CN107725045B - 一种多极极化率组合测井仪及其测井方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多极极化率组合测井仪及其测井方法，包括双向遥传短节、恒流源短节、测量短节、多极极化率电极系和流体电阻率电极系，极化率测量电极均采用不易极化的可逆电极。本发明设计了非平衡动态滤波电路和宽动态范围高精度小信号测量电路及其测井方法，可同时测量不同探测深度的地层极化率全波信息、极化率衰减常数、地层电阻率及自然电位和井中流体电阻率等信息，可将有限供电时间的极化率推算出无限供电时间的稳态场的极化率值，利用稳态场的极化率和自然电位联立求解地层水电阻率和阳离子交换量，利用极化率衰减常数求解地层渗透率，可为复杂低阻油层评价和水淹层评价提供有效的依据，也可用于金属勘测和煤层煤质级别划分。

Description

一种多极极化率组合测井仪及其测井方法

技术领域

本发明属于石油、地质勘探勘测技术领域，涉及一种高温高压井中多电极测量系统，具体是一种多极极化率组合测井仪及其测井方法，特别是可以在裸眼井中同时测量不同探测深度的地层极化率全波信息、地层电阻率及自然电位和井中流体电阻率的组合测井仪及数据处理方法。

背景技术

当可渗透性的地层中所含水的矿化度与井中泥浆滤液的矿化度不相等时，便会产生离子扩散现象。在扩散的同时，如果地层中含有粘土，粘土颗粒的阴离子吸附性使溶液中的离子分布不均衡，由此形成扩散-吸附电动势，此电动势反过来又阻止迁移率大的离子作进一步的积累，即阻止电动势继续增大，从而达到一种动态平衡状态。这时在井中测得的电位即为自然电位，它与地层阳离子交换量、地层水电阻率和泥浆滤液电阻率有关。

各种岩矿石，按其对电流的传导性质可分为电子导体和离子导体两大类：自然界中大多数金属硫化物(如黄铜矿、黄铁矿等)、某些氧化物(如赤铁矿、磁铁矿等)以及自然元素和高炭化的煤等都属于电子导体；大多数砂泥岩油、水层，其造岩矿物(如长石、石英、云母等)的电阻率都很高，近于绝缘体，所以通常不含金属矿物的岩石是靠其孔隙中的溶液和粘土矿物传导电流的，属离子导体。粘土矿物的影响表现在两个方面：粘土的几何形态可能会影响电流的传导特性；粘土矿物通过离子交换作用具有传导电流的能力。

激发极化现象是离子导电矿物的一种特征，主要表现为偶电层形变和局部浓度变化。其中局部浓度变化起主要作用。偶电层形变和浓差极化电位的大小主要取决于：(1)岩石孔隙中的溶液的电导率Cw；(2)粘土的阳离子交换量Qv；(3)外加电场的大小。

从电路上来看，在一恒定的外电场作用下，砂泥岩地层产生偶电层形变和局部浓度变化，形成极化场，当供电时间T→∞时，总场电位达到稳态值(即饱和渐近值)Up。外电场断去后，由于离子的扩散作用，离子浓度梯度将逐渐消失，即极化电位(二次电位)随时间逐渐衰减，恢复到原来的状态——也即自然电位状态。

由于极化率和自然电位均与地层阳离子交换量和地层水电阻率有关，而地层阳离子交换量和地层水电阻率又是评价储层含油饱和度的重要参数，因而十分重要。因此，不同深度的地层极化率全波信息、地层电阻率及自然电位和井中流体电阻率的准确测量，是市场急需的。

实际测井中，现场要求测井时间要尽量的短，因而激发极化测井供电时间不可能足够长使极化场达到稳态场，常常得到的是有限供电时间的地层极化率值，但油田解释工程师更希望得到稳态场的极化率值，因而将有限供电时间的极化率推算出无限供电时间的稳态场的极化率值是亟待解决的难题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是为地层极化率、自然电位和流体电阻率的测量提供一种多极极化率组合测井仪及其测井方法；本发明可在裸眼井中同时测量不同探测深度的地层极化率全波信息、地层电阻率及自然电位和井中流体电阻率，可将有限供电时间的极化率推算出无限供电时间的稳态场的极化率值。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多极极化率组合测井仪，包括从上至下依次连接的双向遥传短节、恒流源短节、测量短节、多极极化率电极系和流体电阻率电极系，多极极化率电极系和流体电阻率电极系之间设置有液压平衡阀，流体电阻率电极系的末端连接有堵头；

所述流体电阻率电极系包括设置在绝缘套底部开口内的绝缘座，以及设置在绝缘座内相互之间绝缘分隔且从内到外依次排布的流体供电电极Af、测量电极Mf、测量电极Nf、流体供电电极Bf，堵头开设有与绝缘套底部开口连通的孔道，用于使井中流体与上述电极相通；

所述多极极化率电极系包括绝缘棒以及开设在绝缘棒上用于容纳测量电极M1～Mn的槽口，n为大于等于2的正整数，测量电极M1～Mn均为不易极化的可逆电极，供电电极A镶嵌于绝缘棒上，供电电极B设置在加长电极上。

双向遥传短节依次通过加长电极和电缆连接至地面数控系统，双向遥传短节用于将地面数控系统的控制命令和测井命令传送到井下测量控制电路，并将井下的测井数据传送到地面数控系统。

流体供电电极Af、流体供电电极Bf和测量电极Mf、测量电极Nf均为铅电极。

地面测量电极N为可逆电极，放置于地面的泥浆池中或者距离井眼20米以上远处的土质水坑中；在地面测量电极N附近放一铅电极D，铅电极D与电缆外皮和测量电路的地相连。

测量短节包括电流正、反向转换电路、非平衡动态滤波电路、宽动态范围高精度测量放大滤波电路、通断控制电路、通道切换电路及A/D采集、DAC、FPGA及控制电路、DSP及CAN驱动电路；

极化率测量电极M1～Mn上的信号分别通过非平衡动态滤波电路和通断控制电路送到对应的宽动态范围高精度测量放大滤波电路1～n的输入端，宽动态范围高精度测量放大滤波电路1～n的放大倍数分别为K1＜K2＜...＜Kn，宽动态范围高精度测量放大滤波电路的输出端通过通道切换电路与其后的A/D采集相连；

流体电阻率测量电极Mf和Nf上的信号通过通断控制电路送到宽动态范围高精度测量放大滤波电路f的输入端，温度信号通过通断控制电路送到温度测量电路的输入端；

DAC连接在FPGA及控制电路的输出端，DAC的输出端输出自然电位补偿值和刻度值，刻度值通过通断控制电路连接至每个宽动态范围高精度测量放大滤波电路进行刻度，自然电位补偿值连接至每个宽动态范围高精度测量放大滤波电路的输入端进行补偿。

非平衡动态滤波电路包括放大器A1和放大器A2，放大器A1的输出端依次串联通过电阻R3和电阻R4连接至放大器A2的正相输入端，放大器A2的正相输入端通过电容C4接地，放大器A2的反相输入端通过电容C3接入电阻R3和电阻R4之间，放大器A2的输出端作为非平衡动态滤波电路的输出端；放大器A1的正相输入端通过电容C2接地，并通过电阻R2连接至电阻R1的一端，放大器A1的反相输入端通过电容C1连接至电阻R1和电阻R2之间，电阻R1的另一端作为非平衡动态滤波电路的输入端。

宽动态范围高精度测量放大滤波电路包括差分放大电路，差分放大电路包括放大器Ad1～Ad4，其中，放大器Ad1的正相输入端分别通过电阻Rd2和电阻Rd3以及电容Cd1和电容Cd2连接至放大器Ad2的正相输入端，地信号分别连接在电阻Rd2和电阻Rd3之间以及电容Cd1和电容Cd2之间，放大器Ad1的反相输入端通过电阻Rd5连接至其输出端，放大器Ad2的反相输入端通过电阻Rd6连接至其输出端，放大器Ad1的反相输入端通过电阻Rx1与放大器Ad2的反相输入端连接，放大器Ad1的正相输入端还连接有电阻Rd1的一端，电阻Rd1另一端作为输入端Li，放大器Ad2的正相输入端连接至电阻Rd4一端，电阻Rd4另一端作为输入端Pi；

放大器Ad1的输出端通过电阻Rd7和Rd9连接至放大器Ad3的输出端，放大器Ad3的正相输入端连接在电阻Rd7和Rd9之间，反相输入端通过电阻Rd8连接至放大器Ad2的输出端，并通过电阻Rd10接地；

放大器Ad3的输出端通过电阻Rd11、Rd12和Rd13连接至放大器Ad4的正相输入端，地信号分别通过电容Cd3和电容Cd5连接至电阻Rd11和Rd12之间以及放大器Ad4的正相输入端，放大器Ad4的反相输入端通过电容Cd4连接至电阻Rd12和Rd13之间，并连接至其输出端，放大器Ad4的输出端作为宽动态范围高精度测量放大滤波电路输出端。

本发明测井仪的测井方法，包括以下步骤：

1)电位测量，包括一次电位测量和二次电位测量，其中：

一次电位测量：先采集最小放大倍数的K₁通道的输出值V_o1，对V_o1进行平行比较判断，判断条件和相应的处理方法为：

当V_o1＞9.9V时 (1)

则提示溢出，应降低供电电流；

当

时 (2)

则V_o1为最高信噪比有效信号；

当

时 (3)

则采集第二道V_o2，V_o2为最高信噪比有效信号；

即当

时 (4)

则采集第m道V_om，V_om为最高信噪比有效信号；

二次电位测量方法与一次电位测量相同，比较的门槛值设置为9.9V，将二次电位测量采集到的最佳信噪比的有效信号值经A/D数字转换后传送给FPGA。

FPGA的输出端与DSP相连，将ADC采样的信息传送给DSP，DSP将最高信噪比有效信号传送给双向遥传短节，双向遥传短节再将数据发送到地面数控系统进行采集和处理，地面的控制命令和井下的测井数据为双向传输，地面数控系统运行测井程序并执行整个测井操作，最后进行数据处理并将有限供电时间的极化率推算出无限供电时间的稳态场的极化率值。

整个测井操作步骤如下：

1)将仪器下到井口，运行自动控制测井程序，观察深度、速度和缆头电压信息显示是否正常，对井下仪器发送控制命令，检查地面和井下仪器之间的双向通讯是否正常，输入油田、井号及井深井况参数，进行校深后下放仪器；

2)选择自然电位和流体电阻率测井或者选择多极极化率测井，设置自动控制测井参数，当选择多极极化率测井时，还要输入仪器电路的零偏值和自然电位补偿值；自然电位补偿值包括两种方式，一种是固定输入当前地层的自然电位值，另一种是利用上一个测井周期的正、反向二次电位测量值计算处理所得的自然电位值作为下一个周期的自然电位补偿值；

3)开始测井，先测重复段，再测要求的标准段；当测井资料不合格，则分析原因，如果是仪器问题，则更换仪器重测，如果资料合格则结束测井，保存数据；

4)测井资料处理，测井可获得地层视电阻率、不同探测深度的全波激发极化电位、地层极化率整条衰减曲线、极化率衰减常数、自然电位和井中流体电阻率；对极化率衰减曲线进行快速傅立叶变换得到地层频率域的极化场信息，利用稳态场的极化率和自然电位联立求解地层水电阻率和阳离子交换量，利用极化率衰减常数求解地层渗透率。

恒流源短节输出两组波动极小的恒定电流，其中一组用于极化率测井，另一组用于流体电阻率测井。

由于地面N电极要引至井下，其线上所带的干扰有时甚至达到1伏以上，而M电极在井下，其连线较短，所引入的干扰比N电极要小得多。因而在测量短节中，设计一非平衡动态滤波电路，M电极和N电极在接入测量电路的输入端前各自通过不同滤波截止频率的低通滤波器。对测量系统进行井下实时刻度，极大减小井下电路的器件高温漂移误差。在N电极端进行自然电位实时补偿，以使极化电位小信号能通过后面较大放大倍数的运放通道，提高信噪比。测量电路采用宽动态范围高精度小信号测量技术，每对电极的测量信号都有不同放大倍数的n个差分放大滤波电路同时测量。其放大倍数分别为K₁＜K₂＜......Kn。每对电极通过通断控制电路控制其与差分放大滤波电路的输入端相连。差分放大滤波电路的输出端，则通过通道切换电路与其后的ADC相连。一次电位测量时，先采集最小放大倍数的K₁通道的输出值V_o1，对V_o1进行平行比较判断，判断条件和相应的处理方法为：

若

则采集第m道V_om，V_om为最高信噪比有效信号；

二次电位测量方法与一次电位测量相同，因有的器件饱和门槛值为9.96V左右，所以比较的门槛值采用9.9V，将采集到的最佳信噪比的有效信号值经A/D数字转换后传送给FPGA。

FPGA的输出端与DSP相连，将ADC采样的信息传送给DSP，DSP将最高信噪比有效信号传送给双向遥传短节，双向遥传短节再将数据发送到地面数控系统进行采集和处理，地面的控制命令和井下的测井数据为双向传输，地面数控系统运行测井程序并执行整个测井操作，最后进行数据处理并将有限供电时间的极化率推算出无限供电时间的稳态场的极化率值。

恒流源短节用于输出两组波动极小的恒定电流，其中一组为多极极化率电极系提供电源，另一组为流体电阻率电极系提供电源，两组恒定电流均通过正、反向转换电路给供电电极输出正向和反向交替变化的恒定电流。对不同的地区采用不同的供电电流值，低阻地区的恒定电流值大于高阻地区。

双向遥传短节用于将地面数控系统的控制命令和测井命令传送到井下测量控制电路，并将井下的测井数据传送到地面数控系统，地面数控系统用于运行测井程序控制整个测井操作。

一种多极极化率组合测井仪的测井方法，包括以下步骤：

1)将地面测量电极N放置于泥浆池中，或者距离井眼20～60米处挖一土坑，倒满水，将测量电极N放入坑中也可在N电极附近，放一铅电极D，该D电极与电缆外皮和测量电路的地相连。这使得大地和仪器地相连，仪器地和N电极之间间接相关。

2)将仪器下到井口，运行自动控制测井程序，观察深度、速度和缆头电压等信息显示是否正常，对井下仪器发送控制命令，检查地面和井下仪器之间的双向通讯是否正常。输入油田、井号及井深等井况参数。进行校深后下放仪器。

3)选择“自然电位和流体电阻率测井”，或者选择“多极极化率测井”，设置自动控制测井参数。当选择“多极极化率测井”时，还要输入仪器电路的零偏值和自然电位补偿值。自然电位补偿值可选择两种方式，一种是固定输入当前地层的自然电位值。一种是利用上一个测井周期的正、反向二次电位测量值计算处理所得的自然电位值作为下一个周期的自然电位补偿值。补偿自然电位是为了能选择更高放大倍数的运放来放大极化电位，提高极化电位的信噪比。

4)运行自动控制测井程序，开始测井，先测重复段，再测要求的标准段；当测井资料不合格时，则分析原因，如果是仪器问题，则更换仪器重测；如果资料合格则结束测井，保存数据。

5)测井资料处理。测井可获得地层视电阻率、不同探测深度的全波激发极化电位、地层极化率整条衰减曲线、极化率衰减常数、自然电位和井中流体电阻率。现场解释工程师还可将极化率衰减曲线做快速傅立叶变换得到地层频率域的极化场信息，利用稳态场的极化率和自然电位可联立求解地层水电阻率和阳离子交换量。

由于油田要求现场测井时间要尽量的短，为了缩短测井时间，则供电时间不可能足够长使极化场能达到稳态场，而油田解释工程师更希望得到稳态场的极化率最大值及其衰减常数，稳态场的极化电位值同时包含地层快衰减成分和慢衰减成分，而衰减常数是与地层的岩性结构密切相关的，这就需要将测井得到的有限供电时间的极化率推算无限供电时间的稳态场极化率值。

当岩性为单指数衰减的岩性或多指数衰减且τ_max≤1000的岩性时，采用瞬时电位测量法，时间精度为毫秒级；有限供电时间极化率推算无限供电时间稳态场极化率的计算方法具体为：

对时间域激发极化测井系统，供电时间的长短将对极化场产生影响，当供电时间不足时，二次电动势未能达到饱和极限值，其幅度的大小与供电时间有关，电流激发后的总场电位为：

U(t)＝U_R+ΔU(t) (5)

当供电时间t→∞时，二次场电位达到振幅U₂，极化总场电位U_P为：

此时断电后的衰减电位按指数规律变化，曲线为

式中τ_i为衰减常数，如果所研究的无源系统是线性的，且不考虑电动效应影响，则充电时的ΔU(t)曲线变化与供电时间t→∞时的U₂(t)衰减曲线是对应一致的，ΔU(t)可写为：

当供电时间t＝T时，

由于衰减常数τ_i是仅与岩性结构有关的暂态过程持续时间长短的特征量，因而τ_i与供电时间无关，它只决定充、放电过程的快慢；但充电时所达到的二次电位振幅A与供电时间有关；

当测井时采用的供电时间为T，则通过采集U_2T(t)，用最小二乘法拟合或其它函数逼近法求出有限供电时间的二次电位振幅A和衰减常数τ_i，即可求得供电时间t→∞时的U₂；

无限供电时间的二次电位衰减曲线为：

无限供电时间的极化率衰减曲线为：

当岩石的极化特性表现为多指数衰减且为τ_max≥1000的岩性时，拟合有限供电时间的二次电位反推无限供电时间的二次电位曲线方法为：

利用对数拟合有限供电时间的二次电位衰减曲线直线段数据，推算无限供电时间的二次电位直线段曲线，再利用有限供电时间衰减曲线的尾部数据形态与无限供电时间的二次电位衰减曲线的尾部数据形态相近的特点，推算的无限供电时间的二次电位尾部衰减曲线，具体步骤如下：

U₂(t₁+mt)＝U_2T(t₂+t)，m＝100(一般情况) (20)

式中K₂₁为二次电位衰减曲线直线段区间(1≤t≤t₁)的斜率，D为依据地区实验数据拟合所得的参考值，如果所研究的无源系统是线性的，且不考虑电动效应影响，则充电时的ΔU(t)曲线变化与供电时间t→∞时的U₂(t)衰减曲线是对应一致的，ΔU(t)可写为：

ΔU(t)＝K₂₁Ln(t) (21)

U(t)＝U_R+K₂₁Ln(t) (22)

当供电时间t＝T时，

U_T＝U_R+K₂₁LnT (23)

ΔU_T＝K₂₁LnT＝A (24)

U_2T(t)＝A-K₃₁Ln(t) (25)

式中K₃₁为有限供电时间的二次电位衰减曲线直线段的斜率。发明中设计为，取对数坐标的前期线性段来拟合不同充电时间的二次电位(或极化率)衰减曲线，利用有限供电时间的二次电位(或极化率)振幅和斜率来推算无限供电时间的二次电位(或极化率)振幅和斜率。而如果取整个时间轴的值来拟合则并不合适。

我们可由测量得到的有限供电时间的二次电位振幅A，由公式(22)推算出无限供电时间的二次电位衰减曲线的斜率K₂₁，

另外，也可通过岩心实验，拟合得出K₂₁和K₃₁之间的关系。测试某油田一批岩心的极化率，得到供电3分钟的二次电位衰减曲线的斜率K₂(充电接近饱和，即接近无限供电时间的饱和值)和供电350毫秒的二次电位衰减曲线的斜率K₃₁之间的相关关系为：

K₂₁＝1.076K₃₁-0.0019 (27)

其相关系数为0.9961。

供电350毫秒的二次电位衰减曲线的振幅U_2T和其斜率K₃₁之间的相关关系为：

U_2T＝6.096K₃₁-0.4545≈5.665K₂₁≈5.7K₂₁＝Ln300×K₂₁(28)

其相关系数为0.999。

通过对几个油田的岩心测试及数据拟合分析，得到供电3分钟(充电接近饱和，即接近无限供电时间的饱和值)的二次电位衰减曲线的振幅U₂与其斜率K₂₁及供电350毫秒的二次电位衰减曲线的振幅U_2T之间的相关关系为：

某一油田：U₂＝12.062K₂₁-6.883 (29)

其相关系数为0.9829。

或者：U₂＝10.06K₂₁ ^1.054 (30)

其相关系数为0.975。

U₂＝2.221U_2T-8.0406 (31)

其相关系数为0.9754。

另一油田：U₂＝11.02K₂₁+1.002 (32)

其相关系数为0.964。

U₂＝1.956U_2T-2.022 (33)

其相关系数为0.968。

η₂＝11.25K_2n-1.696 (34)

其相关系数为0.924。

η₂＝1.861η_2T-0.058 (35)

其相关系数为0.957。

利用计算所得到的K₂₁和上述经验关系所得到的U₂，可获得无限供电时间的二次电位衰减曲线为：

也可获得无限供电时间的极化率衰减曲线为：

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果，本发明为石油、地质的勘探勘测提供了一种宽动态范围高精度的多极极化率组合测井仪及其数据处理方法，该仪器可在高温高压裸眼井中同时测量不同探测深度的地层极化率全波信息、地层电阻率及自然电位和井中流体电阻率等信息。

多极极化率电极系与电阻率电极系之间的液压平衡阀起到液压平衡的作用，以避免泥浆进入到电极座的水密插头接线孔中，流体电阻率电极系的堵头置于最底部，保护电极以免仪器下放的途中撞击突出物而损坏，中间挖空使得井中流体可与电极相通，绝缘套将电极与井壁用绝缘材料隔离开来，阻止电流向外扩散，绝缘座使电极之间自身相互绝缘，只能通过外部电路相连，流体电阻率供电电极和测量电极均为铅电极，镶嵌于绝缘套里边的绝缘座上，使电流限于绝缘套里面的流体中，该设计使流体电阻率的测量基本不受井壁的影响。

多极极化率电极系中所有测量电极均为不易极化的可逆电极，这使测量系统不引入外来的极化作用，它们置放在绝缘棒里面，在绝缘棒的测量电极位置均开有槽口，使得各测量电极可通过槽口与井中流体和地层相连。

流体电阻率电极系镶嵌于绝缘套里边的绝缘座上，以避免流体电阻率的电流发散到地层中，这可使得井中流体电阻率的测量不受地层的影响。多极极化率测量电极采用多组不易极化的可逆电极，每组测量电极离供电电极的极距不同，其探测深度也不同。自然电位测井可采用极化率测量电极系中的任意一组电极对。

进一步的，本发明的所有测量电极均采用不易极化的可逆电极，避免测量结果受不稳定电极电位的影响。

进一步的，本发明在采集电路的输入端对M电极和N电极采用了非平衡动态滤波电路，M电极和N电极在接入测量电路的输入端前各自通过不同滤波截止频率的低通滤波器，使差动运放输入端的干扰大大降低。对测量系统进行井下实时刻度，在N电极端进行自然电位实时补偿，以使极化电位小信号能通过后面较大放大倍数的运放通道，提高信噪比。

本发明的数据处理方法可将有限供电时间的极化率推算出无限供电时间的稳态场的极化率值，这可大大缩短测井中的供电和测量时间，也即缩短测井时间，提高测井效率，又能给出反映地质情况的稳态场极化率值。

进一步的，对测量系统进行井下实时刻度，极大减小井下电路的器件高温漂移误差。在N电极端进行自然电位实时补偿，以使极化电位小信号能通过后面较大放大倍数的运放通道，提高信噪比。

进一步的，测量电路采用宽动态范围高精度小信号测量技术，每对电极的测量信号都有不同放大倍数的n个差分放大滤波电路同时测量。其放大倍数分别为K₁＜K₂＜......Kn。每对电极通过通断控制电路控制其与差分放大滤波电路的输入端相连。差分放大滤波电路的输出端，则通过通道切换电路与其后的ADC相连。一次电位测量时，先采集最小放大倍数的K₁通道的输出值V_o1，对V_o1进行平行比较判断，判断条件和相应的处理方法见公式(1)-(4)。这样设计使得每个有效测量点最多只需采集两次，既拓宽了测量系统的输入信号动态范围，又节约了采集时间，且保证了测量的高精度，比之采集全部通道数据传输到地面数控进行优化处理来说，极大减少了数据传输量。

进一步的，本发明可用于石油地质勘探、金属勘测和煤层煤质级别划分，特别可用于研究石油储层的极化率和自然电位与地层水电阻率和阳离子交换量之间的关系，从而为复杂低电阻率油层评价和淡水地区的水淹层评价提供有效的依据。

目前，我国许多油田的开发都处于高含水期和特高含水期，对于高含水期储层的监测、水淹层的判别、地层水电阻率和剩余油饱和度的求取，常规测井方法仍存在很大困难，尤其是注水开发后地层水混合液电阻率很难确定。我们也看到，有的油田在常规砂泥岩储层评价中，地层水电阻率值是用的邻井的试水资料，这无疑会使解释精度受到影响。该发明则可以为油田解决此类开发生产中的问题，因而具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的流体电阻率电极系结构示意图；

图3为本发明的多极极化率电极系结构示意图；

图4为储层正、反向激发极化电位的激发和衰减过程示意图；

图5为本发明测量系统的连接关系示意图；

图6为本发明非平衡低通滤波电路图；

图7为本发明宽动态范围高精度测量放大滤波电路；

图8为本发明测井方法的流程图。

图9为某岩心的不同供电时间的二次电位衰减曲线

其中：1为堵头，2为绝缘套，3为液压平衡阀，4为绝缘座，5为流体供电电极Af，6为流体测量电极Mf，7为流体测量电极Nf，8为流体供电电极Bf，9为绝缘棒，10为供电电极A，11为测量电极M1，12为测量电极M2，13为测量电极Mn，14为供电电极B，15为加长电极，16为地面测量电极N，17为接地电极D。

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。

本发明的原理：

1.井中流体电阻率电极系

图1为本发明整体结构示意图。包含7个部分：流体电阻率电极系、多极极化率电极系、测量短节、恒流源短节、双向遥传短节和地面数控系统。

图2为本发明的流体电阻率电极系结构示意图。其中1为堵头，2为绝缘套，3为液压平衡阀，4为绝缘座，5为流体供电电极Af，6为流体测量电极Mf，7为流体测量电极Nf，8为流体供电电极Bf。

如图1和图2所示，流体电阻率电极系的堵头(1)置于最底部，保护电极以免仪器下放的途中撞击突出物而损坏，中间挖空使得井中流体与电阻率电极系的电极相通；绝缘套(2)将电极与井壁用绝缘材料隔离开来，阻止电流向外扩散，液压平衡阀(3)起到液压平衡的作用，以避免泥浆进入到电极座的水密插头接线孔中，绝缘座(4)使电极之间自身相互绝缘，只能通过外部电路相连，流体电阻率供电电极Af(5)、供电电极Bf(8)和测量电极Mf(6)、测量电极Nf(7)均为铅电极，镶嵌于绝缘套里边的绝缘座上，使电流限于绝缘套里面的流体中，该设计使流体电阻率的测量基本不受井壁的影响，流体电阻率电极系的仪器常数Kf的刻度可以放置在一个水池中进行，测井中获得的流体电阻率Rf为：

其中，R_f为流体电阻率，K_f为流体电阻率电极系的仪器常数，U_f为流体电阻率测量电极Mf(6)、测量电极Nf(7)上的电位差，I_f为流体电阻率测井时的供电电流。

2.多极极化率电极系

图3为本发明的多极极化率电极系结构示意图。多极极化率电极系包括地面测量电极N、加长电极、绝缘棒、供电电极A和B、测量电极M1、M2......Mn。其中，9为绝缘棒，10为供电电极A，11为测量电极M1，12为测量电极M2，13为测量电极Mn，14为供电电极B，15为加长电极，16为地面测量电极N，17为接地电极D。

绝缘棒(9)上开设有与电极一一对应用于容纳电极的槽口，使得各测量电极可通过槽口与井中流体和地层相连；多极极化率供电电极均为铅电极，供电电极A(10)镶嵌于绝缘棒上，供电电极B(14)置放在加长电极(15)上。多极测量电极M1(11)、测量电极M2(12)......测量电极Mn(13)、地面测量电极N(16)均为不易极化的可逆电极，这使测量系统不引入外来的极化作用。所有测量电极均置放在绝缘棒(9)里面，在绝缘棒(9)的测量电极位置均开有槽口，使得各测量电极可通过槽口与井中流体和地层相连；地面测量电极N放置于地面的泥浆池中，或者距离井眼20～60米处挖一土坑，倒满水，将测量电极N放入坑中。在地面测量电极N附近放一铅电极作为接地电极D(17)，该接地电极D(17)与测量电极N(16)处于同一泥浆池或者同一水坑里，且接地电极D(17)与电缆外皮和测量电路的地相连，这使得测量系统和供电系统的地通过D电极而间接相连，两系统处于同一个空间。

如图3所示，极化率测井电极系中，只有一组供电电极A、B，有n组不同间距的测量电极M1～Mn。测井时，一组电极供电，多组不同间距的测量电极M1～Mn同时测量，获得不同探测深度的地层信息。每个测量电极Mi(i＝1，2，......n)都与地面测量电极N组成一组测量电极对，每对测量电极和供电电极组成一组电极系，每对电极系的仪器常数Kri都要单独进行刻度，刻度可以在标准井中进行。

测井中，每对测量电极获得的地层电阻率R_ti为：

其中，R_ti为第i对测量电极获得的地层电阻率R_ti，K_ri为第i对测量电极系的仪器常数，U_Pi为供电时第i对测量电极Mi、N上的电位差，I_o为极化率测井时的激发供电电流。

3.测量短节

测量短节包括电流正、反向转换电路、非平衡动态滤波电路、宽动态范围高精度测量放大滤波电路、通断控制电路、通道切换电路及A/D采集、DAC、FPGA及控制电路、DSP及CAN驱动、双向遥传电路；本发明可在高温高压井中测量不同探测深度的地层极化率全波信息、地层电阻率及自然电位和井中流体电阻率等信息。

图4为储层正、反向激发极化电位的激发和衰减过程示意图。从电路上来看，在一恒定的外电场作用下，砂泥岩地层产生偶电层形变和局部浓度变化，形成极化场，当供电时间T→∞时，总场电位达到稳态值(即饱和渐近值)Up。外电场断去后，由于离子的扩散作用，离子浓度梯度将逐渐消失，即极化电位(二次电位)随时间逐渐衰减，恢复到原来的状态——也即自然电位状态。而测量系统则需要把整个正、反向电位的激发和衰减过程都记录下来，分时精度达到毫秒级。

图5为本发明测量系统的连接关系示意图，测量短节包括电流正、反向转换电路、非平衡动态滤波电路、宽动态范围高精度测量放大滤波电路、通断控制电路、通道切换电路及A/D采集、DAC、FPGA及控制电路、DSP及CAN驱动电路；

极化率测量电极M1～Mn上的信号分别通过非平衡动态滤波电路和通断控制电路送到对应的宽动态范围高精度测量放大滤波电路1～n的输入端，宽动态范围高精度测量放大滤波电路1～n的放大倍数分别为K1＜K2＜...＜Kn，宽动态范围高精度测量放大滤波电路的输出端，则通过通道切换电路与其后的A/D采集相连；

流体电阻率测量电极Mf和Nf上的信号通过通断控制电路送到宽动态范围高精度测量放大滤波电路f的输入端，温度信号通过通断控制电路送到温度测量电路的输入端；

DAC连接在FPGA及控制电路的输出端，DAC的输出端输出自然电位补偿值和刻度值，刻度值通过通断控制电路连接至每个宽动态范围高精度测量放大滤波电路进行刻度，自然电位补偿值连接至每个宽动态范围高精度测量放大滤波电路的输入端进行补偿。

图6为本发明非平衡低通滤波电路图，非平衡动态滤波电路包括放大器A1和放大器A2，放大器A1的输出端依次串联通过电阻R3和电阻R4连接至放大器A2的正相输入端，放大器A2的正相输入端通过电容C4接地，放大器A2的反相输入端通过电容C3接入电阻R3和电阻R4之间，放大器A2的输出端作为非平衡动态滤波电路的输出端；放大器A1的正相输入端通过电容C2接地，并通过电阻R2连接至电阻R1的一端，放大器A1的反相输入端通过电容C1连接至电阻R1和电阻R2之间，电阻R1的另一端作为非平衡动态滤波电路的输入端。

图7为本发明宽动态范围高精度测量放大滤波电路，宽动态范围高精度测量放大滤波电路包括放大器Ad1～Ad4，其中，放大器Ad1的正相输入端分别通过电阻Rd2和电阻Rd3以及电容Cd1和电容Cd2连接至放大器Ad2的正相输入端，地信号分别连接在电阻Rd2和电阻Rd3之间以及电容Cd1和电容Cd2之间，放大器Ad1的反相输入端通过电阻Rd5连接至其输出端，放大器Ad2的反相输入端通过电阻Rd6连接至其输出端，放大器Ad1的反相输入端通过电阻Rx1与放大器Ad2的反相输入端连接，放大器Ad1的正相输入端还连接有电阻Rd1的一端，电阻Rd1另一端作为输入端Li，放大器Ad2的正相输入端连接至电阻Rd4一端，电阻Rd4另一端作为输入端Pi；

放大器Ad1的输出端通过电阻Rd7和Rd9连接至放大器Ad3的输出端，放大器Ad3的正相输入端连接在电阻Rd7和Rd9之间，反相输入端通过电阻Rd8连接至放大器Ad2的输出端，并通过电阻Rd10接地；

放大器Ad3的输出端通过电阻Rd11、Rd12和Rd13连接至放大器Ad4的正相输入端，地信号分别通过电容Cd3和电容Cd5连接至电阻Rd11和Rd12之间以及放大器Ad4的正相输入端，放大器Ad4的反相输入端通过电容Cd4连接至电阻Rd12和Rd13之间，并连接至其输出端以及，放大器Ad4的输出端作为宽动态范围高精度测量放大滤波电路输出端。

由于地面N电极要引至井下，其在地面的线长有几十米以上，再通过几千米长的测井电缆连接到井下测量电路的输入端，其线上所带的干扰有时甚至达到1伏以上，而M电极在井下，其连线较短，所引入的干扰比N电极要小得多。本发明在采集电路的输入端对M电极和N电极采用了非平衡动态滤波电路，M电极和N电极在接入测量电路的输入端前各自通过不同滤波截止频率的低通滤波器。N电极在接入测量电路的输入端前通过一低通滤波器，由于地面N电极的电位为一比较稳定的参考电位，其滤波截止频率小于或等于1Hz，这样可极大的滤除高频干扰和工频干扰。M电极要反映地层的信号变化，有用信号的动态频率在1KHz的范围内，在接入测量电路的输入端前通过另一低通滤波器(建议截止频率大于1KHz，小于3KHz)或者直接接入测量电路的输入端。

测量系统进行井下实时刻度，在N电极端进行自然电位实时补偿，以使极化电位小信号能通过后面较大放大倍数的运放通道，提高信噪比。自然电位的补偿值和刻度值均由DSP和FPGA控制，通过DAC输出。每个极化率测量电极上的信号通过非平衡动态滤波电路和通断控制电路送到宽动态范围高精度测量放大滤波电路的输入端，流体电阻率测量电极上的信号通过通断控制电路送到宽动态范围高精度测量放大滤波电路的输入端，温度信号通过通断控制电路送到温度测量电路的输入端，D电极与电缆外皮和测量电路的地相连。

测量电路采用宽动态范围高精度小信号测量技术，每对电极的测量信号都有不同放大倍数的n个差分放大滤波电路同时测量。其放大倍数分别为K₁＜K₂＜......Kn。每对电极通过通断控制电路控制其与差分放大滤波电路的输入端相连。差分放大滤波电路的输出端，则通过通道切换电路与其后的ADC相连。一次电位测量时，先采集最小放大倍数的K₁通道的输出值V_o1，对V_o1进行平行比较判断，判断条件和相应的处理方法为：

则采集第m道V_om，V_om为最高信噪比有效信号；

二次电位测量时，与一次电位测量同理。因有的器件饱和门槛值为9.96V左右，所以比较的门槛值采用9.9V。将采集到的最佳信噪比的有效信号值经A/D数字转换后传送给FPGA。比之采集全部通道数据传输到地面数控进行优化处理来说，这样设计使得每个测量点最多只需采集两次，既保证了测量系统的输入信号动态范围，节约了采集时间，同时又保证了测量的高精度，比之采集全部通道数据传输到地面数控进行优化处理来说，还减少了数据传输量。

FPGA的输出端与DSP相连，将ADC采样的信息传送给DSP。DSP将最高信噪比有效信号传送给双向遥传短节，双向遥传短节再将数据发送到地面数控系统进行采集和处理。地面的控制命令和井下的测井数据为双向传输，地面数控系统运行测井程序并执行整个测井操作，最后进行数据处理并推算出不同供电时间的极化率值。

4.恒流源短节

恒流源短节由五个部分的电路组成：降压电路、整流滤波电路、散热器调整电路、控制电路和恒流电路。恒流源短节输出两组波动极小的恒定电流，一组用于极化率测井，一组用于流体电阻率测井。这两组电流都是通过正、反向转换电路给供电电极输出正向和反向交替变化的恒定电流。对不同的地区采用不同的供电电流值，低阻地区的恒流值大于高阻地区的恒流值。

5.遥传系统和地面数控系统

地面数控系统和井下测量控制电路通过双向遥传短节提供双向传输功能，双向遥传短节将地面数控系统的控制命令和测井命令传送到井下测量控制电路，并将井下的测井数据传送到地面数控系统，最后由地面系统对采集的数值进行处理并出图。

图8为本发明测井方法的流程图。整个测井过程均通过地面数控系统的测井软件进行操作控制，其操作步骤如下：

1)将仪器下到井口，运行自动控制测井程序，观察深度、速度和缆头电压信息显示是否正常，对井下仪器发送控制命令，检查地面和井下仪器之间的双向通讯是否正常。输入油田、井号及井深等井况参数。进行校深后下放仪器。

2)选择“自然电位和流体电阻率测井”，或者选择“多极极化率测井”，设置自动控制测井参数。当选择“多极极化率测井”时，还要输入仪器电路的零偏值和自然电位补偿值。自然电位补偿值可选择两种方式，一种是固定输入当前地层的自然电位值。一种是利用上一个测井周期的正、反向二次电位测量值计算处理所得的自然电位值作为下一个周期的自然电位补偿值。补偿自然电位是为了能选择更高放大倍数的运放来放大极化电位，提高极化电位的信噪比。

3)开始测井，先测重复段，再测要求的标准段。如果测井资料不合格，则分析原因，如果是仪器问题，则更换仪器重测。如果资料合格则结束测井，保存数据。

4)测井资料处理。测井可获得地层视电阻率、不同探测深度的全波激发极化电位、地层极化率整条衰减曲线、极化率衰减常数、自然电位和井中流体电阻率。现场解释工程师还可将极化率衰减曲线做快速傅立叶变换得到地层频率域的极化场信息。利用稳态场的极化率和自然电位可联立求解地层水电阻率和阳离子交换量，利用极化率衰减常数可求解地层渗透率，从而为复杂低电阻率油层评价和淡水地区的水淹层评价提供有效的依据。

6.数据计算处理方法

图9为某岩心的不同供电时间的二次电位衰减曲线，由图可以看出，不同的激发极化供电时间，极化场的电位值是不同的，

由于油田要求现场测井时间要尽量的短，为了缩短测井时间，则供电时间不可能足够长使极化场能达到稳态场，而油田解释工程师更希望得到稳态场的极化率最大值及其衰减常数，稳态场的极化电位值和极化率同时包含地层快衰减成分和慢衰减成分，而衰减常数是与地层的岩性结构密切相关的，地层的岩性结构参数是油藏评价的极其重要的参数，这就需要将测井得到的有限供电时间的极化率推算出无限供电时间的稳态场极化率值。

利用发明中所述的计算处理公式(5)～(36)，可将有限供电时间的极化率推算出无限供电时间的稳态场的极化率值，这可大大缩短测井时间，使得极化场正、反向供电时间由几分钟缩短为几百毫秒，测井速度可提高400倍以上。本发明不仅给出了反映地质情况的稳态场极化率值，也可为现场解释工程师提供储层阳离子交换量、地层水电阻率以及地层渗透性等方面的许多信息。

本发明可用于石油地质勘探、金属勘测和煤层煤质级别划分，特别可用于研究石油储层砂泥岩的极化率和自然电位与地层水电阻率和阳离子交换量之间的关系，从而为低电阻率油层评价和淡水地区的水淹层评价提供有效的依据。

实施例1

在实施例1中，流体电阻率测井的供电电极Af、Bf、测量电极Mf、Nf均采用铅电极，井下极化率测井电极系中，选择6组测量电极M1、M2......M6，它们均以地面的电极N作为参考电极，形成6组电极对M1和N、M2和N......M6和N，所有的M1、M2......M6和N均采用不易极化的Ag-AgCl可逆电极，这使得测量系统不引入外来的极化作用。供电电极A、B采用铅电极。自然电位的测量电极与极化率测井电极系的测量电极共用，可选择6组电极对中的任意一组，在例1中，选择M2和N电极对。

对极化率测井电极系和流体电阻率电极系进行刻度。在标准井中，对极化率测井电极系中每组电极系的仪器常数Kri进行刻度。在一个水池中，对流体电阻率电极系的仪器常数Kf进行刻度。

由于地面N电极要引至井下，其在地面的线长有几十米以上，再通过几千米长的测井电缆连接到井下测量电路的输入端，其线上所带的干扰有时甚至达到1伏以上。而M电极在井下，其连线很短，所引入的干扰比N电极要小得多。所以，该发明设计了非平衡低通滤波电路，对M电极和N电极采用了非平衡滤波方式。

实施例1中，在N电极接入测量电路的输入端前，选择图6所示的非平衡低通滤波电路，N电极通过该低通滤波电路再接入测量电路的输入端。由于地面N电极的电位为一比较稳定的参考电位，该低通滤波电路的截止频率设定为1Hz，这样可极大的滤除高频干扰和工频干扰。M电极在井下，其引入的干扰很小，将M电极直接接入测量电路的输入端。

实施例1中，选择图7所示的宽动态范围高精度测量放大滤波电路，每个宽动态范围高精度测量放大滤波电路都有5道不同放大倍数的通道，其放大增益为1.1，2，11，41，101。该放大滤波电路的电阻设置为：Rd5＝Rd6＝Rd9＝Rd10＝10KΩ，Rd7＝Rd8＝10KΩ，对于第i组的电极，其放大增益公式为：

第一道取电阻Rxj＝Rx1＝200KΩ，则增益K_i1＝1.1；

第二道取电阻Rxj＝Rx2＝20KΩ，则增益K_i2＝2；

第三道取电阻Rxj＝Rx3＝2KΩ，则增益K_i3＝11；

第四道取电阻Rxj＝Rx4＝500Ω，则增益K_i4＝41；

第五道取电阻Rxj＝Rx5＝200Ω，则增益K_i5＝101。

一次电位测量时，先采集最小放大倍数K_i1通道(第一道)的输出值V_o1，对V_o1进行平行比较判断，判断条件和相应的处理方法为：

若V_o1＞9.9V

则提示溢出，应降低供电电流；

若

则采集的第一道的输出值V_o1为最高信噪比有效信号；

若

则采集第二道V_o2，V_o2为最高信噪比有效信号；

若

则采集第三道V_o3，V_o3为最高信噪比有效信号；

若

则采集第四道V_o4，V_o4为最高信噪比有效信号；

若

则采集第五道V_o5，V_o5为最高信噪比有效信号。

二次电位测量方法与一次电位测量相同，因有的器件饱和门槛值为9.96V左右，所以比较的门槛值采用9.9V。将采集到的最佳信噪比的有效信号值经A/D数字转换后传送给FPGA。比之采集全部通道数据传输到地面数控进行优化处理来说，这样设计使得每个测量点最多只需采集两次，既保证了测量系统的输入信号动态范围，节约了采集时间，同时又保证了测量的高精度，比之采集全部通道数据传输到地面数控进行优化处理来说，还减少了数据传输量。

实施例1中，现场测井时，将地面测量参考电极N放置于距离井眼35米处的一土坑中，倒满水。在N电极附近放一铅电极D，该D电极与测量电极N处于同一水坑里，将D电极与测井电缆的外皮相连，这使得测量系统和供电系统的地通过D电极而间接相连，两系统处于同一个空间。

实施例1中，将正、反向供电时间设置为350mS，断电时间设置为100mS。极化率测井的供电电流设定为350mA，流体电阻率测井的供电电流设定为30mA。

通过地面数控系统的测井软件进行测井操作控制的实施步骤为：

1)将仪器下到井口，运行自动控制测井程序，观察深度、速度和缆头电压等信息显示是否正常，对井下仪器发送控制命令，检查地面和井下仪器之间的双向通讯是否正常。输入油田、井号及井深等井况参数。进行校深后下放仪器。

2)选择“自然电位和流体电阻率测井”，或者选择“多极极化率测井”，设置自动控制测井参数。当选择“多极极化率测井”时，还要输入仪器电路的零偏值和自然电位补偿值。自然电位补偿值可选择两种方式，一种是固定输入当前地层的自然电位值。一种是利用上一个测井周期的正、反向二次电位测量值计算处理所得的自然电位值作为下一个周期的自然电位补偿值。在实施例1中选择当前地层的自然电位值作为补偿值，补偿自然电位是为了能选择更高放大倍数的运放来放大极化电位，提高极化电位的信噪比。

3)开始测井，先测重复段，再测要求的标准段。如果测井资料不合格，则分析原因，如果是仪器问题，则更换仪器重测。如果资料合格则结束测井，保存数据。

4)测井资料处理。测井可获得地层视电阻率、不同探测深度的全波激发极化电位、地层极化率整条衰减曲线、极化率衰减常数、自然电位和井中流体电阻率。利用发明中所述方法(二)的计算处理公式(5)～(36)，可将有限供电时间的极化率推算出无限供电时间的稳态场的极化率值。现场解释工程师还可将极化率衰减曲线做快速傅立叶变换得到地层频率域的极化场信息，利用稳态场的极化率和自然电位可联立求解地层水电阻率和阳离子交换量，利用极化率衰减常数还可求解地层渗透率。

测后工作

5)测井结束后，将仪器提出井口，运回仪修房进行清洗保养；

6)取出测量电极放入饱和氯化钾溶液中待用，检查电极系渗透膜中的溶液是否是饱和氯化钾、氯化银溶液，若没有饱和，则添加氯化钾、氯化银至饱和溶液；

7)将加长电极马笼头里被泥浆污染了的硅脂置换为干净的硅脂。

该发明可大大缩短测井时间，使得极化场正、反向供电时间由几分钟缩短为几百毫秒，测井速度可提高400倍以上。该发明不仅给出了反映地质情况的稳态场极化率值，也可为现场解释工程师提供储层阳离子交换量、地层水电阻率以及地层渗透性等方面的许多信息。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多极极化率组合测井仪，其特征在于，包括从上至下依次连接的双向遥传短节、恒流源短节、测量短节、多极极化率电极系和流体电阻率电极系，多极极化率电极系和流体电阻率电极系之间设置有液压平衡阀(3)，流体电阻率电极系的末端连接有堵头(1)；

所述流体电阻率电极系包括设置在绝缘套(2)底部开口内的绝缘座(4)，以及设置在绝缘座(4)内相互之间绝缘分隔且从内到外依次排布的流体供电电极Af(5)、测量电极Mf(6)、测量电极Nf(7)、流体供电电极Bf(8)，堵头(1)开设有与绝缘套(2)底部开口连通的孔道，用于使井中流体与上述电极相通；

所述多极极化率电极系包括绝缘棒(9)以及开设在绝缘棒(9)上用于容纳测量电极M1～Mn的槽口，n为大于等于2的正整数，测量电极M1～Mn均为不易极化的可逆电极，供电电极A(10)镶嵌于绝缘棒(9)上，供电电极B(14)设置在加长电极(15)上，供电电极A(10)和供电电极B(14)均为铅电极；

测量短节包括电流正、反向转换电路、非平衡动态滤波电路、宽动态范围高精度测量放大滤波电路、通断控制电路、通道切换电路及A/D采集、DAC、FPGA及控制电路、DSP及CAN驱动电路；

极化率测量电极M1～Mn上的信号分别通过非平衡动态滤波电路和通断控制电路送到对应的宽动态范围高精度测量放大滤波电路1～n的输入端，宽动态范围高精度测量放大滤波电路1～n的放大倍数分别为K1<K2<…<Kn，宽动态范围高精度测量放大滤波电路的输出端通过通道切换电路与其后的A/D采集相连；

流体电阻率测量电极Mf和Nf上的信号通过通断控制电路送到宽动态范围高精度测量放大滤波电路f的输入端，温度信号通过通断控制电路送到温度测量电路的输入端；

DAC连接在FPGA及控制电路的输出端，DAC的输出端输出自然电位补偿值和刻度值，刻度值通过通断控制电路连接至每个宽动态范围高精度测量放大滤波电路进行刻度，自然电位补偿值连接至每个宽动态范围高精度测量放大滤波电路的输入端进行补偿。

2.根据权利要求1所述的一种多极极化率组合测井仪，其特征在于，双向遥传短节依次通过加长电极(15)和电缆连接至地面数控系统，双向遥传短节用于将地面数控系统的控制命令和测井命令传送到井下测量控制电路，并将井下的测井数据传送到地面数控系统。

3.根据权利要求1所述的一种多极极化率组合测井仪，其特征在于，流体供电电极Af(5)、流体供电电极Bf(8)和测量电极Mf(6)、测量电极Nf(7)均为铅电极。

4.根据权利要求1所述的一种多极极化率组合测井仪，其特征在于，地面测量电极N(16)为可逆电极，放置于地面的泥浆池中或者距离井眼20米以上远处的土质水坑中；在地面测量电极N(16)附近放一铅电极D(17)，铅电极D(17)与电缆外皮和测量电路的地相连。

5.根据权利要求1所述的一种多极极化率组合测井仪，其特征在于，非平衡动态滤波电路包括放大器A1和放大器A2，放大器A1的输出端依次串联通过电阻R3和电阻R4连接至放大器A2的正相输入端，放大器A2的正相输入端通过电容C4接地，放大器A2的反相输入端通过电容C3接入电阻R3和电阻R4之间，放大器A2的输出端作为非平衡动态滤波电路的输出端；放大器A1的正相输入端通过电容C2接地，并通过电阻R2连接至电阻R1的一端，放大器A1的反相输入端通过电容C1连接至电阻R1和电阻R2之间，电阻R1的另一端作为非平衡动态滤波电路的输入端。

6.根据权利要求1所述的一种多极极化率组合测井仪，其特征在于，宽动态范围高精度测量放大滤波电路包括差分放大电路，差分放大电路包括放大器Ad1～Ad4，其中，放大器Ad1的正相输入端分别通过电阻Rd2和电阻Rd3以及电容Cd1和电容Cd2连接至放大器Ad2的正相输入端，地信号分别连接在电阻Rd2和电阻Rd3之间以及电容Cd1和电容Cd2之间，放大器Ad1的反相输入端通过电阻Rd5连接至其输出端，放大器Ad2的反相输入端通过电阻Rd6连接至其输出端，放大器Ad1的反相输入端通过电阻Rx1与放大器Ad2的反相输入端连接，放大器Ad1的正相输入端还连接有电阻Rd1的一端，电阻Rd1另一端作为输入端Li，放大器Ad2的正相输入端连接至电阻Rd4一端，电阻Rd4另一端作为输入端Pi；

放大器Ad1的输出端通过电阻Rd7和Rd9连接至放大器Ad3的输出端，放大器Ad3的正相输入端连接在电阻Rd7和Rd9之间，反相输入端通过电阻Rd8连接至放大器Ad2的输出端，并通过电阻Rd10接地；

放大器Ad3的输出端通过电阻Rd11、Rd12和Rd13连接至放大器Ad4的正相输入端，地信号分别通过电容Cd3和电容Cd5连接至电阻Rd11和Rd12之间以及放大器Ad4的正相输入端，放大器Ad4的反相输入端通过电容Cd4连接至电阻Rd12和Rd13之间，并连接至其输出端，放大器Ad4的输出端作为宽动态范围高精度测量放大滤波电路输出端。

7.根据权利要求1所述的测井仪的测井方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)电位测量包括一次电位测量和二次电位测量：

一次电位测量：先采集最小放大倍数的K₁通道的输出值V_o1，对V_o1进行平行比较判断，判断条件和相应的处理方法为：

当V_o1＞9.9V时 (1)

则提示溢出，应降低供电电流；

当

则V_o1为最高信噪比有效信号；

当

其中，k₁为第一道放大通道的放大倍数；k₂为第二道放大通道的放大倍数；k_m为第m道放大通道的放大倍数；k_m+1为第m+1道放大通道的放大倍数；

则采集第m道V_om，V_om为最高信噪比有效信号；

二次电位测量方法与一次电位测量方法相同，比较的门槛值设置为9.9V，将二次电位测量采集到的最佳信噪比的有效信号值经A/D数字转换后传送给FPGA；

FPGA的输出端与DSP相连，将ADC采样的信息传送给DSP，DSP将最高信噪比有效信号传送给双向遥传短节，双向遥传短节再将数据发送到地面数控系统进行采集和处理，地面的控制命令和井下的测井数据为双向传输，地面数控系统运行测井程序并执行整个测井操作，最后进行数据处理并将有限供电时间的极化率推算出无限供电时间的稳态场的极化率值。

8.根据权利要求7所述的测井方法，其特征在于，整个测井操作步骤如下：

1)将仪器下到井口，运行自动控制测井程序，观察深度、速度和缆头电压信息显示是否正常，对井下仪器发送控制命令，检查地面和井下仪器之间的双向通讯是否正常，输入油田、井号及井深井况参数，进行校深后下放仪器；

2)选择自然电位和流体电阻率测井或者选择多极极化率测井，设置自动控制测井参数，当选择多极极化率测井时，还要输入仪器电路的零偏值和自然电位补偿值；自然电位补偿值包括两种方式，一种是固定输入当前地层的自然电位值，另一种是利用上一个测井周期的正、反向二次电位测量值计算处理所得的自然电位值作为下一个周期的自然电位补偿值；

3)开始测井，先测重复段，再测要求的标准段；当测井资料不合格，则分析原因，如果是仪器问题，则更换仪器重测，如果资料合格则结束测井，保存数据；

4)测井资料处理，测井可获得地层视电阻率、不同探测深度的全波激发极化电位、地层极化率整条衰减曲线、极化率衰减常数、自然电位和井中流体电阻率；对极化率衰减曲线进行快速傅立叶变换得到地层频率域的极化场信息，利用稳态场的极化率和自然电位联立求解地层水电阻率和阳离子交换量，利用极化率衰减常数求解地层渗透率。

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