CN103775076B - 磁化率检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁化率检测装置，该装置包括：圆柱体芯棒，固定在旋转轴上，放置在待检测井眼内，圆柱体芯棒内具有第一凹槽和第二凹槽；发射线圈天线，容置在圆柱体芯棒的第一凹槽，用于在通入低频交流电时，产生交变电磁场，从而使得外部的金属介质磁化；接收线圈天线，容置在圆柱体芯棒的第二凹槽，用于当金属介质产生磁化后，使得接收线圈天线产生感应电动势；电缆，用于当圆柱体芯棒在检测井眼内围绕旋转轴旋转时，发射线圈天线产生的交变电磁场磁化检测井眼周围的介质，当其中的金属介质被磁化后，使接收线圈天线产生的感应电动势发生变化，变化的感应电动势信号通过电缆传输出来，通过分析感应电动势信号的虚部的强弱变化来得到井周介质的磁化率，从而定位金属矿相对于检测井眼的位置。

Description

磁化率检测装置
技术领域
本发明涉及地球物理测井领域，具体地涉及一种磁化率检测装置。
背景技术
地球物理测井是在井孔中测量地层的电、声、放射性等物理性质，以辨别地层岩石和流体性质的方法，是勘探和开发油气，金属介质等矿产资源的重要手段。感应测井是测井仪器的重要组成部分，主要采用电磁感应原理，在发射线圈天线通以交流电，交流电必然在井周围感应出涡流，这个涡流在接收线圈天线产生感应电动势，通过将这个与地层介质相关的感应电动势提取，得出相应地层的电导率信号。同时由于交流电产生磁场，必然使得井周围介质磁化，产生附加磁场，这个磁场与交流电的一次磁场信号叠加，在接收线圈天线产生感应电动势。一般来说，由于涡流信号产生的二次磁场与交流电的一次磁场信号的相位相差90度，所以接收线圈天线产生的感应电动势实部主要反映与涡流相关的地层电导率信号，而介质磁化产生的磁场与一次磁场相位相同，因此感应电动势的虚部主要反映与介质磁化相关的地层磁化率信号。
现有感应测井技术无法直接获取金属介质相对于井眼的位置，需要大量时间去检测金属介质的方位信息。另一种现有技术中感应测井测量磁化率时，通常由于地层磁化率对感应测井测量信号的影响较弱，而且感应测井的虚部同时会受到介质电导率的影响，所以现有技术无法采用常规感应测井测量磁化率来辨识地层中的金属介质矿藏分布。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种磁化率检测装置，两线圈天线的法线方向正交，使得接收线圈天线能够最大地接收磁场能量，提高了信噪比，使得接收线圈天线的感应电动势对介质磁化率的响应能力不再受电导率的影响；将圆柱体芯棒固定在旋转轴上，旋转轴旋转两线圈天线对井周围的介质进行扫描，使得装置测量介质磁化率时，更容易检测到井周围的介质相对于井眼的方位。
为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种磁化率检测装置，该装置包括：
圆柱体芯棒，固定在旋转轴上，放置在待检测井眼内，圆柱体芯棒内具有第一凹槽和第二凹槽；
发射线圈天线，容置在圆柱体芯棒的第一凹槽，用于在通入低频交流电时，产生交变电磁场，从而使得外部的金属介质磁化；
接收线圈天线，容置在圆柱体芯棒的第二凹槽，用于当金属介质产生磁化后，使得接收线圈天线产生感应电动势；
电缆，用于当圆柱体芯棒在检测井眼内围绕旋转轴旋转时，发射线圈天线产生的交变电磁场磁化检测井眼周围的介质，当其中的金属介质被磁化后，使接收线圈天线产生的感应电动势发生变化，变化的感应电动势信号通过电缆传输出来，通过分析感应电动势信号的虚部的强弱变化来得到介质的磁化率，从而定位金属矿相对于检测井眼的位置。
优选地，圆柱体芯棒的材质是无磁性材质。
优选地，第一凹槽的凹槽面与第二凹槽的凹槽面的法线方向正交，从而使得发射线圈天线与接收线圈天线的法线方向正交。
优选地，发射线圈天线通入的低频交流电的频率为400Hz到100KHz。
本发明带来的有益效果是：本发明提供了一种磁化率检测装置，该装置在检测金属介质磁化率时不受电导率的影响，可以精确地检测金属介质，并可以快速地定位金属介质的位置。
附图说明
图1为本发明实施例中磁化率检测装置原理示意图；
图2为本发明实施例中图1磁化率检测装置原理示意图；
图3为本发明实施例中发射线圈天线和接收线圈天线的磁场分布示意图；
图4为本发明实施例中图2磁化率检测装置在检测井中检测金属介质时的原理示意图；
图5为本发明实施例感应电动势虚部与源距的关系图；
图6为本发明实施例中感应电动势的虚部与磁化率的关系图；
图7为本发明实施例中磁化率检测方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案以及优点表达的更清楚，下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明公开了一种用于测量磁化率的感应测井装置，主要通过旋转轴旋转带动装置对井周围的介质进行扫描，发射线圈天线产生交变电磁场，当发现金属介质时，交变电磁场使金属介质产生磁化，使得接收线圈天线产生感应电动势发生变化，变化的感应电动势信号通过电缆传输到测井车进行数据分析，计算出金属介质的磁化率及可以得到金属介质的方位，再根据金属介质的磁化率表得知相应的金属介质。
图1为本发明实施例中磁化率检测装置原理示意图。
如图1所示，本发明提供的磁化率检测装置包括：
圆柱体芯棒20，固定在旋转轴上，放置在待检测井眼内，圆柱体芯棒20的材质是无磁性，优选为玻璃钢材质。
具体地，圆柱体芯棒20的一端固定在旋转轴上，圆柱体芯棒20的中心有一个中空孔，旋转轴嵌入在中空孔内。在圆柱体芯棒20刻蚀第一凹槽和第二凹槽，在第一凹槽上紧密容置发射线圈天线21，在第二凹槽上紧密容置接收线圈天线22。第一凹槽的凹槽面与第二凹槽的凹槽面的法线方向正交，优选第一凹槽与圆柱体芯棒20的轴线形成-45度的角度，第二凹槽与圆柱体芯棒20的轴线形成45度的角度；第一凹槽和第二凹槽有宽度，在宽度内可以绕制多匝线圈。
发射线圈天线21，容置在圆柱体芯棒20的第一凹槽，用于在通入低频交流电时产生交变电磁场，交变电磁场使金属介质40产生磁化。
具体地，发射线圈是金属介质40导线参照芯棒凹槽紧密绕制，由于第一凹槽的凹槽面与第二凹槽的凹槽面的法线方向正交，因此，发射线圈天线21与接收线圈天线22的法线方向也正交。由于优选第一凹槽与圆柱体芯棒20的轴线形成-45度的角度，第二凹槽与圆柱体芯棒20的轴线形成45度的角度，因此优选发射线圈天线21与圆柱体芯棒20的轴线形成-45度的角度，接收线圈天线22与圆柱体芯棒20的轴线形成45度的角度。
测井车10输出交流电源通过电缆30给发射线圈天线21供应交流电信号，发射线圈天线21在井周围产生交变磁场。其中，交流电源供应发射线圈天线21低频交流电，优选频率400Hz到100KHz，因为频率过大，测量结果容易受到趋肤效应的影响，频率过低，则感应电动势的信号幅度太小，不利于测量。因此，本发明优选频率400Hz到100KHz。旋转轴旋转圆柱体芯棒20及发射线圈天线21和接收线圈天线22对井周围的介质进行扫描，可以精确地检测金属介质40，更容易检测到井周围的介质相对于井眼的方位。
接收线圈天线22，容置在圆柱体芯棒20的第二凹槽，当金属介质40产生磁化后，接收线圈天线22电动势会发生改变。接收线圈天线22将变化的电动势通过电缆30传输到测井车10进行数据分析。
具体地，发射线圈天线21与接收线圈天线22的法线方向正交时，接收线圈天线22能够最大的接收磁场能量，具有良好的信噪比。由于涡流信号产生的二次磁场与交流电的一次磁场信号的相位相差90度，所以接收线圈天线22产生的感应电动势实部主要反映与涡流相关的地层电导率信号，而介质磁化产生的磁场与一次磁场相位相同，因此感应电动势的虚部主要反映与介质磁化相关的地层磁化率信号，所以本发明采用发射线圈天线21与接收线圈天线22的法线方向正交的技术方案后，接收的金属介质40磁化率不受电导率的影响。
电缆30，用于当圆柱体芯棒在探测井眼内围绕旋转轴旋转时，发射线圈天线21产生的变电磁场磁化探测井眼周围的介质，当其中的金属介质被磁化后，使接收线圈天线22产生的感应电动势发生变化，变化的感应电动势信号通过电缆传输出来，通过感应电动势的虚部的强弱变化来得到介质的磁化率，从而定位金属矿相对于探测井眼的位置。
图2为本发明实施例中图1磁化率检测装置20原理示意图。
具体地，如图2所示，第一凹槽的凹槽面与第二凹槽的凹槽面的中心距离：L=R/tan(θT)+R/tan(θR)，其中，R为发射线圈天线21和接收线圈天线22在XOY平面上的投影半径，发射线圈天线21的法线方向NT，发射线圈天线21与圆柱体芯棒20的轴线形成的倾斜角度θT；接收线圈天线22的法线方向NR，接收线圈天线22与圆柱体芯棒20的轴线形成的倾斜角度θR，凹槽的宽度为d，在d内可以绕制多匝线圈。
进一步地，如图3所示，图3为本发明实施例中发射线圈天线和接收线圈天线的磁场分布示意图，发射线圈天线21在井周围产生磁场，发射线圈天线21某一方位的金属介质40被磁化产生的磁场影响通过接收线圈天线22的磁通量，影响了接收线圈天线22的感应电动势；发射线圈天线21右方的金属介质40被磁化产生的磁场不影响接收线圈天线22的感应电动势。
图4为本发明实施例中图2磁化率检测装置20在检测井中检测金属介质40时的原理示意图。
如图4所示，磁化率检测装置在检测井中金属介质40时，该装置的发射线圈天线21在空间中产生交变电磁场，使得井周围的介质被磁化产生磁场，空间中某一方位介质磁化产生的磁场使接收线圈天线22的感应电动势产生变化，旋转轴带动磁化率检测装置旋转完成检测井周围360度的检测。即磁化率检测装置被旋转轴带动旋转，容置在旋转轴上的发射线圈天线21也进行旋转，并且对检测井周围360度发射交变电磁场，当检测井周围有金属介质40时，磁化率检测装置中发射线圈天线21发射的交变电磁场使得金属介质40产生磁化。被磁化的金属介质40可以被磁化率检测装置中的接收线圈天线22检测到。即当被检测到的金属介质40被磁化后，磁化率检测装置中的接收线圈天线22中感应电动势会发生变化，接收线圈天线22将改变的感应电动势通过电缆30发送给测井车10，测井车10接收磁化率检测装置发送的信号并对信号进行信息处理分析。由于磁化率检测装置中的接收线圈天线22只受到某一方位介质磁化产生的磁场的影响，此时测井车10记录磁化率检测装置检测到的金属介质40的方位，用于对检测到的金属介质40进行定位。当磁化率检测装置对检测井周围某一深度的金属介质40检测完成时，测井车10控制磁化率检测装置下降到另一深度进行金属介质40的检测。本发明提供的磁化率检测装置可以对同一检测井从进口到井底进行全方位的金属介质40检测。
图5为本发明实施例感应电动势虚部与源距的关系图。如图5所示，源距是发射线圈天线21与接收线圈天线22的中心距离，随着源距的增大，电动势虚部出现最大值，此时接收线圈天线22在该源距上能够最大地接收空间磁场能量，而由此接收线圈天线22产生的感应电动势具有良好的信噪比。由于涡流信号产生的二次磁场与交流电的一次磁场信号的相位相差90度，所以接收线圈天线22产生的感应电动势实部主要反映与涡流相关的地层电导率信号，而介质磁化产生的磁场与一次磁场相位相同，因此感应电动势的虚部主要反映与介质磁化相关的地层磁化率信号，所以本发明采用发射线圈天线21与接收线圈天线22的法线方向正交的技术方案后，接收的金属介质磁化率不受电导率的影响。
图6为本发明实施例中感应电动势的虚部与磁化率的关系图。如图所示，图中的三条曲线分别是：由——组成的曲线为：当电导率为0.0001s/m时，接收线圈天线22感应电动势的虚部随金属介质磁化率变化；由Ο组成的曲线为：当电导率为0.01s/m时，接收线圈天线22感应电动势的虚部随金属介质磁化率变化；由+组成的曲线为：当电导率为1s/m时，接收线圈天线22感应电动势的虚部随金属介质磁化率变化。从图可以看出，三条曲线一致，因此，使用本发明的发射线圈天线21与接收线圈天线22的正交结构后，接收线圈天线22感应电动势虚部对金属介质磁化率的响应能力不受电导率的影响。
图7为本发明实施例中磁化率检测方法的流程图。该实施例的一种磁化率检测方法具体包括以下步骤：
步骤301、感应测井装置的发射线圈天线产生交变电磁场。
具体地，交流电源通过电缆给发射线圈天线供应交流电信号，发射线圈天线在井周围产生交变电磁场。其中，交流电源供应发射线圈天线低频交流电，优选频率400Hz到100KHz，因为频率过大，测量结果容易受到趋肤效应的影响，频率过低，则感应电动势的信号幅度太小，不利于测量。因此，本发明优选频率400Hz到100KHz。旋转轴旋转发射线圈天线对井周围的介质进行扫描，可以精确地检测金属介质，更容易检测到井周围的金属介质相对于井眼的方位。
步骤302、交变电磁场使金属介质产生磁化。
当井周围有金属介质时，发射线圈天线产生的交变电磁场使金属介质产生磁化，金属介质产生的磁场影响接收线圈天线的磁通量。
步骤303、感应测井装置的接收线圈天线产生的感应电动势会被磁化的金属介质改变。
由于金属介质产生的磁场影响了接收线圈天线的磁通量，所以接收线圈天线中的感应电动势也发生改变。由于发射线圈天线与接收线圈天线的法线方向正交，所以接收线圈天线能够最大地接收磁场能量。
步骤304、接收线圈将变化的感应电动势信号通过电缆发送给测井车进行数据分析。
具体地，经过测井车对数据的分析，可以计算出该金属介质的磁化率，然后结合金属介质磁化率表得知金属介质的品位；如果数据没有磁化率信号，可以得知检测装置的这个方位没有金属介质，然后通过旋转轴旋转装置到另一方位或者将装置向上或向下检测。
步骤305、测井车通过数据分析得出金属介质的磁化率。
具体地，测井车接收到的接收线圈天线的电动势包括电动势的实部和电动势的虚部。由于涡流信号产生的二次磁场与交流电的一次磁场信号的相位相差90度，所以接收线圈天线产生的感应电动势实部主要反映与涡流相关的地层电导率信号，而介质磁化产生的磁场与一次磁场相位相同，因此感应电动势的虚部主要反映与介质磁化相关的地层磁化率信号，所以本发明采用发射线圈天线与接收线圈天线的法线方向正交的技术方案后，接收的金属介质磁化率不受电导率的影响。
本发明带来的有益效果是：本发明提供了一种磁化率检测装置及方法，该装置及方法在检测金属介质磁化率时不受电导率的影响，可以最大精度地检测金属介质，并可以快速定位金属介质的位置。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种磁化率检测装置，其特征在于，所述装置包括：
圆柱体芯棒，固定在旋转轴上，放置在待检测井眼内，所述圆柱体芯棒内具有第一凹槽和第二凹槽；
发射线圈天线，容置在所述圆柱体芯棒的所述第一凹槽，用于在通入低频交流电时，产生交变电磁场，从而使得外部的金属介质磁化；
接收线圈天线，容置在所述圆柱体芯棒的所述第二凹槽，用于当所述金属介质产生磁化后，使得所述接收线圈天线产生感应电动势发生变化；
电缆，用于当所述圆柱体芯棒在所述检测井眼内围绕所述旋转轴旋转时，所述发射线圈天线产生的交变电磁场磁化所述检测井眼周围的介质，当其中的金属介质被磁化后，使所述接收线圈天线产生的感应电动势发生改变，变化的感应电动势信号通过所述电缆传输出来，通过分析所述感应电动势信号的虚部的强弱变化来得到所述介质的磁化率，从而定位金属矿相对于所述检测井眼的位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆柱体芯棒的材质是无磁性材质。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一凹槽的凹槽面与所述第二凹槽的凹槽面的法线方向正交，从而使得所述发射线圈天线与接收线圈天线的法线方向正交。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发射线圈天线通入的低频交流电的频率为400Hz到100KHz。
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