CN105781538A - 一种电磁波电阻率测井线圈系 - Google Patents
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Abstract
一种电磁波电阻率测井线圈系，由两个谐振发射线圈和一个谐振接收线圈组成。谐振发射线圈通过导通控制电路与高频电源相连，谐振发射线圈和谐振接收线圈无直接的物理连接，谐振接收线圈与信号接收与处理电路相连。谐振发射线圈和谐振接收线圈均由多匝线圈连接匹配电容组成，且谐振发射线圈和谐振接收线圈的谐振频率相同。在同一个测量点，两个谐振发射线圈依次与高频电源导通连接，分别测量同一谐振接收线圈两端的电压幅度和相位。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电磁波电阻率测井的线圈系统。
背景技术
电法测井通过电磁场分析与测量研究井眼周围地层剖面的电导率或介电常数两个电性参数的特征，进行地层评价。电磁波电阻率测井是一种常用的交流电测井方法，频率一般介于100kHz-4MHz之间，通过测量接收线圈的幅度和相位衰减获得地层电阻率和介电常数信息来对储层情况进行评价。
随着油气资源开发进入中后期，大斜度井、水平井及多分支井占据的比重越来越大。传统的电缆测井方法在钻井完成之后才对井周参数进行测量，不能及时获取真实地层信息指导钻井仪器在储层中的行进路径。随钻电磁波电阻率测井技术在钻井的同时实时获取井眼周围地层的电阻率信息，预估钻头距离储层界面的距离，及时调整钻头走向，使其在最有价值的油气藏中迂回钻进，在钻井中发挥着重要作用。
传统电磁波电阻率测井仪器只能探测到井眼周围2-3米范围内的地层信息。然而，随钻测井对仪器的探测深度提出了更高的要求。如果探测深度太小，则不能及时预警储层界面，导致地质人员没有足够的时间进行地质导向调整，钻井仪器钻出产层，对产能产生重大影响。
现有电磁波电阻率测井仪器一般采用单发双收线圈系结构，测量两接收线圈开路感应电动势的幅度比和相位差信息。斯伦贝谢公司随钻电磁波电阻率测井仪器CDR和贝克休斯公司的随钻电磁波电阻率测井仪器MPR线圈系基本组成单元均为单发双收线圈系结构，一个发射线圈激发高频电磁场，在地层中感应产生涡流，地层中的涡流激发二次磁场，在接收线圈产生感应电动势，同时测量两个接收线圈的开路感应电动势，开路电动势中蕴含着地层的电特性信息。
探测深度主要由源距、频率和地层电阻率决定。增大源距是有效提高探测深度的方法之一。
但是，接收线圈开路感应电动势随源距的增加衰减严重，导致增大源距后无法测量到接收线圈信号，或者信号过于微弱需要多次叠加和平均运算，延长测井时间，大大降低测井效率。接收线圈谐振可以增加电压信号强度，接收线圈回路品质因数越高，电压提高幅度越大，源距可以越长，但是品质因数太大会导致电压随频率和周围地层参数等变化敏感。所以要根据实际测量地层的条件选择合适的品质因数。然而，对于谐振发射和谐振接收方式，单发双收线圈系难以保持两接收线圈及外围电路参数一致，同时在跨越电阻率对比度较高的地层分界面时，接收线圈参数及外围连接电路参数易受环境影响而产生差异。采用谐振接收方式时线圈具有较高的品质因数，两接收线圈的差异可能导致测量的电压幅度比和相位差存在较大误差，通过幅度比和相位差获得的地层电阻率偏离真实地层值。
发明内容
为了克服增大源距导致接收线圈信号衰减严重的问题，本发明提出一种电磁波电阻率测井线圈系。本发明的发射线圈和接收线圈均采用谐振方式，并且线圈系采用双发单收的结构形式。
本发明电磁波电阻率测井线圈系包括两个谐振发射线圈和一个谐振接收线圈，构成双发单收的线圈系。所述的谐振发射线圈通过发射线圈导通控制电路与高频电源相连；谐振发射线圈和谐振接收线圈均为独立的谐振回路，无直接的物理连接。谐振接收线圈和信号接收与处理电路相连。
所述高频电源输出频率介于100kHz-4MHz之间的高频信号，发射谐振线圈产生正弦交变电流，从而在周围空间激发高频电磁场。高频电源的频率和谐振发射线圈、谐振接收线圈的谐振频率相同。
所述测井线圈系包括两个谐振发射线圈和一个谐振接收线圈。第一谐振发射线圈和第二谐振发射线圈之间的距离称为发射线圈距。谐振接收线圈和两个谐振发射线圈中心的距离为源距。
所述线圈导通控制电路控制第一谐振发射线圈和第二谐振发射线圈与高频电源的导通与关断状态。测井过程中，测井仪器在地层中以一定的步长移动，在同一个测量点，高频电源在一定的时间间隔内依次与第一谐振发射线圈和第二谐振发射线圈导通连接。
所述第一谐振发射线圈、第二谐振发射线圈和谐振接收线圈均由多匝线圈连接匹配电容组成。多匝线圈电感和匹配电容满足其中，f为谐振频率，L线圈电感，C为线圈匹配电容。
所述信号接收与处理电路与谐振接收线圈连接，获取完整的接收线圈电压信号，实现相位和幅度衰减的测量。
本发明可应用于长源距电磁波电阻率测井。电法测井的有用信号是地层涡流产生的二次磁场在接收线圈产生的感应信号。本发明通过发射线圈的谐振作用，增加发射线圈周围的感应磁场强度，增大地层涡流，从而增大二次磁场的强度，接收线圈谐振使接收线圈两端感应电压信号增强。在相同的接收电压幅度下可以增大源距，增加测井仪器的探测深度。另一方面，在不改变源距的情况下，可以提高接收线圈的电压幅度，降低对信号接收和处理电路的要求，减少信号重复采集的次数，缩短时间，提高测井工作的效率。
附图说明
图1本发明电磁波电阻率测井线圈系示意图；
图2电磁波电阻率测井系统组成结构示意图；
图3谐振发射线圈和谐振接收线圈示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明电磁波电阻率测井线圈系包括第一谐振发射线圈T1、第二谐振发射线圈T2和谐振接收线圈R。谐振发射线圈和谐振接收线圈均为独立回路，无直接的物理连接。谐振接收线圈R和两个谐振发射线圈中心之间的距离为源距，第一谐振发射线圈T1和第二谐振发射线圈T2之间的距离为发射线圈距。
本发明电磁波电阻率测井线圈系的谐振发射线圈和谐振接收线圈与外部连接电路如图2所示。测井线圈系谐振发射线圈与线圈导通控制电路相连，线圈导通控制电路与高频电源相连；谐振接收线圈和信号接收与处理电路相连。
所述高频电源输出频率介于100kHz-4MHz之间的高频信号，发射谐振线圈产生正弦交变电流，从而在周围空间激发高频电磁场。激励源频率不同，线圈系的探测深度不同。
所述线圈导通控制电路控制高频电源在一定的时间间隔内依次与第一谐振发射线圈和第二谐振发射线圈导通连接。在同一测量点，首先导通第一谐振发射线圈T1，关断第二谐振发射线圈T2，测量接收谐振线圈电压幅度和相位；然后保持线圈系位置不变，关断第一谐振发射线圈T1，导通第二谐振发射线圈T2，测量同一接收谐振线圈电压的幅度和相位信号；由于两次测量谐振接收线圈为同一回路，且时间间隔很短，电路参数和周围环境的变化可以忽略不计。
所述谐振发射线圈和谐振接收线圈回路均由多匝线圈连接匹配电容组成，如图3所示。第一谐振发射线圈的多匝线圈电感和匹配电容满足其中，f为谐振频率，Lt1为第一谐振发射线圈电感，Ct1第为一谐振发射线圈匹配电容。第二谐振发射线圈的多匝线圈和匹配电容满足其中，Lt2为第二谐振发射线圈电感，Ct2为第二谐振发射线圈匹配电容。谐振接收线圈的多匝线圈电感和匹配电容满足其中，Lr为谐振接收线圈电感，Cr为谐振接收线圈匹配电容。通过改变第一谐振发射线圈匹配电容Ct1的容值来改变第一谐振发射线圈T1的谐振频率，改变第二谐振发射线圈匹配电容Ct2的容值来改变第二谐振发射线圈T2的谐振频率，改变谐振接收线圈匹配电容Cr的容值来改变谐振接收线圈R的谐振频率。
所述信号接收与处理电路与谐振接收线圈连接，获取完整的电压幅度和相位信号，并计算同一测量点两次测量结果的相位差和幅度比。
Claims (4)
1.一种电磁波电阻率测井线圈系，其特征在于：所述的电磁波电阻率测井线圈系包括第一谐振发射线圈(T1)、第二谐振发射线圈(T2)和谐振接收线圈(R)；第一谐振发射线圈(T1)和第二谐振发射线圈(T2)通过发射线圈导通控制电路与高频电源相连；第一谐振发射线圈(T1)、第二谐振发射线圈(T2)和谐振接收线圈(R)无物理连接；谐振接收线圈(R)和信号接收与处理电路相连。
2.根据权利要求1所述的电磁波电阻率测井线圈系，其特征在于：在同一个地层测量点，所述的第一谐振发射线圈(T1)和第二谐振发射线圈(T2)在一定的时间间隔内依次与高频电源导通连接；在同一测量点，首先导通第一谐振发射线圈T1，关断第二谐振发射线圈T2，测量接收谐振线圈电压幅度和相位；然后保持线圈系位置不变，关断第一谐振发射线圈T1，导通第二谐振发射线圈T2，测量同一接收谐振线圈电压的幅度和相位信号。
3.根据权利要求1所述的电磁波电阻率测井线圈系，其特征在于：谐振接收线圈(R)由多匝线圈连接匹配电容组成，多匝线圈电感和匹配电容满足其中，f为谐振频率，Lr为谐振接收线圈电感，Cr为谐振接收线圈匹配电容。
4.根据权利要求1所述的电磁波电阻率测井线圈系，其特征在于：所述的第一谐振发射线圈(T1)的谐振频率、第二谐振发射线圈(T2)的谐振频率、谐振接收线圈(R)的谐振频率和高频电源的频率相同；通过改变第一谐振发射线圈匹配电容(Ct1)的容值改变第一谐振发射线圈(T1)的谐振频率，改变第二谐振发射线圈匹配电容(Ct2)的容值改变第二谐振发射线圈(T2)的谐振频率，改变谐振接收线圈匹配电容(Cr)的容值改变谐振接收线圈(R)的谐振频率。
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