CN104343443B

CN104343443B - 三维阵列感应测井仪器中消除直接耦合信号的方法

Info

Publication number: CN104343443B
Application number: CN201310318726.5A
Authority: CN
Inventors: 肖加奇; 徐晓伟; 王林
Original assignee: CNPC Great Wall Drilling Co
Current assignee: CNPC Great Wall Drilling Co
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN104343443A

Abstract

本发明公开了三维阵列感应测井仪器中消除直接耦合信号的方法（400）。所述方法（400）包括以下步骤：确认Z方向的屏蔽线圈的横截面积与主接收线圈的横截面积是相等的（402）；确定Z方向的屏蔽线圈与发射线圈的距离（404）；调节X方向的屏蔽线圈的匝数达到临界匝数（406）；微调X方向的屏蔽线圈的横截面积（408）。

Description

三维阵列感应测井仪器中消除直接耦合信号的方法

技术领域

本发明涉及石油、煤炭等行业所使用的测井仪器，尤其涉及电磁感应测井仪器。

背景技术

在石油的勘探与开发过程中，确定了潜在的油气区之后，就要在该地区钻井。井的深度从几百米到几千米不等。测井过程就是把带有探测器的井下仪器下放到钻好的井眼中，在井下仪器上提的过程中，利用井下仪器采用不同方法对井下地层进行各种各样的测量，探测井眼周围地层的各种物理特性。目前所采用的井下测量方法主要有电阻率测井、声波测井和放射性测井等等。各种井下测量方法都可以获得井下地层中的响应的各种物理特性，而这些物理特性与地层中油、气、水含量具有某种对应关系。石油工程师根据地层中物理特性的不同，就可以判断地层中是否含有油气。

油气储存在地下储层沉积岩石的孔隙中。一般情况下，孔隙中充填的是盐性液体，因而是一种导电体。与此相反，石油则是一种非导电体，或者说，石油的导电性能很差。在石油的形成和运移过程中，石油逐渐把沉积岩石孔隙中的液体替代。在这种情况下，含油气的岩石比含普通液体的岩石电阻要大。电阻率测井可以测量出含油气岩石与含普通液体岩石电阻之间的差异。

电阻率测井是一种重要的井眼地层测量方法。一般来说，有两种电阻率测井方法。一种是直流电法测井，它是通过井下仪器的发射电极直接向井眼周围的地层发射直流电，在地层中形成电场；通过研究地层中电场的变化，求得地层电阻率。

而针对井内没有导电介质，例如油基泥浆钻井、空气钻井等，则不能使用直流电法测井。在这种情况下，可以使用另一种电阻率测井方法，即感应测井。感应测井是是利用交流电的互感原理，让发射线圈中的交流电在接收线圈中感应出电动势。在测井时，发射线圈和接收线圈均位于井内，因此发射线圈的交变电流会在井眼周围的地层中感应涡流，而该涡流又在接收线圈中产生感应电动势。在接收线圈上产生的这个二次感应电动势与涡流强度有关，而地层中的涡流强度又取决于地层电导率。另外，电导率与相应的电阻率成倒数关系。因此，通过测量该二次感应电动势，就可以确定地层电阻率。

在感应测井中，接收线圈除了接收到由地层的涡流所产生的二次感应电动势之外，还接收到由发射线圈直接耦合产生的电动势。该直接耦合电动势与井眼周围的地层没有关系，且幅度远大于二次感应电动势。为了精确测量二次感应电动势，需要在测井仪器设计时把直接耦合电动势消除掉。

根据电磁场理论和Doll几何因子理论，地层中涡流所形成的二次感应电动势V_R与发射电流I同相，而发射线圈到接收线圈的直接耦合电动势V_X与发射电流I相差90⁰相位。因此二次感应电动势V_R与直接耦合电动势V_X之间的相位差是90⁰。

在设计电路时，利用V_R与V_X之间90⁰的相位差，可以把这两种信号分别检波，从而分别提取各自的信号。但是，在实际测井作业环境下，实际感应信号与发射电流之间的相位差在0⁰到90⁰之间变化，并不稳定。因此，在电子线路设计时实际上是无法实现的，或者说实现起来极其复杂。

另外，一般情况下，直接耦合电动势V_X是二次感应电动势V_R的几十倍到上千倍，这就类似于坐落在高山下的一棵大树与山相比，在远处是很难把树找到的。因此，只有消除直接耦合电动势，才能把信号微弱的二次感应电动势信号凸显出来，从而容易地把它检测出来。

常规的一维阵列感应测井仪器只有轴向（Z）线圈，其中线圈以井为轴心顺时针或逆时针缠绕。在简单的各向同性地层中，假设井眼为垂直井，其电导率为σ。在只有两个线圈（即发射线圈和接收线圈）时接收线圈的感应信号值可以表示为V，它包括实部信号V _R和虚部信号V _X，即：

V = V _R + V _X，

V _R= -iV _m e ^-p[(1 + p) sin p – p cos p]，

V _X= V _m e ^-p[(1 + p) cos p + p sin p]，

其中，

（1）

ω是交流电的角频率，

μ是接收线圈介质的磁导率，

N _T和S _T分别是发射线圈的匝数和横截面积，

N _R和S _R分别是接收线圈的匝数和横截面积，

I _T是发射线圈的电流强度，

L是接收线圈与发射线圈之间的距离，简称线圈距，

p是传播常数，且，

δ是趋肤深度，且。

公式（1）中的V _m就是直接耦合电动势。假设发射线圈和接收线圈的横截面积相同，均为S _o，则有：

（2）。

在上述常规的阵列感应测井仪器中，在接收线圈（即主线圈）上串联一个反向缠绕的辅助线圈（即屏蔽线圈）可以消除或极大地抑制直接耦合的信号。

如果用M表示主线圈，用B表示屏蔽线圈，则为了消除直接耦合电动势，发射线圈对主线圈直接耦合的电动势V _mM与发射线圈对屏蔽线圈直接耦合的电动势V _mB之差应为零，即有：

V _mM = V _mB （3）。

将公式（2）代入公式（3），经过数学推导可以得到：

（4）

其中，

N _RM和N _RB分别是主线圈的匝数和屏蔽线圈的匝数，

L _M是主线圈与发射线圈之间的距离，

L _B是屏蔽线圈与发射线圈之间的距离。

因此，在所设计的接收线圈中，主线圈和屏蔽线圈只要满足公式（4）的条件，理论上就可以消除直接耦合电动势的影响。在实际电磁感应测井仪器设计中，这已经是通用的做法。

随着国内外各大油田越来越重视复杂油气藏（尤其是复杂岩性、复杂流体性质、复杂孔隙结构的油气藏）的勘探与开发，复杂油气藏已经成为国内外各大油田增储上产的主要战场。对复杂油气藏（特别是复杂岩性、复杂流体性质和复杂孔隙结构的油气藏），仅仅依靠常规测井系列提供的孔隙度和饱和度等参数还不足以进行全面评价，尤其是在流体识别与定量评价上，缺乏直观的测量手段。同时，现有成像测井仪器只是成像测井发展的第一阶段，有必要随着科技的发展同步提升。

三维阵列感应成像测井技术能够获得直观可靠、信息量大、分辨率高、用途广泛的电阻率多维成像测井资料，能够更清晰识别非均质地层的各向异性，由岩石物性更精确地评价复杂油气藏。

在三维阵列感应测井仪器中，有三个方向（即X、Y、Z方向）的发射线圈和三个方向的主接收线圈和屏蔽线圈，其中Z方向是仪器轴方向，X、Y方向是与仪器轴方向垂直的水平方向且X、Y方向相互垂直。

目前在三维阵列感应测井仪器中消除发射线圈对主接收线圈的直接耦合信号的做法是：对于Z方向的线圈，一方面通过调节发射线圈与主接收线圈之间的距离（具体而言是通过调节塞规）来减少直接耦合信号，另一方面通过调节线圈匝数来减少直接耦合信号；对于X、Y方向的线圈，则通过调节线圈匝数来减少直接耦合信号。调节线圈匝数通常只能增减一匝或两匝线圈的数量。然而，由于三维线圈的复杂性，实际上有时需要增减四匝线圈，因此调节线圈匝数不能完全消除直接耦合信号。另外，增减线圈匝数给仪器装配带来很大的麻烦。调节塞规虽然是传统的消除直接耦合信号的方法，但是由于受其他因素的影响，有时也难以完全消除直接耦合信号。而且，调节塞规需要设计和制造大量陶瓷器件，成本很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种克服了上述部分或全部缺陷的用于在三维阵列感应测井仪器中消除发射线圈对主接收线圈所产生的直接耦合信号的方法。

为此，本发明提供一种用于在三维阵列感应测井仪器中消除发射线圈对主接收线圈所产生的直接耦合信号的方法。所述三维阵列感应测井仪器包括三维发射线圈组、三维主接收线圈组、以及三维屏蔽线圈组，这些线圈组均由X、Y、Z方向的线圈构成，并且X、Y、Z方向的线圈是共中心交点的，其中Z方向是仪器轴方向，X、Y方向与仪器轴方向垂直并且X、Y方向相互垂直。X方向的发射线圈与主接收线圈、屏蔽线圈处于同一面上，Y方向的发射线圈与主接收线圈、屏蔽线圈处于另一个同一面上。所述方法包括以下步骤：

a）确认Z方向的屏蔽线圈的横截面积与主接收线圈的横截面积是相等的；

b）根据以下公式来确定Z方向的屏蔽线圈与发射线圈之间的距离：

，其中，L _ZB是Z方向的屏蔽线圈与发射线圈之间的距离，N _ZRB和N _ZRM分别是Z方向的屏蔽线圈和主接收线圈的匝数，L _ZM是Z方向的主接收线圈与发射线圈之间的距离；

c）调节X方向的屏蔽线圈的匝数达到临界匝数，其中当X方向的屏蔽线圈的匝数为所述临界匝数时，X方向的屏蔽线圈的直接耦合电动势大于X方向的主接收线圈的直接耦合电动势，而当X方向的屏蔽线圈的匝数为所述临界匝数减一时，X方向的屏蔽线圈的直接耦合电动势小于X方向的主接收线圈的直接耦合电动势；

d）微调X方向的屏蔽线圈的横截面积，使得X方向的屏蔽线圈的直接耦合电动势等于X方向的主接收线圈的直接耦合电动势。

在实施例中，微调X方向的屏蔽线圈的横截面积是通过在线圈面上开洞、然后在洞中固定导电体来实现的。

优选地，所述导电体是金属。

优选地，所述导电体的数目是一个或多个。

优选地，所述导电体的形状为棒状。

优选地，X方向的屏蔽线圈的直接耦合电动势与X方向的主接收线圈的直接耦合电动势之差与所述导电体的直径具有对应关系。

在实施例中，所述仪器轴方向与井轴方向平行或重合。

本发明通过调节线圈系的面积能够消除在初步调节塞规和调节线圈匝数之后残留的直接耦合信号，即通过连续的微调能够完全消除直接耦合信号，而且成本很低。

附图说明

通过结合附图来阅读后面的具体实施方式，可以更好地理解本发明的特征和优点，其中在附图中用相同的附图标记表示相同或相似的元件。在附图中：

图1是测井作业过程的示意图；

图2是根据本发明实施例的三维阵列感应测井仪器中探头线圈的示意图；

图3是图2中所示的共面线圈R^M _x和R^B _x的测量电路的示意图；

图4是根据本发明实施例的用于在图2中所示的三维阵列感应测井仪器的探头线圈中消除发射线圈对主接收线圈所产生的直接耦合信号的方法的流程图；

图5是根据本发明实施例的导电体与屏蔽线圈的立体结构的示意图；

图6是图5中所示的导电体与屏蔽线圈的俯视图；

图7是图5中所示的导电体的横截面的示意图；

图8是根据本发明实施例的屏蔽线圈的直接耦合电动势与主接收线圈的直接耦合电动势之差与导电体的直径的平方的关系曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明的实施例。

图1是测井作业过程的示意图。如图1所示，在测井作业过程中，首先将带有探头的井下仪器下放到井眼中。然后，地面系统通过电缆和遥测系统给井下仪器提供测井作业所需的电源并给井下仪器发送命令。之后，井下仪器在上提或下放的过程中采集各种地层数据，这些数据通过电缆遥传系统被传输到地面系统。地面系统再对这些数据进行记录、显示、分析和处理。

图2示意性地示出根据本发明实施例的三维阵列感应测井仪器中的探头线圈。该探头线圈包括一组三维发射线圈（T_x、T_y、T_z）、一组三维主接收线圈（R^M _x、R^M _y、R^M _z）、以及一组三维屏蔽线圈（R^B _x、R^B _y、R^B _z）。这三组线圈均由X、Y、Z方向的线圈构成，并且X、Y、Z方向的线圈是共中心交点的，其中Z方向是仪器轴方向，X、Y方向与仪器轴方向垂直并且X、Y方向相互垂直。X方向的发射线圈与主接收线圈、屏蔽线圈处于同一面上，Y方向的发射线圈与主接收线圈、屏蔽线圈处于另一个同一面上。在测井作业过程中，所述仪器轴方向与井轴方向平行或重合。

另外，在图2所示的实施例中，三维发射线圈、三维主接收线圈、三维屏蔽线圈均为一组，而在本发明的另一实施例中，所述三维发射线圈、三维主接收线圈、三维屏蔽线圈均为多组。

当在非均质、各向异性复杂地层中钻遇一口大斜度井时，上述探头线圈在井中探测三个分量的信号。三维主接收线圈的电磁场强度可以用下面的矩阵来表示：

其中，表示X方向的发射线圈在X方向的主接收线圈上产生的电磁场强度，表示X方向的发射线圈在Y方向的主接收线圈产生电磁场强度，表示X方向的发射线圈在Z方向的主接收线圈产生电磁场强度，表示Y方向的发射线圈在X方向的主接收线圈产生电磁场强度，表示Y方向的发射线圈在Y方向的主接收线圈产生电磁场强度，表示Y方向的发射线圈在Z方向的主接收线圈产生电磁场强度，表示Z方向的发射线圈在X方向的主接收线圈产生电磁场强度，表示Z方向的发射线圈在Y方向的主接收线圈产生电磁场强度，表示Z方向的发射线圈在Z方向的主接收线圈产生电磁场强度。

根据在Michael S. Zhdanov等人的论文“Principles of tensor inductionwell logging in a deviated well in an anisotropic medium”（Society ofPetrophysicists and Well-Log Analysts 42th Annual Logging Symposium, 2001）中推导的公式，在X、Y、Z直角坐标系中，上面的矩阵中各分量可分别被表示为（其中假设发射线圈是单位偶极子）：

（5）

（6）

（7）

（8）

（9）

（10）

其中，，，，，和。

在上面的公式中，x、y、z是单位偶极子在坐标系中的坐标，k _h 和k _v分别是与水平方向和垂直方向地层性质有关的系数，ρ是投影在XY平面上的单位偶极子到坐标系原点的距离，λ是地层非均质系数，r是在坐标系中单位偶极子到坐标系原点的距离，ω是交流电的角频率，是介质的磁导率，σ _h和σ _v分别是水平方向和垂直方向的电导率。

在X、Y、Z直角坐标系中，Z轴方向为井轴方向。为了方便起见，下面讨论在水平层状地层（水平电导率和垂直电导率不一致）中三维阵列感应的响应。地层的电导率可以被表示为：

其中，σ _h是水平方向的电导率，σ _v是垂直方向的电导率。

根据电磁场原理，在空间某一点的单位偶极子，对三维阵列感应测井仪器测得的多匝接收线圈产生的电动势为：

（11）

其中，ω是交流电的角频率，

是接收线圈介质的磁导率，

N _R是接收线圈的匝数，

S _R是接收线圈的横截面积，

H是接收线圈的磁场强度。

根据公式（11）中的i因子可以判断，公式（11）中的V和H的相位差为90⁰。因此，可以把H 表示为实部和虚部两个部分，即：

（12）

将公式（12）代入公式（11）可以得到：

（13）

由公式（13）可知，三维感应接收线圈的磁场信号是一次和二次两个磁场之和。这个一次磁场（）就是发射线圈对接收线圈造成的直接耦合磁场，与地层信息无关。二次磁场（）是与地层有关的信号，也就是三维阵列感应测井仪器要测量的信息。

在低频电磁场条件下，把的泰勒展开式的前三项（）和的泰勒展开式的前三项（）分别代入公式（5）到（10），经过数学推导，可以得到、、、、、、、、的近似表达式。

在水平层状地层中，当仪器轴向与地层垂向张量平行时，井眼为垂直井，假定（L是接收线圈与发射线圈的距离），，，，则可以得到磁场强度的实部的近似值：

。

在前面的公式推导中，假定发射线圈为单位偶极子。然而在实际的三维阵列感应测井仪器设计中，发射线圈的匝数和横截面积对直接耦合信号的影响也应考虑。令ω表示交流电的角频率，μ ₀表示接收线圈介质的磁导率，N _T表示发射线圈的匝数，S _T表示发射线圈的横截面积，N _R表示接收线圈的匝数，S _R表示接收线圈的横截面积，L表示接收线圈与发射线圈之间的距离，则公式（13）中的实部即发射线圈对接收线圈产生的X、Y、Z方向的有用信号分别为：

把的泰勒展开式的前三项（）和的泰勒展开式的前三项（）分别代入公式（5）到（10），并假设，，，，则可以得到磁场强度的虚部的近似值：

同样，可以得到发射线圈对接收线圈产生的X、Y、Z方向的无用信号，也就是直接耦合的信号，分别为：

（14）

（15）

（16）。

以X方向的线圈为例，用M表示主接收线圈，用B表示屏蔽线圈。参考图3，其是图2中所示的共面的X方向的主接收线圈R^M _x和屏蔽线圈R^B _x的测量电路的示意图。为了消除直接耦合电动势，X方向的发射线圈T_x对主接收线圈R^M _x直接耦合的电动势与X方向的发射线圈T_x对屏蔽线圈R^B _x直接耦合的电动势之差应为零，即有：

（17）。

将公式（14）代入公式（17），经过数学推导可以得到：

（18）

其中，

S _XRM和S _XRB分别是X方向的主接收线圈R^M _x和屏蔽线圈R^B _x的横截面积，

N _XRM和N _XRB分别是X方向的主接收线圈R^M _x和屏蔽线圈R^B _x的匝数，

L _XM是X方向的主接收线圈R^M _x与发射线圈T_x之间的距离，

L _XB是X方向的屏蔽线圈R^B _x与发射线圈T_x之间的距离。

同理，可以得到Y、Z方向的线圈的消除直接耦合电动势应满足的条件：

（19）

（20）

其中，

S _YRM和S _YRB分别是Y方向的主接收线圈R^M _y和屏蔽线圈R^B _y的横截面积，

N _YRM和N _YRB分别是Y方向的主接收线圈R^M _y和屏蔽线圈R^B _y的匝数，

L _YM是Y方向的主接收线圈R^M _y与发射线圈T_y之间的距离，

L _YB是Y方向的屏蔽线圈R^B _y与发射线圈T_y之间的距离，

S _ZRM和S _ZRB分别是Z方向的主接收线圈R^M _z和屏蔽线圈R^B _z的横截面积，

N _ZRM和N _ZRB分别是Z方向的主接收线圈R^M _z和屏蔽线圈R^B _z的匝数，

L _ZM是Z方向的主接收线圈R^M _z与发射线圈T_z之间的距离，

L _ZB是Z方向的屏蔽线圈R^B _z与发射线圈T_z之间的距离。

对于公式（18）到（20），只要使公式恒等，就可以消除发射线圈对接收线圈直接耦合产生的信号。

参考图4，其示出根据本发明实施例的用于在图2中所示的三维阵列感应测井仪器的探头线圈中消除发射线圈对主接收线圈所产生的直接耦合信号的方法400的流程图。

在步骤402，首先确认Z方向的屏蔽线圈R^B _z的横截面积S _ZRB与主接收线圈R^M _z的横截面积S _ZRM是相等的，即S _ZRB = S _ZRM。实际上，一旦测井仪器加工完成，Z方向的线圈的横截面积也就是确定的。

然后，在步骤404，根据以下公式来确定Z方向的屏蔽线圈R^B _z与发射线圈T_z之间的距离：

（21）

其中，

L _ZB是Z方向的屏蔽线圈R^B _z与发射线圈T_z之间的距离，

N _ZRB和N _ZRM分别是Z方向的屏蔽线圈R^B _z和主接收线圈R^M _z的匝数，

L _ZM是Z方向的主接收线圈R^M _z与发射线圈T_z之间的距离。

在公式（20）中，由于已在步骤401确认S _ZRB = S _ZRM，因此公式（20）变为下式：

（22）

在公式（22）中，知道了其中三个参数值，就可以求出第四个参数。通过这个过程，可以使Z方向的直接耦合信号消除，使Z方向的分量电动势首先达到平衡。

在一个实例中，假定Z方向的屏蔽线圈R^B _z的匝数N _ZRB和主接收线圈R^M _z的匝数N _ZRM以及Z方向的主接收线圈R^M _z与发射线圈T_z之间的距离L _ZM是已知的，则可以通过公式（21）求出Z方向的屏蔽线圈与发射线圈之间的距离L _ZB。例如，如果N _ZRB= 4，N _ZRM= 12，L _ZM= 6，则可以通过公式（21）计算出L _ZB≈ 4.1602。

在三维阵列感应测井仪器的结构中，正如图2所示意的那样，Z方向线圈的中心是穿在一个金属芯轴上的。尽管它与X、Y方向的线圈是连体的，但是Z方向金属芯轴对Z方向线圈信号和对X、Y方向线圈信号的影响不相同。所以，根据公式（18），就会造成的情况出现，即由于水平方向线圈（X、Y方向线圈）的影响，使得该组三维主接收线圈总的直接耦合影响没有被消除或被抑制。因此，需要通过重新调整相应的参数，使得该组三维主接收线圈电动势重新达到平衡，即发射线圈对该组三维主接收线圈造成的直接耦合信号被消除或被抑制。因此，为了消除直接耦合的影响，需要执行步骤406和408。

在步骤406，调节X方向的屏蔽线圈R^B _x的匝数N _XRB达到临界匝数，其中当X方向的屏蔽线圈R^B _x的匝数N _XRB为所述临界匝数时，X方向的屏蔽线圈R^B _x的直接耦合电动势大于X方向的主接收线圈R^M _x的直接耦合电动势，而当X方向的屏蔽线圈R^B _x的匝数N _XRB为所述临界匝数减一时，X方向的屏蔽线圈R^B _x的直接耦合电动势小于X方向的主接收线圈R^M _x的直接耦合电动势。

然后在步骤408，微调X方向的屏蔽线圈R^B _x的横截面积，即减小屏蔽线圈R^B _x的横截面积，使得X方向的屏蔽线圈R^B _x的直接耦合电动势等于X方向的主接收线圈R^M _x的直接耦合电动势。

根据理论推导，可以得到在某一具体线圈系结构中，一匝线圈的变化（增加）所引起的直接耦合电动势的变化的大小。同理，也可以推导出在该线圈系结构中，需要减少多大的线圈横截面积来补偿这一匝线圈带来的相应直接耦合电动势的大小。

所谓微调，是指调整线圈的有效横截面积。经过反复试验和筛选得出，只有通过在线圈中增加导电体（一般为金属），才能改变线圈的有效横截面积。如果只是在线圈上开一个洞，洞中没有填充任何导电体，则该空洞不会对直接耦合信号造成任何影响。

在每一组接收线圈中，由于X、Y、Z三个方向的线圈是连在一起的，因此只要调节X方向和Y方向中的任一方向的线圈面积，总的直接耦合信号就可以被消除。在上面参考图4给出的实施例中是以X方向的调节为例。类似地，也可以调节Y方向的线圈面积来消除总的直接耦合信号。

图5示意性地示出根据本发明实施例的导电体与屏蔽线圈的立体结构，图6是图5中所示的导电体与屏蔽线圈的俯视图，图7是图5中所示的导电体的横截面的示意图。

直径为d的部分是导电体。该导电体的形状可以根据需要而改变，其在此被示出为棒状。直径为D的部分用于固定该导电体，其可以是螺纹等结构。D的大小与所开的洞的大小一致。在实际设计中，下部圆柱直径可以为0到D之间的某一大小，只要能起到固定导电体的作用即可。在本发明中，实际变化的是d的大小，它的变化范围可以在0与D之间。可以制造多个不同尺寸的导电体，以用于微调屏蔽线圈的直接耦合信号。

经过反复试验或数学推导都可以得到发射线圈对屏蔽线圈直接耦合电动势与对主接收线圈的直接耦合电动势之差与导电体的直径d之间的关系。

当屏蔽线圈的直接耦合电动势大于主接收线圈的直接耦合电动势时，为了达到新的平衡，需要微调屏蔽线圈的横截面积。在这种情况下，屏蔽线圈的有效横截面积比屏蔽线圈的横截面积S _XRB少一个因式，其中为导电体的横截面积。因此，屏蔽线圈的直接耦合电动势与主接收线圈的直接耦合电动势之差V _d为：

（23）。

由于这里讨论的只是改变屏蔽线圈的有效横截面积，即减少的是导电体的横截面积，而公式（23）的等号右边的其他项是不变的。因此，通过数学推导，可以得到发射线圈对屏蔽线圈与对主接收线圈的直接电动势之差V _d与导电体的直径d之间存在下列关系：

V _d = -kd ² + m

其中，、是常数，且m、k都为正数，与主接收线圈及屏蔽线圈的匝数、横截面积、线圈距有关。

图8是根据本发明实施例的屏蔽线圈的直接耦合电动势与主接收线圈的直接耦合电动势之差V _d与导电体的直径d的平方的关系曲线图。图8中的横轴表示导电体的直径d的平方d²，纵轴表示屏蔽线圈的直接耦合电动势与主接收线圈的直接耦合电动势之差V _d。

图8说明了在屏蔽线圈的直接耦合电动势大于主接收线圈的直接耦合电动势时微调导电体直径区域范围或大小。d ⁰表示为使屏蔽线圈的直接耦合电动势与主接收线圈的直接耦合电动势之差为零时，应选择微调导电体的直径。

以上参考附图示出并描述了本发明的实施例，但是本发明不限于此。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改、变型和替换而不脱离本发明的精神范围。因此，只要本发明的这些修改、变型和替换属于本发明的权利要求书及其等同技术方案的范围之内，则本发明也意图包含这些修改、变型和替换。

Claims

1.一种用于在三维阵列感应测井仪器中消除发射线圈对主接收线圈所产生的直接耦合信号的方法（400），其特征在于，

所述三维阵列感应测井仪器包括三维发射线圈组、三维主接收线圈组、以及三维屏蔽线圈组，这些线圈组均由X、Y、Z方向的线圈构成，并且X、Y、Z方向的线圈是共中心交点的，其中Z方向是仪器轴方向，X、Y方向与仪器轴方向垂直并且X、Y方向相互垂直，

其中，X方向的发射线圈与主接收线圈、屏蔽线圈处于同一面上，Y方向的发射线圈与主接收线圈、屏蔽线圈处于另一个同一面上，

所述方法包括以下步骤：

a）确认Z方向的屏蔽线圈的横截面积与主接收线圈的横截面积是相等的（402）；

b）根据以下公式来确定Z方向的屏蔽线圈与发射线圈的距离（404）：

，

其中，L _ZB是Z方向的屏蔽线圈与发射线圈的距离，

N _ZRB和N _ZRM分别是Z方向的屏蔽线圈和主接收线圈的匝数，

L _ZM是Z方向的主接收线圈与发射线圈的距离；

c）调节X方向的屏蔽线圈的匝数达到临界匝数（406），其中当X方向的屏蔽线圈的匝数为所述临界匝数时，X方向的屏蔽线圈的直接耦合电动势大于X方向的主接收线圈的直接耦合电动势，而当X方向的屏蔽线圈的匝数为所述临界匝数减一时，X方向的屏蔽线圈的直接耦合电动势小于X方向的主接收线圈的直接耦合电动势；

d）微调X方向的屏蔽线圈的横截面积（408），使得X方向的屏蔽线圈的直接耦合电动势等于X方向的主接收线圈的直接耦合电动势。

2.根据权利要求1所述的方法（400），其特征在于，微调X方向的屏蔽线圈的横截面积是通过在线圈面上开洞、然后在洞中固定导电体来实现的。

3.根据权利要求2所述的方法（400），其特征在于，所述导电体是金属。

4.根据权利要求2所述的方法（400），其特征在于，所述导电体的数目是一个或多个。

5.根据权利要求2所述的方法（400），其特征在于，所述导电体的形状为棒状。

6.根据权利要求2所述的方法（400），其特征在于，X方向的屏蔽线圈的直接耦合电动势与X方向的主接收线圈的直接耦合电动势之差与所述导电体的直径具有对应关系。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法（400），其特征在于，所述仪器轴方向与井轴方向平行或重合。