CN105986818A - 双侧向测井仪 - Google Patents

Abstract

本发明的双侧向测井仪包括控制模块（10）、发射输出模块（20）、采集测量模块（30）和由多个电极构成的电极系，其中，控制模块（10）产生发射信号提供给所述发射输出模块(20)，并对从采集测量模块（30）输入的各种信号进行处理；发射输出模块（20）利用由控制模块（10）产生的发射信号，产生不同频率的信号，分别施加在所述电极系的相应电极上；采集测量模块（30）采集被施加在所述电极系上的不同频率的信号、不同电位的电位差信号及电流信号，输入到控制模块（10）；所述电极系中的多个电极镶嵌在一个绝缘棒上，对称地排列。通过采用该结构，可同时测量普通分辨率和高分辨率的深浅侧向电阻率曲线，满足对厚油层和薄油层勘探开发的需求。

Description

双侧向测井仪

技术领域

本发明涉及双侧向测井仪，特别涉及用于石油地质勘探的、能够同时测量普通分辨率和高分辨率这两种分辨率的深浅侧向电阻率曲线的双侧向测井仪。

背景技术

传统的双侧向测井仪通常是一种在裸眼的油井中测量井筒周围的地层电阻率的测井仪器，能够同时测量普通分辨率的深、浅两条电阻率曲线。

传统的双侧向测井仪的测量原理如下：

当深侧向屏流电路通过电极系的电极A2和电极B在井筒内建立一个交流电场后，在电极M1和电极M2上产生电位差△VM信号，△VM信号经带通滤波和放大电路放大后，输出到电极A0和电极B上，使得△VM信号变小并趋于零，即，使电极M1和电极M2电位近似相等。当电极M1和电极M2电位近似相等时，电极M1和电极M2 上不再有电流流过，双侧向测井仪处于聚焦状态。此时，电极A0输出的电流便沿着垂直于井轴的方向流入到底层，通过测量电极A0上的电压和电流便可得到地层电阻率。当带通滤波和放大电路调节△VM信号使之趋于零，双侧向测井仪处于聚焦状态时，△VM信号非常小，只有几个微伏级，这就要求放大电路的增益非常高（一般需要几百万倍），并且要求电极A0至电极B的主流信号与电极A2至电极B所输出的屏流信号的相位必须一致，否则双侧向测井仪将不能正常工作。由此可以看出，传统双侧向测井仪存在如下问题：

传统的双侧向测井仪依靠硬件电路的闭环反馈来实现仪器的聚焦，故要求其闭环反馈电路的增益非常高，并且其输出信号的相位必须与输入信号的相位保持一致，这种要求导致仪器的电路调试和维修非常困难。而且，双侧向测井仪一般在深度为几千米、环境温度为125℃-190℃的油井下工作，在这种恶劣的环境下，闭环反馈电路的相移很难保证不变化，从而导致聚焦效果不好，使得双侧向测井仪的测量精度变差。另外，双侧向测井仪对地层的纵向分辨率较低，无法满足当前对薄油层勘探开发的要求。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种双侧向测井仪，能够同时测量普通分辨率和高分辨率两种分辨率的深浅侧向电阻率曲线，可同时满足对厚油层和薄油层勘探开发的需求。

为了解决上述问题，本发明的双侧向测井仪包括控制模块（10）、发射输出模块（20）、采集测量模块（30）和由多个电极构成的电极系，其中所述控制模块（10）产生发射信号提供给所述发射输出模块（20），并对从所述采集测量模块（30）输入的各种信号进行处理；所述发射输出模块（20）利用由所述控制模块（10）产生的发射信号，产生不同频率的信号，分别施加在所述电极系的相应电极上；所述采集测量模块（30）采集被施加在所述电极系上的不同频率的信号、不同电位的电位差信号及电流信号，输入到所述控制模块（10）；所述电极系中的多个电极镶嵌在一个绝缘棒上，对称地排列。

在上述双侧向测井仪中，所述控制模块（10）产生的发射信号是不超过880HZ的低频信号。

另外，在上述双侧向测井仪中，所述发射输出模块（20）包括斩波和放大输出电路（21），该斩波和放大输出电路（21）通过对由所述控制模块（10）产生的发射信号进行斩波、低通滤波以及放大，产生不同频率的信号。

在上述双侧向测井仪中，通过包含于所述控制模块（10）中的三个数模转换电路分别输出三路直流分量后，通过发射输出模块（20）切换出三种不同频率的方波，经过低通滤波处理后生成三种正弦波，将这三种正弦波分别称作模式1信号、模式2信号和模式3信号，通过组合各模式信号合成标准深侧向和标准浅侧向。

另外，在上述双侧向测井仪中，所述模式1信号的频率为35Hz，所述模式2信号的频率为288Hz，所述模式3信号的频率为162Hz。

再者，在上述双侧向测井仪中，所述电极系包括作为作为回路电极的电极B、作为主电极的电极A0、作为屏蔽电极的电极A1、A2、作为监督电极的电极M0、M1、M2，以及电极A1*和电极A0*。

通过采用上述结构，提高了双侧向测井仪对地层的纵向分辨率，能够同时测量普通分辨率和高分辨率两种分辨率的深浅侧向电阻率曲线，可同时满足对厚油层和薄油层勘探开发的需求。

附图说明

图1是本发明的双侧向测井仪的示意性方框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的双侧向测井仪进行说明。

图1是本发明的双侧向测井仪的示意性方框图。

如图1所示，本发明的双侧向测井仪100用于在油井中测量井筒周围地层的电阻率，其包括控制模块10、发射输出模块20、采集测量模块30和由若干个电极构成的电极系。其中，发射输出模块20包括斩波和放大输出电路21，采集测量模块30包括带通滤波和放大电路31。

具体地，控制模块10产生发射信号，例如产生频率分别为35HZ、162HZ、288HZ的发射信号，并将所产生的发射信号提供给发射输出模块20。而且，控制模块10对从采集测量模块30所输入的各种信号进行处理，例如对该各种信号进行计算等，然后将处理后的信号传送给地面系统。

发射输出模块20对从控制模块10输入的发射信号实施处理。例如，通过包含于发射输出模块20内的斩波和放大输出电路21对所输入的信号进行斩波和放大处理，由此产生不同频率的发射信号，并借助电极系施加在井筒和地层中，从而建立由不同频率的发射信号叠加而形成的电场。

采集测量模块30采集被施加在电极系上的不同频率的信号、不同电位的电位差信号以及电流信号等信号，并将所采集到的信号经由带通滤波和放大电路31进行滤波和放大后输入到控制模块10。

电极系由镶嵌在一个绝缘棒上的对称排列的多个电极构成，在本发明中具有9个电极，其包括作为作为回路电极的电极B、作为主电极的电极A0、作为屏蔽电极的电极A1、A2、作为监督电极的电极M0、M1、M2，以及电极A1*和电极A0*。

再者，在本实施例中，控制模块10具有2个模数转换电路AD1、AD2和3个数模转换电路DA1、DA2、DA3。其中，2个模数转换电路AD1、AD2对输入到控制模块10中的信号进行模数转换。控制模块10通过控制3个数模转换电路DA1、DA2、DA3分别输出3种直流分量，然后经由发射输出模块20中的斩波和放大输出电路21通过开关切换出三种不同频率的方波，经过低通滤波后变成三种正弦波。将这三种正弦波分别称作模式1信号、模式2信号和模式3信号。

这些模式1信号、模式2信号和模式3信号的频率必须在低频范围内，不超过800HZ。

以下，举例来说明各信号的频率和被施加这些信号的电极。

模式1信号的频率为35HZ，提供给电极A2、电极A1。

模式2信号的频率为288HZ，提供给电极A1。

模式3信号的频率162HZ，提供给电极A0。

模式1信号和模式3信号合成标准深侧向，换言之，利用模式1信号和模式3信号，测量出普通分辨率和高分辨率两种分辨率的深侧向电阻率曲线。

模式2信号和模式3信号合成浅侧向，换言之，利用模式2信号和模式3信号，测量出普通分辨率和高分辨率两种分辨率的浅侧向电阻率曲线。

以下，说明普通分辨率和高分辨率的深侧向电路的测量原理。

提供给电极系的35HZ的模式1信号和162HZ的模式3信号，在井筒周围建立一个交流电场，相应的在电极A2和电极A1之间产生了电位差△U。然后经过求差运算后，通过带通滤波和放大电路31，分解出频率△U3和△U1并发送到控制模块10。

如果信号△U3=0并且△U1=0，则向控制模块10输入从采集测量模块30经由带通滤波和放大电路31所采集到的电位差信号和电流信号VOM162、VOM35、VM162、VM35、IOMAIN等，然后按照以下的式1进行计算，由此测量出普通分辨率的深侧向电阻率曲线。然后，按照以下的式2进行计算，测量出高分辨率的深侧向电阻率曲线。

HLLD=KD (VOM162₀-(VOM35₀ VM162₀)/VM35₀)/IOMAIN₀

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……式1（普通分辨率深侧向电阻率曲线）

其中，HLLD表示普通分辨率深侧向电阻率，KD表示普通分辨率的深侧向仪器系数，VOM162表示162HZ频率的M1、M2电极上的电压差，VOM35表示35HZ频率的M1、M2电极上的电压差，VM162表示162HZ频率的M0电极上的电压差，VM35表示35HZ频率的M0电极上的电压差，IOMAIN表示以162HZ频率发射的电流。

HHLLD=KDH(VOH162₀-(VOH35₀ VH162₀)/VH35₀)/IOMAIN₀

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……式2（高分辨率深侧向电阻率曲线）

其中，HHLLD表示高分辨率深侧向电阻率，KDH表示高分辨率的深侧向仪器系数，VOH162表示162HZ频率的M1、M2电极上的电压差，VOH35表示35HZ频率的M1、M2电极上的电压差，VH162表示162HZ频率的M0电极上的电压差，VH35表示35HZ频率的M0电极上的电压差，IOMAIN表示以162HZ频率发射的电流。

以下，继续说明普通分辨率和高分辨率的浅侧向电路的测量原理。

提供给电极系的288HZ的模式2信号和162HZ的模式3信号，在井筒周围建立一个交流电场，相应的在电极A2 和电极A1之间产生了电位差△U。然后，经过求差运算后经过带通滤波和放大电路31，分解出频率△U2和△U1并发送到控制模块10。

如果信号△U2>0并且△U1=0，则向控制模块10输入从采集测量模块30经由带通滤波和放大电路31采集到的电位差信号和电流信号VOM162、VOM288、VM162、VM288、IOMAIN，然后按照以下的式3进行计算，测量出普通分辨率的浅侧向电阻率曲线。之后，按照以下的式4进行计算，测量出高分辨率的浅侧向电阻率曲线。

HLLS=KS(VOM162₀-(VOM288₀ VM162₀)/VM288₀)/IOMAIN₀

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……式3（普通分辨率浅侧向）

其中，HLLS表示普通分辨率浅侧向电阻率，KS表示普通分辨率的浅侧向仪器系数，VOM162表示162HZ频率的M1、M2电极上的电压差，VOM288表示288HZ频率的M1、M2电极上的电压差，VM162表示162HZ频率的M0电极上的电压差，VM288表示288HZ频率的M0电极上的电压差，IOMAIN表示以162HZ频率发射的电流。

HHLLS=KSH(VOH162₀-(VOH288₀ VH162₀)/VH288₀)/IOMAIN₀

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……式4（高分辨率浅侧向）

其中，HHLLS表示高分辨率浅侧向电阻率，KSH表示高分辨率的浅侧向仪器系数，VOH162表示162HZ频率的M1、M2电极上的电压差，VOH288表示288HZ频率的M1、M2电极上的电压差，VH162表示162HZ频率的M0电极上的电压差，VH288表示288HZ频率的M0电极上的电压差，IOMAIN表示以162HZ频率发射的电流。

以上，参照附图对本发明的双侧向测井仪的结构及其测量原理进行了说明。但本发明不限于此，图1仅为示意性的方框图，本领域的技术人员当然可以根据需要对其进行变形和简单替换。

本发明的双侧向测井仪能够在油井中测量井筒的周围地层电阻率，能够提高测量范围和测量精度，而且其采集测量模块变得简单，可靠和稳定，便于维修和调试。

本发明的双侧向测井仪具有传统的双侧向测井仪的分辨率和高分辨率这两种纵向分辨率，可以同时测量普通分辨率和高分辨率两种分辨率的深浅侧向电阻率曲线，同时满足对厚油层和薄油层勘探开发的需求。其中，普通分辨率的深浅侧向的探测特性与传统分辨率的相同，高分辨率的深浅侧向的分辨率要高于普通分辨率的探测特性。

另外，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种双侧向测井仪，包括控制模块（10）、发射输出模块（20）、采集测量模块（30）和由多个电极构成的电极系，其特征在于：

所述控制模块（10）产生发射信号提供给所述发射输出模块（20），并对从所述采集测量模块（30）输入的各种信号进行处理；

所述发射输出模块（20）利用由所述控制模块（10）产生的发射信号，产生不同频率的信号，分别施加在所述电极系的相应电极上；

所述采集测量模块（30）采集被施加在所述电极系上的不同频率的信号、不同电位的电位差信号及电流信号，输入到所述控制模块（10）；

所述电极系中的多个电极镶嵌在一个绝缘棒上，对称地排列。

2.如权利要求1所述的双侧向测井仪，其中，

所述控制模块（10）产生的发射信号是不超过880HZ的低频信号。

3.如权利要求1所述的双侧向测井仪，其中，

所述发射输出模块（20）包括斩波和放大输出电路（21），该斩波和放大输出电路（21）通过对由所述控制模块（10）产生的发射信号进行斩波、低通滤波以及放大，产生不同频率的信号。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的双侧向测井仪，其中，

通过包含于所述控制模块（10）中的三个数模转换电路分别输出三路直流分量后，通过发射输出模块（20）切换出三种不同频率的方波，经过低通滤波处理后生成三种正弦波，将这三种正弦波分别称作模式1信号、模式2信号和模式3信号，通过组合各模式信号合成标准深侧向和标准浅侧向。

5.如权利要求4所述的双侧向测井仪，其中

所述模式1信号的频率为35Hz，所述模式2信号的频率为288Hz，所述模式3信号的频率为162Hz。

6.如权利要求1～3中任意一项所述的双侧向测井仪，其中，

所述电极系包括作为作为回路电极的电极B、作为主电极的电极A0、作为屏蔽电极的电极A1、A2、作为监督电极的电极M0、M1、M2，以及电极A1*和电极A0*。