CN109209363B - 过套管地层微分电阻率测井探头结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种过套管地层微分电阻率测井探头结构，包括居中设置的发射线圈和成对设置的接收线圈，所述发射线圈和接收线圈内部均设置有磁柱，每对接收线圈以发射线圈为对称点上、下对称设置，且与发射线圈同轴设置，每对接收线圈的绕线串联连接，所用磁柱相同，所述接收线圈和发射线圈之间、相邻两个接收线圈之间均设置有非导磁连接块。本发明能够直接接收穿过套管在地层中产生的涡流场，获得连续的地层电阻率随深度变化的曲线。
Description
技术领域
本发明属于石油工程测井施工中套管井地层物理参数测量和岩性评价的专用仪器技术领域，尤其涉及一种过套管地层微分电阻率测井探头结构。
背景技术
在过套管电阻率瞬变电磁感应测井中，发射线圈在套管井中激发的瞬变电磁场沿井轴上下对称分布。在发射线圈上、下布置接收阵列均可接收到响应波形，依据电磁感应原理，当上、下线圈距离发射线圈的距离相同时，它们所接收到的响应波形形状是一致的，但是，极性相反，而响应中所包含的地层涡流在两个对称线圈内产生的二次场的响应是不同的，地层涡流在两个线圈位置的合成磁场极性方向一致，原始信号相加以后所合成的磁信号是叠加的。本发明专利利用这个特征设计上、下两个对称的接收线圈，将接收的信号叠加，使得与地层电导率无关的信号抵消，仅仅剩下涡流激发的二次场响应。另外，当仪器沿一个方向(例如上提或者下降运动)测量时，多个不同源距的接收线圈可以得到不同源距的波形。每个源距有两个上下对称的线圈，它们通过水平界面的顺序相对于发射线圈来讲是相反的，一个先于发射线圈通过水平界面，一个后于发射线圈通过水平界面。这样便可以为地层电阻率信号处理提供更丰富的原始测量信息。
发明内容
本发明针对发射线圈在套管井中激发的瞬变电磁场分布和套管井地层电阻率测井有效去掉无用的响应场的实际需要，提出了一种过套管地层微分电阻率测井探头结构，由一个发射线圈和多对接收线圈组成，能够接收穿过套管在地层中产生的涡流场，获得连续的地层电阻率随深度变化的曲线。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的过套管地层微分电阻率测井探头结构，包括居中设置的发射线圈和成对设置的接收线圈，所述发射线圈和接收线圈内部均设置有磁柱，每对接收线圈以发射线圈为对称点上、下对称设置，所使用的磁柱相同，且与发射线圈同轴设置，每对接收线圈的绕线串联连接，所述接收线圈和发射线圈之间、相邻两个接收线圈之间均设置有非导磁连接块。
每对所述接收线圈的绕制圈数、几何尺寸和结构均一致，每对所述接收线圈的圈数随离开发射线圈的距离增加而增多。
每对接收线圈的上线圈、下线圈分别接收向上、向下传播的瞬变电磁响应，两者的响应波形形状一致，极性相反；用每对接收线圈所接收的响应波形相加，去掉瞬变电磁响应中与地层电导率无关的响应，获得地层涡流所激发的二次场响应波形。
用两个Doll几何因子共发射点叠加的几何因子描述所测量的二次场响应，得到不同空间位置电导率对二次场响应的权重；其中，两个Doll几何因子是指以发射线圈为发射位置，每对接收线圈的上、下两个线圈为接收位置的Doll几何因子。
本发明有效地解决了套管井电阻率瞬变电磁感应测井中无用信号的消除问题，克服了现有方法中厚层测量不到地层电导率的问题，保证了所有地层都能够测量到电导率。并且增加了多次覆盖测量，能够有效提高电阻率测量的精度。本发明的有益效果如下：
(1)本发明由多对上、下对称的接收线圈组成，测量多个源距的响应波形，用多个源距的响应获得不同径向深度地层的二次场测量结果，实现对不同径向深度地层电导率的测量。
(2)在套管井内，每个源距均测量到了两个瞬态响应波形，其形状相同，所包含的地层电导率信息不同，用这两个波形相加可以有效地去掉与地层电导率无关、幅度很大的响应，仅仅剩下反应地层电导率的二次场响应(瞬变信号)。
(3)本发明直接将上下两个相同源距的接收线圈串联，将幅度很大的瞬变电磁响应抵消，原始信号中仅仅剩下反应地层电导率的二次场瞬变信号。如果因为工艺的原因没有完全抵消，则两个原始测量波形相加以后的波形与单个接收线圈的波形相似，在电路中同时记录其中一个接收线圈的原始响应波形，将同时记录的单个线圈的原始波形乘以系数以后与两个信号串联以后的波形进行相减，再次进行无用信号的消除。
附图说明
图1是套管井模型及其发射线圈某个时刻在其中激发的瞬变电磁场分布图；
图2是本发明实施例中接收线圈和发射线圈的布置图；
图3是本发明实施例中三线圈对称结构二次场的几何因子示意图。
附图标记:1发射线圈；2接收线圈R1；3接收线圈R2；4接收线圈R3；
5接收线圈Re3；6接收线圈Re2；7接收线圈Re1。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明的过套管地层微分电阻率测井探头结构，由一个居中设置发射线圈和多对接收线圈组成，每对接收线圈以发射线圈为对称点上、下对称设置，且与发射线圈同轴设置，每对所述接收线圈的绕制圈数、几何尺寸和结构均一致，所用磁柱也一致，每对接收线圈的绕线串联连接。所述发射线圈和接收线圈内部均设置有磁柱，磁柱可采用高磁导率的磁性圆管或者条带。所述接收线圈和发射线圈之间、相邻两个接收线圈之间不能够有磁性材料，即用非金属或非磁性材料所构成的非导磁连接块连接。每对所述接收线圈的圈数随离开发射线圈的距离增加而增多。
每对接收线圈的上线圈、下线圈分别接收向上、向下传播的瞬变电磁响应，两者的响应波形形状一致，极性相反。用每对接收线圈所接收的响应波形相加，去掉瞬变电磁响应中与地层电导率无关的响应，获得地层涡流所激发的二次场响应波形。
用两个Doll几何因子共发射点叠加的几何因子描述所测量的二次场响应，得到不同空间位置电导率对二次场响应的权重。其中，两个Doll几何因子是指以发射线圈为发射位置，每对接收线圈的上、下两个线圈为接收位置的Doll几何因子。
实施例：
本发明提供一种过套管地层电阻率测井的探头结构，包括如下部分：根据图1所示的套管井发射线圈激发的响应分布上、下对称的特点。在发射线圈1上、下两端各设置对称的接收线圈2、接收线圈3、接收线圈4、接收线圈5、接收线圈6、接收线圈7，如图2所示，其中，接收线圈2与接收线圈7、接收线圈3与接收线圈6、接收线圈4与接收线圈5各组成一对，共三对接收线圈，每对中的两个接收线圈结构相同，圈数相同，线圈中放置的磁柱相同，均与发射线圈同轴安装。在不同的源距上同样对称放置源距相同的两个接收线圈3与接收线圈6、接收线圈4与接收线圈5，这样的线圈能够测量到完全对称的响应波形。这两个响应波形包含发射线圈激发的瞬变电磁响应和地层涡流再次激发的响应(幅度很小)。其中瞬变电磁响应波形相同，极性相反，两个波形相加即可以去掉，仅仅剩下反应地层电导率的涡流再次激发的响应，其几何因子如图3所示，在发射线圈位置的地层对响应的贡献最大，两个接收线圈位置也出现峰值。
当用于实际测井时，本发明的整个线圈上下移动，遇到水平分层时，线圈所接收到的涡流激发的波形会在界面附近出现相应的变化，本发明专利的探头结构利用这种变化实现对地层的多次测量。仪器在井中移动测量时，由于发射线圈居中，最先到达水平界面的接收线圈是其中最远源距的线圈，其次是近源距线圈，离开地层水平界面时，按照相反的顺序离开。这样，在仪器上提过程中，每个源距对地层均进行了双向测量。由于探头中接收线圈完全依发射线圈对称，其响应波形的和也包含了地层的界面特征，是对地层界面和地层电导率的直接测量结果。每个接收线圈与发射线圈均使用同轴结构，所测量的响应是套管井轴对称的响应，是整个圆周方向地层的总体结果或者平均结果。为了提高接收线圈的灵敏度和波形幅度，接收线圈内部增加了高磁导率的磁性圆管或者条带，该条带与接收线圈长度相同，不超过线圈长度(超过线圈长度将增加线圈之间互感的影响)。接收线圈圈数决定响应波形的幅度，套管井内的响应衰减大，源距大圈数增加以保证测量信号的幅度。
本发明的关键是充分利用套管井瞬变电磁响应的上下对称性，设置发射线圈和接收线圈阵列。实现对地层水平界面的探测以及进一步对地层电阻率的多次覆盖测量，提高地层涡流的电磁感应信号的信噪比。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (4)
1.一种过套管地层微分电阻率测井探头结构，其特征在于，包括居中设置的发射线圈和成对设置的接收线圈，所述发射线圈和接收线圈内部均设置有磁柱，每对接收线圈以发射线圈为对称点上、下对称设置，且与发射线圈同轴设置，成一对的接收线圈对中的绕线串联连接，使用相同的磁柱，所述接收线圈和发射线圈之间、相邻两个接收线圈之间均设置有非导磁连接块。
2.根据权利要求1所述的过套管地层微分电阻率测井探头结构，其特征在于，成一对的接收线圈对的绕制圈数、几何尺寸和结构均一致，每对所述接收线圈的圈数随离开发射线圈的距离增加而增多。
3.根据权利要求1所述的过套管地层微分电阻率测井探头结构，其特征在于，每对接收线圈的上线圈、下线圈分别接收向上、向下传播的瞬变电磁响应，两者的响应波形形状一致，极性相反；用每对接收线圈所接收的响应波形相加，去掉瞬变电磁响应中与地层电导率无关的响应，获得地层涡流所激发的二次场响应波形。
4.根据权利要求1所述的过套管地层微分电阻率测井探头结构，其特征在于，用两个Doll几何因子共发射点叠加的几何因子描述所测量的二次场响应，得到不同空间位置电导率对二次场响应的权重；其中，两个Doll几何因子是指以发射线圈为发射位置，每对接收线圈的上、下两个线圈为接收位置的Doll几何因子。
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