射线圈(X、Y、Z三个方向)在各组接收线圈(每组均有X、Y、Z三个方向)中产生的感应电动势，共有XX、XY、XZ、YX、YY、YZ、ZX、ZY、ZZ九个分量，每个分量称为信号分量。

刻度系数(Ke)：各信号分量本身所固有的特性参数，反映了刻度电阻与地层电导率的对应关系，定义为：刻度系数＝刻度电阻*地层电导率。

刻度增益(G)：各信号分量本身所固有的特性参数，反映了仪器响应与地层电导率之间的一一对应关系，定义为：刻度增益＝仪器响应/地层电导率。

下面对刻度环的响应进行建模，即通过理论和数值建模的方法得出刻度环接入电阻Re与刻度环内均匀分布的等效电导率σ_e的关系，即得到刻度系数。

刻度环的绕线串绕，设刻度环绕线扎数为N，刻度环半径为r，绕线截面积为ds，刻度环的总的截面积为S，接入电阻为Re，刻度时，把刻度环置于仪器记录点上、并让刻度环与线圈系保持同轴。

对于斜刻度环一圈的长度l为：

$l=r{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}\sqrt{1+{\left(\sin \mathrm{\θ}\right)}^2\mathrm{d\θ}}$

则N扎绕线的总电阻值为

$R_e=\frac{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{ds}}\mathrm{lN}=\frac{\mathrm{\ρ}}{S}{\mathrm{lN}}^2=\frac{{\mathrm{lN}}^2}{{\mathrm{\σ}}_{e}S}$

则刻度环分布在截面积S上的分布电导率为：

${\mathrm{\σ}}_e=\frac{{\mathrm{lN}}^2}{{\mathrm{SR}}_e}$

根据上述的电导率，可以计算出刻度环所对应的响应：下面采用有限元法对刻度环的响应进行数值计算：

通过泛函

$F\left(E\right)=\frac{1}{2}{\∫\∫\∫}_V[\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_r}(\▿\×E)\·(\▿\×E)-k_0^{2}E\·{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}}_r\·E]\mathrm{dV}-\mathrm{i\ω}{\mathrm{\μ}}_0{\∫\∫\∫}_{V}E\·\mathrm{JdV}$

并进行有限元离散和求解，即可求得刻度环所产生的响应

假设电导率为σ的均匀无限大地层所产生的响应也为

如不考虑趋肤效应的影响，则可通过几何因子求得σ与

之间的关系，具体如下：

$\mathrm{\σ}=\frac{e_{{\mathrm{\σ}}_e}}{\underset{i,j=1}{\overset{m,n}{\mathrm{\Σ}}}{K}_{\mathrm{ij}}}$

式中，

是由第i个发射线圈和第j个接收线圈组成的双线圈系的仪器常数，其中S_T和S_R分别为发射和接收线圈面积，N_T和N_R分别为发射和接收线圈扎数，I_T为发射电流，L为线圈距。

接下可求得刻度系数K_e为：

$K_e=R_e\mathrm{\σ}=\frac{R_e{e}_{{\mathrm{\σ}}_e}}{\underset{i,j=1}{\overset{m,n}{\mathrm{\Σ}}}{K}_{\mathrm{ij}}}$

有了刻度系数就知道刻度环接收的电阻R_e与其等效的无限大地层电导率的关系σ。从而在刻度时就可以求得刻度增益：

$G=\frac{V}{\mathrm{\σ}}$

其中V为加刻度环时的仪器响应，σ为刻度环所等效的无限大地层电导率。得到刻度增益即实现了对仪器响应的刻度。

本发明的实质是利用刻度器中的一定阻值的刻度电阻来模拟具有一定电导率的无限大均匀地层。根据本发明的多分量感应测井仪的刻度装置，包括两个不同直径的透明圆筒和斜形刻度器，两个所述的圆筒共轴，在端面处由连接件连接，斜形刻度器斜放于内圆筒的内壁上，斜形刻度器接入刻度电阻。

在外圆筒外面还可刻有与斜形刻度器中心轴线成一定角度的环形凹槽，在凹槽中缠绕导线，再接入刻度电阻。

本发明的刻度装置还可包括刻度面板，该刻度面板由两块垂直的玻璃钢板组成，第一块玻璃钢板贴在连接件的外侧，用于接入刻度电阻，第二块玻璃钢板用于接入凹槽中缠绕的导线。

斜形刻度器的外部尺寸可以与内圆筒的内径相当。连接件可以为半圆形玻璃钢板，圆筒可以为玻璃钢圆筒。玻璃钢板上还可以开有小孔。

本发明具有如下的优点：

能实现对多分量感应仪器中的横向(X和Y向)线圈响应进行刻度。

刻度装置所需材料多为玻璃钢，容易购买且价格便宜。

刻度器加工简单，安装方便，能方便的进行各种实验，在实际应用中也取得了良好的效果。

综上所述，本发明所给出的刻度装置能为多分量感应测井仪器的响应进行有效的刻度，且装置简单易行，成本低廉。

附图说明

图1是本发明的刻度器原理图。

图2A-2C是刻度装置的设计细节图。

图3是刻度装置外圆筒上的环形凹槽的细节图。

图4是刻度面板的结构图。

图5是刻度面板的中另一块的结构图。

图中各附图标记分别代表：

1-斜形刻度器   2-连接件   3-凹槽   4-刻度面板

5-孔

具体实施方式

对于多分量感应测井中的横向线圈(即X和Y向线圈)，其在地层中感应的电流方向不再为水平方向，所以不能采用常规感应仪器的刻度器即水平刻度器。因此设计了一种斜形刻度器用于横向线圈的刻度。图1是本发明的斜形刻度器的原理图。图中T为发射线圈，R1、R2为接收线圈，刻度时T发射出一定频率的交变电流，此交变电流在T周围产生交变磁场，此交变磁场在斜槽刻度器的金属环上感生出电流，此电流称为涡流。涡流强度与斜槽刻度器的电导率成正比(在刻度时，斜槽刻度器就可以看做一个已知电导率的无限大地层)，涡流在斜槽刻度器中流动时又产生一个交变磁场，称二次磁场，二次磁场通过接收线圈R1、R2时产生二次感应电动势被记录下来，该电动势与涡流强度有关，即与斜槽刻度器电导率有关。由于斜槽刻度器的电导率通过计算时已知的，所以可对仪器进行准确刻度。

图2A-2C是刻度装置的设计细节图。该刻度装置包括两个不同半径的玻璃钢圆筒，内圆筒和外圆筒共轴，在端面处由连接件相连，连接件可以是半圆形玻璃钢板。斜形刻度器1斜放在内圆筒内，且内圆筒的内径与斜形刻度器1的外形尺寸相当，外圆筒的外径可根据需要选取。斜形刻度器1接入刻度电阻。

如图3所示，为了方便缠绕导线，在外圆筒上沿轴向开有宽度为2mm、间距为10mm的环形凹槽3，凹槽3呈“U”形。斜形刻度器1的中心轴线与环形凹槽3成一定角度，在凹槽3中缠绕导线，再接入刻度电阻，就能模拟一定电导率的均匀地层，从而建立起刻度环刻度电阻与均匀无限大地层模型之间的等效关系。

图4-5是刻度面板的结构图，刻度面板4是由两块相互垂直的玻璃钢板组成，其中一块上面开有2个小孔，用于接入绕在凹槽中的导线的两个端头。图5是刻度面板的中另一块的结构图，上面开有5个小孔，用于接入刻度电阻，其中中间的孔为公共连接端。

Claims (6)

1.一种多分量感应测井仪的刻度装置，包括两个不同直径的透明圆筒和斜形刻度器，两个所述圆筒共轴，在端面处由连接件连接，其特征在于：所述斜形刻度器斜放于内圆筒的内壁上，所述斜形刻度器接入刻度电阻。

2.根据权利要求1所述的刻度装置，其特征在于：在外圆筒外面刻有与所述斜形刻度器中心轴线成一定角度的环形凹槽，在所述凹槽中缠绕导线，再接入所述刻度电阻。

3.根据权利要求2所述的刻度装置，其特征在于：还包括刻度面板，所述刻度面板由两块垂直的玻璃钢板组成，第一块玻璃钢板贴在所述连接件的外侧，用于接入所述刻度电阻，第二块玻璃钢板用于接入所述凹槽中缠绕的导线。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的刻度装置，其特征在于：所述斜形刻度器的外部尺寸与所述内圆筒的内径相当。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的刻度装置，其特征在于：所述连接件为半圆形玻璃钢板，所述圆筒为玻璃钢圆筒。

6.根据权利要求3中所述的刻度装置，其特征在于：所述玻璃钢板上开有小孔。

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