CN110792422B - 一种用于随钻侧向电阻率测量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于随钻侧向电阻率测量的装置及方法，包括：发送第一交变电流信号和频率控制信号的中央处理模块；信号生成模块，其接收中央处理模块发送的信号，产生与频率控制信号匹配的目标交变电流信号，使得在信号生成模块上下短节处形成对应的电压差并输出相应的发射电流；第一/第二信号接收模块，其响应发射电流，根据预设的第一/第二增益系数将采集到的第一/第二电流信号反馈至中央处理模块，其中，中央处理模块计算信号生成模块与第一/第二信号接收模块之间的第一/第二等效电阻率，并调整频率控制信号、第一/第二增益系数，用以进行对应参数的更新。本发明提高了在更大电阻率范围内的高精度的电阻率测量，以及电池的使用时间。

Description

一种用于随钻侧向电阻率测量的装置及方法

技术领域

本发明涉及石油勘探开发的随钻测量领域，具体地说，是涉及一种用于高精度的随钻侧向电阻率测量的装置及方法。

背景技术

随着石油和天然气开发的不断进行，早期的常规油气藏已经开发接近尾声，目前已经向开发非常规油气藏、复杂油气藏等方面，由浅层向深层发展，并且这些钻井工艺应用越来越广泛。在这些井的施工过程中，由于通过地质导向提高钻遇率和泻油面积为提高单井产量有非常重要的意义，因此，对地质导向施工中使用的随钻测量仪器的要求越来越高，特别是对随钻测量中最为广泛使用的随钻伽马和电阻率测量。这些更高的要求包括：更高的测量精度，更高分辨率的成像，更深的探测到地层等。

现有的随钻电阻率测量主要有随钻电磁波电阻率和随钻侧向电阻率两种测量方法。其中，随钻电磁波电阻率主要适合于更深的探测到地层的测量，并用于地层界面的判断和地质导向。对于随钻侧向电阻率而言，其主要适用于井筒周围的较浅地层的高精度和高分辨的电阻率测量和成像测量。因此，对于随钻侧向成像电阻率如何提高成像精度和分辨率成为决定随钻测量仪器的性能的关键。

其中，随钻侧向电阻率的基本原理是：安装在钻铤表面凹槽的信号发生器在凹槽的上下位置形成电压差，该电压差通过井筒内的钻井液和周围的地层形成的回路产生电流。在电压差确定的情况下，由欧姆定律可以得出该电流的大小由井筒内的钻井液和周围地层的电阻率确定。反之，检测到该电流的大小就可以计算出井筒内的钻井液和周围地层的等效电阻率。再通过钻井液和地层的几何分布，进一步推导出井筒内的钻井液的电阻率和周围地层的电阻率。

现有的随钻侧向电阻率或成像电阻率都是在电极系结构上如何布局和优化，这种方式能够提高探测深度或者探测参数的丰富，但少有涉及从电路的角度去实现和克服不同地层和不同钻井液介质情况下，电信号的衰减对接收的结果造成的非线性影响，从而进步影响测量精度。在实际的随钻电阻率测量过程中，地层电阻率的范围从0.2Ω/m到20000Ω/m这样大的范围变化，如果不在电路上进行优化设计，在这样大的范围内，其测量精度必然难以两头兼顾，这也是现有的随钻电阻率测量仪器给出的在不同地层电阻率段，其测量精度差异较大的原因。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于随钻侧向电阻率测量的装置，所述装置设置在短节本体侧壁上，包括：中央处理模块，其构成为发送第一交变电流信号和表征目标发射频率的频率控制信号；信号生成模块，其构成为接收所述第一交变电流信号和所述频率控制信号，产生与所述频率控制信号匹配的目标交变电流信号，使得在所述信号生成模块上下短节位置处形成对应的电压差，并通过井筒内的钻井液和周围地层、以及短节本体形成的回路输送所述电压差对应的发射电流信号；第一信号接收模块，其设置在所述信号生成模块一侧，构成为响应所述发射电流信号，并根据预设的可调节的第一增益系数采集相应的响应结果，并将其反馈至所述中央处理模块；第二信号接收模块，其设置在所述信号生成模块相较于所述第一信号接收模块的另一侧，构成为响应所述发射电流信号，并根据预设的可调节的第二增益系数采集相应的响应结果，并将其反馈至所述中央处理模块，其中，所述中央处理模块获取所述第一/第二信号接收模块所采集的信息，计算所述信号生成模块与所述第一/第二信号接收模块之间对应深度的第一/第二等效电阻率，并调整所述频率控制信号、所述第一增益系数和所述第二增益系数，用以进行对应参数的更新。

优选地，所述信号生成模块包括：电压选择单元，其与所述中央处理模块连接，构成为根据所述频率控制信号选择并输出表征目标发射频率的电压驱动信号；电流发生单元，其设置在所述短节本体的第一凹槽内，构成为通入所述目标交变电流信号后，在所述电流发生单元的上下短节位置处形成相应的电压差并输出相应的所述发射电流信号；功率驱动单元，其与所述电压选择单元、所述中央处理模块和所述电流发生单元连接，构成为接收所述电压驱动信号和所述交变电流信号，驱动所述电流发生单元通入所述功率驱动单元生成的所述目标交变电流信号。

优选地，所述第一信号接收模块包括：第一接收单元，其设置在所述短节本体的第二凹槽内，构成为响应所述发射电流信号并生成第一电流信号；第一可控放大单元，其与所述第一接收单元和所述中央处理模块连接，构成为根据最新的所述第一增益系数，对采集到的所述第一电流信号进行放大处理，输出放大后的第一电流信号，以及接收从所述中央处理模块发送的调节后的第一增益系数，用以进行更新；第一模数转换单元，其位于所述第一可控放大单元和所述中央处理模块之间，对所述放大后的第一电流信号进行模数转换处理，将得到的第一电流信息反馈至所述中央处理模块。

优选地，所述第二信号接收模块包括：第二接收单元，其设置在所述短节本体的第三凹槽内，构成为响应所述发射电流信号并生成第二电流信号；第二可控放大单元，其与所述第二接收单元和所述中央处理模块连接，构成为根据最新的所述第二增益系数，对采集到的所述第二电流信号进行放大处理，输出放大后的第二电流信号，以及接收从所述中央处理模块发送的调节后的第二增益系数，用以进行更新；第二模数转换单元，其位于所述第二可控放大单元和所述中央处理模块之间，对所述放大后的第二电流信号进行模数转换处理，将得到的第二电流信息反馈至所述中央处理模块。

优选地，所述信号生成模块还包括分别与所述电流发生单元、所述功率驱动单元和所述中央处理模块连接的所述电流检测单元，所述电流检测单元构成为采集所述发射电流信号，对所述发射电流信号进行预处理后生成相应的反馈参数，并将所述反馈参数发送至所述中央处理模块，进一步，所述中央处理模块构成为根据获取到的所述反馈参数调整所述目标发射频率。

优选地，所述中央处理模块构成为比较计算出的所述第一等效电阻率和所述第二等效电阻率的大小，根据比较结果调整所述频率控制信号、所述第一增益系数和所述第二增益系数，其中，若判断出所述第一等效电阻率小于所述第二等效电阻率且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，减小所述目标发射频率，增大所述第一增益系数和所述第二增益系数。

优选地，所述中央处理模块构成为若判断出所述第一等效电阻率大于所述第二等效电阻率且其差值超过所述调整阈值，则基于工程需求参数，增大所述目标发射频率，减小所述第一增益系数和所述第二增益系数。

另一方面，本发明还提出了一种用于随钻侧向电阻率测量的方法，所述方法上述所述的装置进行自适应的电阻率测量，所述方法包括：步骤一、中央处理模块发送第一交变电流信号和表征目标发射频率的频率控制信号；步骤二、信号生成模块接收所述第一交变电流信号和所述频率控制信号，产生与所述频率控制信号匹配的目标交变电流信号，使得在所述信号生成模块上下短节位置处形成对应的电压差，并通过井筒内的钻井液和周围地层、以及短节本体形成的回路输送所述电压差对应的发射电流信号；步骤三、第一信号接收模块响应所述发射电流信号，并根据预设的可调节的第一增益系数采集相应的响应结果，并将其反馈至所述中央处理模块；步骤四、第二信号接收模块响应所述发射电流信号，并根据预设的可调节的第二增益系数采集相应的响应结果，并将其反馈至所述中央处理模块；步骤五、所述中央处理模块获取所述第一/第二信号接收模块采集的信息，计算所述信号生成模块与所述第一/第二信号接收模块之间对应深度的第一/第二等效电阻率，并调整所述频率控制信号、所述第一增益系数和所述第二增益系数，用以进行对应参数的更新。

优选地，在所述步骤五中，所述中央处理模块比较计算出的所述第一等效电阻率和所述第二等效电阻率的大小，根据比较结果调整所述频率控制信号、所述第一增益系数和所述第二增益系数；若判断出所述第一等效电阻率小于所述第二等效电阻率且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，减小所述目标发射频率，增大所述第一增益系数和所述第二增益系数。

优选地，在所述步骤五中，所述中央处理模块若判断出所述第一等效电阻率大于所述第二等效电阻率且其差值超过所述调整阈值，则基于工程需求参数，增大所述目标发射频率，减小所述第一增益系数和所述第二增益系数。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明采用不同的配置方式进行自适应的电阻率采集方式，既可以提高在更大电阻率范围内的高精度的电阻率测量，还可以更高效率的使用仪器的电能，提高电池的使用时间。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的用于随钻侧向电阻率测量的装置的工作原理的总体结构示意图。

图2为本申请实施例的用于随钻侧向电阻率测量的装置的模块化结构示意图。

图3为本申请实施例的用于随钻侧向电阻率测量的装置的电路结构示意图。

图4为本申请实施例的用于随钻侧向电阻率测量的方法的步骤图。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

其中，附图标记列表如下：

10：短节本体

20：第一凹槽

21：电流发生单元

30：第二凹槽

31：第一接收单元

40：第三凹槽

41：第二接收单元

50：钻井液

60：井筒

70：地层

80：等效电流回路

100：中央处理模块

202：信号生成模块

203：第一信号接收模块

204：第二信号接收模块

110：电压选择单元

120：功率驱动单元

130：电流检测单元

140：第一可控放大单元

150：第二可控放大单元

160：第一模数转换单元

170：第二模数转换单元

180：信号生成模块中的电流发生单元自身回路等效电阻

190：第一等效电阻

200：第二等效电阻

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

现有的随钻侧向电阻率或成像电阻率都是在电极系结构上如何布局和优化，这种方式能够提高探测深度或者探测参数的丰富，但少有涉及从电路的角度去实现和克服不同地层和不同钻井液介质情况下，电信号的衰减对接收的结果造成的非线性影响，从而进步影响测量精度。在实际的随钻电阻率测量过程中，地层电阻率的范围从0.2Ω/m到20000Ω/m这样大的范围变化，如果不在电路上进行优化设计，在这样大的范围内，其测量精度必然难以两头兼顾，这也是现有的随钻电阻率测量仪器给出的在不同地层电阻率段，其测量精度差异较大的原因。

为了克服现有技术中的不足之处，提供一种在电路上改进的随钻电阻率测量方法与装置。这种方法和装置在钻井液电阻率和地层电阻率都变化很大，以及这两种介质电阻率的大小关系不同的条件下，采用不同的配置方式进行自适应的电阻率采集方式，一方面可以提高电阻率测量的检测精度和检测范围，还可以更高效率的使用仪器的电能，提高电池的使用时间。

图1为本申请实施例的用于随钻侧向电阻率测量的装置的工作原理的总体结构示意图。如图1所述，短节本体10设置在形成有钻井液50通道的井筒内。短节本体10设置有第一凹槽20、位于第一凹槽20其中一侧的第二凹槽30、以及位于第一凹槽20相较于第二凹槽的另一侧的第三凹槽40(也就是说，第二凹槽30位于第一凹槽20和第三凹槽40之间)。在本例中，第一凹槽20、第二凹槽30和第三凹槽40均为与短节本体10同轴的环形凹槽。

进一步的，参考图2，整个装置包括：中央处理模块100、信号生成模块202、第一信号接收模块203和第二信号接收模块204。其中，信号生成模块202中的电流发生单元21(下述)安装在上述第一凹槽20内，信号生成模块202中的其他单元安装在紧邻第一凹槽20的短节本体10处的侧壁内，第一凹槽20使用绝缘材料进行封装和保护。第一信号接收模块203中的第一接收单元31(下述)安装在上述第二凹槽30内，第一信号接收模块203中的其他单元安装在紧邻第二凹槽30的短节本体10处的侧壁内，第二凹槽30使用绝缘材料进行封装和保护。同样地，第二信号接收模块204中的第二接收单元41(下述)安装在上述第三凹槽40内，第二信号接收模块204中的其他单元安装在紧邻第三凹槽40的短节本体10处的侧壁内，第三凹槽40使用绝缘材料进行封装和保护。该装置利用中央处理模块100，使得信号生成模块202中的电流发生单元21在第一凹槽20所在的上下短节位置处形成电压差，该电压差通过井筒内的钻井液50和周围的地层70形成等效的电流回路80。

图2为本申请实施例的用于随钻侧向电阻率测量的装置的模块化结构示意图。下面结合如图1和图2，对整个装置的工作原理进行说明。中央处理模块100发送第一交变电流信号和表征目标发射频率的频率控制信号(其中，目标发射频率为当前系统工作频率匹配的信号发射频率，可以依据当前深度的地层地质条件、工程需求参数、仪器系数参数等进行设定)。由信号生成模块202接收中央处理模块100发送的标准的第一交变电流信号和上述与当前目标发射频率匹配的频率控制信号，使得信号生成模块202产生与上述频率控制信号匹配的目标交变电流信号(也就是说，目标交变电流信号是使得标准的第一交变电流信号具备频率为目标发射频率的信号)，使得在信号生成模块202上下短节位置处形成目标发射频率对应的电压差。而后，信号生成模块202通过井筒内的钻井液和周围地层、以及短节本体10形成的(电流)回路输送电压差对应的发射电流信号。

进一步的，在等效电流回路80的作用下，设置在信号生成模块202一侧的第一信号接收模块203响应上述发射电流信号，生成相应的第一电流信号，根据预设的可调节的第一增益系数，对响应结果(第一电流信号)进行采集和预处理，得到第一电流信息，并将采集得到的第一电流信息反馈至中央处理模块100。同样地，在等效电流回路80的作用下，设置在信号生成模块202相较于第一信号接收模块203另一侧的第二信号接收模块204响应上述发射电流信号，生成相应的第二电流信号，根据预设的可调节的第二增益系数，对响应结果(第二电流信号)进行采集和预处理，得到第二电流信息，将采集得到的第二电流信息反馈至中央处理模块100。

其中，中央处理模块100获取第一电流信息和第二电流信息，计算信号生成模块202与第一信号接收模块203之间对应深度的第一等效电阻率、以及信号生成模块202与第二信号接收模块204之间对应深度的第二等效电阻率，基于第一等效电阻率和第二等效电阻率，调整目标发射频率所对应的频率控制信号、第一增益系数和第二增益系数，并将各个调整后的数据分别发送至信号生成模块202、第一信号接收模块203和第二信号接收模块204，用以进行对应参数的更新。

接下来，针对本实施例的装置中的各模块的具体结构和功能进行详细说明。图3为本申请实施例的用于随钻侧向电阻率测量的装置的电路结构示意图。如图3所示，信号生成模块202包括：电压选择单元110、电流发生单元21、功率驱动单元120和电流检测单元130。电压选择单元110的控制端与中央处理模块100连接，能够接收中央处理模块100发送的频率控制信号，根据频率控制信号选择并输出表征电流发射频率的电压驱动信号。在一个实施例中，电压选择单元110采用可编程电压源，进一步包括具备不同电压值的电压源，在该单元110获取到与目标发射频率匹配的频率控制信号后，选择可驱动当前目标发射频率启动的电压源，并输出被选择的电压源对应的电压驱动信号。

进一步的，功率驱动单元120的供电端与电压选择单元110的输出端连接，其输入端与中央处理模块100连接，其输出端与电流发生单元21的第一端连接。在本例中，功率驱动单元120为多功率管驱动结构，本发明对该单元120的结构不作具体限定。功率驱动单元120接收从上述电压选择单元110处获得的电压驱动信号和中央处理模块100输出的第一交变电流信号，利用多功率管驱动作用，使得电流发生单元21通入目标交变电流信号。

进一步的，电流发生单元21设置在短节本体10的第一(环形)凹槽20内。由于现有技术中的电极型结构具有易磨损，工艺难度大等缺陷。因此，在本例中，电流发生单元21采用螺绕环结构，也就是说，电流发生单元21包括第一螺绕环。由于早期对于螺绕环方式的理论研究较少，最近几年，对于螺绕环激励式随钻侧向测井仪的测井响应特征的研究逐渐深入，通过一系列的模拟实验，为仪器结构参数对测量信号强度的影响提供了一定的理论基础。在未来，螺绕环方式相较于电极系的现有技术而言，优势会更加明显。

进一步的，电流发生单元21其中一端与功率驱动单元120的输出端连接，另一端与电流检测单元130的输入端连接，在通入从功率驱动单元120处获得的目标交变电流信号后，在电流发生单元21所在的第一凹槽20的上下短节位置处形成相应的电压差并输出发射电流信号。

另外，信号生成模块202还包括电流检测单元130。电流检测单元130的输入端与电流发生单元21的第二端连接，其供电端与功率驱动单元120的输出端连接，并且其输出端与中央处理模块100连接。电流检测单元130采集电流发生单元21发射的发射电流信号，对发射电流信号进行预处理后生成发射电流信号对应的反馈参数，并将该参数发送至中央处理模块100中。进一步的，中央处理模块100根据获取到的发射电流反馈参数的大小，来调整目标发射频率的大小，以再次通过中央处理模块100输出与调节后的目标发射频率匹配的频率控制信号，对上述电压选择单元110和功率驱动单元120进行控制，实现发射频率的调节。

参考图3，第一信号接收模块203包括第一接收单元31、第一可控放大单元140和第一模数转换单元160。第一接收单元31设置在短节本体10的第二(环形)凹槽30内。同样地，根据上述螺绕环结构的优势，在本例中，第一接收单元31采用螺绕环结构，也就是说，第一接收单元31包括第二螺绕环。第一接收单元31的两端接入第一可控放大单元140的输入端，在等效电流回路80、电流发生单元21自身回路等效电阻180、以及第一等效电阻190的作用下，基于发射电流信号，生成第一电流信号。

第一可控放大单元140的控制端与中央处理模块100连接，其输入端与第一接收单元31连接，并且其输出端与第一模数转换单元160连接。第一可控放大单元140能够接收并采集第一接收单元31发送的第一电流信号，根据预设的最新的第一增益系数，对采集到的第一电流信号进行放大处理，输出放大后的第一电流信号。另外，第一可控放大单元140还能够接收并解析中央处理模块100发送的调节参数，并将第一控制放大单元140中已存储的第一增益系数更新为解析后的已通过中央处理模块100调节的第一增益系数(最新的)，用以对第一信号接收模块203所处地层深度的电阻率采集方式进行调节。在本例中，第一可控放大单元140采用增益可编程放大器。

第一模数转换单元160位于第一可控放大单元140和中央处理模块100之间，其输出端与中央处理模块100连接。具体地，第一模数转换模块160对从上述第一可控放大单元140处接收到的放大后的第一电流信号进行模数转换处理，并将转换后得到的第一电流信息反馈至中央处理模块100中。

再次参考图3，第二信号接收模块204包括第二接收单元41、第二可控放大单元150和第二模数转换单元170。第二接收单元41设置在短节本体10的第三(环形)凹槽40内。同样地，根据上述螺绕环结构的优势，在本例中，第二接收单元41采用螺绕环结构，也就是说，第二接收单元41包括第三螺绕环。第二接收单元41的两端接入第二可控放大单元150的输入端，在等效电流回路80、电流发生单元21自身回路等效电阻180、以及第二等效电阻200的作用下，基于发射电流信号，生成第二电流信号。

第二可控放大单元150的控制端与中央处理模块100连接，其输入端与第二接收单元41连接，并且其输出端与第二模数转换单元170连接。第二可控放大单元150能够接收并采集第二接收单元41发送的第二电流信号，根据预设的最新的第二增益系数，对采集到的第二电流信号进行放大处理，输出放大后的第二电流信号。另外，第二可控放大单元150还能够接收并解析中央处理模块100发送的调节参数，并将第二可控放大单元150中已存储的第二增益系数更新为解析后的已通过中央处理模块100调节的第二增益系数(最新的)，用以对第二信号接收模块204所处地层深度的电阻率采集方式进行调节。在本例中，第二可控放大单元150采用增益可编程放大器。

第二模数转换单元170位于第二可控放大单元150和中央处理模块100之间，其输出端与中央处理模块100连接。具体地，第二模数转换模块170对从上述第二可控放大单元150处接收到的放大后的第二电流信号进行模数转换处理，并将转换后得到的第二电流信息反馈至中央处理模块100中。

进一步的，中央处理模块100在通过第一信号接收模块203和第二信号接收模块204采集到的第一电流信息和第二电流信息后，计算出第一等效电阻190和第二等效电阻200，再根据采集仪器几何系数、目标发射频率、目标发射频率对应的电压差等参数，进一步得到第一等效电阻率和第二等效电阻率。具体地，由于在发射电流信号输出后，受到信号生成模块202与第一信号接收模块203之间的钻井液和地层的电阻率、以及信号生成模块202与第二信号接收模块204之间的钻井液和地层的电阻率的影响，发射电流信号有所衰减，因此，在计算出相应的等效电阻后，可进一步根据钻井液和地层的几何分布情况，推导出井筒内钻井液和周围地层的电阻率。在检测到反馈的电流较大时，就需要降低目标发射功率，同时调整针对每个放大单元的增益系数，使得即使在钻井液和周围地层这两种介质电阻率的大小关系不同且地层电阻率变化范围较大的条件下，电流信号在理想的目标发射功率所在的一定容许范围内进行传输。

进一步的，由于第一信号接收模块203距离信号生成模块202较近，第二信号接收模块204距离信号生成模块202较远，在实际应用过程中，第一信号接收模块203对应的第一等效电阻率受钻井液的影响较大，并且受地层电阻率的影响较小，第二信号接收模块204对应的第二等效电阻率受地层电阻率的影响较大，并且受钻井液的影响较小。因此，中央处理模块100在计算出第一等效电阻190和第二等效电阻200后，需要比较第一等效电阻率和第二等效电阻率的大小，以大体判断地层电阻率和钻井液电阻率的大小关系，进一步，根据比较结果调整目标发射频率、目标发射频率对应的频率控制信号、第一增益系数和第二增益系数。

进一步的，在一个实施例中，当判断出第一等效电阻率小于第二等效电阻率且其差值超过预设的调整阈值时，则需要基于工程需求参数，减小目标发射频率(或采用小数值的目标发射频率)，增大第一增益系数和所述第二增益系数(或采用大数值的增益系数)。这种情况下，发射频率(或发射电压)较小，被测电阻(第一等效电阻率和第二等效电阻率)较小，接收到的信号强度较小，因此，需要采用较大的增益系数，使得电阻率采集精度保持较高的水平并且整个装置的功耗维持在较小的水平。

进一步的，在一个实施例中，当判断出第一等效电阻率大于第二等效电阻率且其差值超过预设的调整阈值时，则需要基于工程需求参数，增大目标发射频率(或采用大数值的目标发射频率)，减小第一增益系数和第二增益系数(或采用小数值的增益系数)。这种情况下，发射频率(或发射电压)较大，被测电阻(第一等效电阻率和第二等效电阻率)较大，装置的工作电流较小，接收到的信号强度较大，因此，需要采用较小的增益系数，使得电阻率采集精度保持较高的水平并且整个装置的功耗维持在较小的水平。

这样，一方面可通过调节目标发射功率的方式，更高效的使用发射仪器的电能，提高电池的使用时间，还能够通过调节两个信号接收模块的增益系数，分别调整接收模块的信号采集方式，进一步使得装置的综合功率维持在较低的状态。

另外，本发明还提出了一种用于随钻侧向电阻率测量的方法，该方法利用上述用于随钻侧向电阻率测量的装置进行自适应的电阻率测量。图4为本申请实施例的用于随钻侧向电阻率测量的方法的步骤图。如图4所示，首先，在步骤S410中，中央处理模块100发送第一交变电流信号和表征目标发射频率的频率控制信号。其次，(步骤S420)由信号生成模块202接收上述第一交变电流信号和频率控制信号，产生与频率控制信号匹配的目标交变电流信号，使得在信号生成模块上下短节位置处形成目标发射频率对应的电压差，并通过井筒内的钻井液和周围地层、以及短节本体形成的回路输送电压差对应的发射电流信号，而后进入到步骤S430中。

在步骤S430中，在等效电流回路80的作用下，第一信号接收模块203响应发射电流信号，根据预设的可调节的第一增益系数，对响应结果进行采集，将采集得到的第一电流信息反馈至中央处理模块100。

进一步，(步骤S440)同样地，在等效电流回路80的作用下，第二信号接收模块204响应发射电流信号，根据预设的可调节的第二增益系数，对响应结果进行采集，将采集得到的第二电流信息反馈至中央处理模块100。

最终，执行步骤S450，中央处理模块100获取第一信号接收模块203和第二信号接收模块204分别采集的信息(即第一电流信息和第二电流信息)，计算信号发生模块202与第一信号接收模块203之间对应深度的第一等效电阻率、以及信号发生模块202与第二信号接收模块204之间对应深度的第二等效电阻率，基于此，调整目标发射频率、第一增益系数和第二增益系数，用以进行对应参数的更新。具体地，中央处理模块100需要比较计算出的第一等效电阻率和第二等效电阻率的大小，根据比较结果调整频率控制信号、第一增益系数和第二增益系数。

其中，在一个实施例中，若中央处理模块100判断出第一等效电阻率小于第二等效电阻率且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，减小目标发射频率，增大第一增益系数和第二增益系数。

在另一个实施例中，若中央处理模块100判断出第一等效电阻率大于第二等效电阻率且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，增大目标发射频率，减小第一增益系数和第二增益系数。

本发明涉及一种高精度随钻侧向电阻率测量的方法与装置。这种方法和装置在钻井液电阻率和地层电阻率都变化很大，以及这两种介质电阻率的大小关系不同的条件下，采用不同的配置方式进行自适应的电阻率采集方式，这样既可以提高在更大电阻率范围内的高精度的电阻率测量，而且可以更高效率的使用发射仪器的电能，提高电池的使用时间。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于随钻侧向电阻率测量的装置，所述装置设置在短节本体侧壁上，包括：

中央处理模块，其构成为发送第一交变电流信号和表征目标发射频率的频率控制信号；

信号生成模块，其构成为接收所述第一交变电流信号和所述频率控制信号，产生与所述频率控制信号匹配的目标交变电流信号，使得在所述信号生成模块上下短节位置处形成对应的电压差，并通过井筒内的钻井液和周围地层、以及短节本体形成的回路输送所述电压差对应的发射电流信号；

第一信号接收模块，其设置在所述信号生成模块一侧，构成为响应所述发射电流信号，并根据预设的可调节的第一增益系数采集相应的响应结果，并将其反馈至所述中央处理模块；

第二信号接收模块，其设置在所述信号生成模块相较于所述第一信号接收模块的另一侧，构成为响应所述发射电流信号，并根据预设的可调节的第二增益系数采集相应的响应结果，并将其反馈至所述中央处理模块，

其中，所述中央处理模块获取所述第一信号接收模块所采集的信息，计算所述信号生成模块与所述第一信号接收模块之间对应深度的第一等效电阻率，以及获取所述第二信号接收模块所采集的信息，计算所述信号生成模块与所述第二信号接收模块之间对应深度的第二等效电阻率，而后调整所述频率控制信号、所述第一增益系数和所述第二增益系数，用以进行对应参数的更新，其中，

所述中央处理模块，其还构成为比较计算出的所述第一等效电阻率与所述第二等效电阻率的大小关系，根据比较结果调整所述频率控制信号、所述第一增益系数和所述第二增益系数，其中，

若判断出所述第一等效电阻率小于所述第二等效电阻率且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，减小所述目标发射频率，增大所述第一增益系数和所述第二增益系数；若判断出所述第一等效电阻率大于所述第二等效电阻率且其差值超过所述调整阈值，则基于工程需求参数，增大所述目标发射频率，减小所述第一增益系数和所述第二增益系数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号生成模块包括：

电压选择单元，其与所述中央处理模块连接，构成为根据所述频率控制信号选择并输出表征目标发射频率的电压驱动信号；

电流发生单元，其设置在所述短节本体的第一凹槽内，构成为通入所述目标交变电流信号后，在所述电流发生单元的上下短节位置处形成相应的电压差并输出相应的所述发射电流信号；

功率驱动单元，其与所述电压选择单元、所述中央处理模块和所述电流发生单元连接，构成为接收所述电压驱动信号和所述交变电流信号，驱动所述电流发生单元通入所述功率驱动单元生成的所述目标交变电流信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一信号接收模块包括：

第一接收单元，其设置在所述短节本体的第二凹槽内，构成为响应所述发射电流信号并生成第一电流信号；

第一可控放大单元，其与所述第一接收单元和所述中央处理模块连接，构成为根据最新的所述第一增益系数，对采集到的所述第一电流信号进行放大处理，输出放大后的第一电流信号，以及接收从所述中央处理模块发送的调节后的第一增益系数，用以进行更新；

第一模数转换单元，其位于所述第一可控放大单元和所述中央处理模块之间，对所述放大后的第一电流信号进行模数转换处理，将得到的第一电流信息反馈至所述中央处理模块。

4.根据权利要求1~3中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二信号接收模块包括：

第二接收单元，其设置在所述短节本体的第三凹槽内，构成为响应所述发射电流信号并生成第二电流信号；

第二可控放大单元，其与所述第二接收单元和所述中央处理模块连接，构成为根据最新的所述第二增益系数，对采集到的所述第二电流信号进行放大处理，输出放大后的第二电流信号，以及接收从所述中央处理模块发送的调节后的第二增益系数，用以进行更新；

第二模数转换单元，其位于所述第二可控放大单元和所述中央处理模块之间，对所述放大后的第二电流信号进行模数转换处理，将得到的第二电流信息反馈至所述中央处理模块。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信号生成模块还包括分别与所述电流发生单元、所述功率驱动单元和所述中央处理模块连接的电流检测单元，所述电流检测单元构成为采集所述发射电流信号，对所述发射电流信号进行预处理后生成相应的反馈参数，并将所述反馈参数发送至所述中央处理模块，

所述中央处理模块构成为根据获取到的所述反馈参数调整所述目标发射频率。

6.一种用于随钻侧向电阻率测量的方法，其特征在于，所述方法利用如权利要求1~5中任一项所述的装置进行自适应的电阻率测量，所述方法包括：

步骤一、中央处理模块发送第一交变电流信号和表征目标发射频率的频率控制信号；

步骤二、信号生成模块接收所述第一交变电流信号和所述频率控制信号，产生与所述频率控制信号匹配的目标交变电流信号，使得在所述信号生成模块上下短节位置处形成对应的电压差，并通过井筒内的钻井液和周围地层、以及短节本体形成的回路输送所述电压差对应的发射电流信号；

步骤三、第一信号接收模块响应所述发射电流信号，并根据预设的可调节的第一增益系数采集相应的响应结果，并将其反馈至所述中央处理模块；

步骤四、第二信号接收模块响应所述发射电流信号，并根据预设的可调节的第二增益系数采集相应的响应结果，并将其反馈至所述中央处理模块；

步骤五、所述中央处理模块获取所述第一信号接收模块采集的信息，计算所述信号生成模块与所述第一信号接收模块之间对应深度的第一等效电阻率，以及获取所述第二信号接收模块所采集的信息，计算所述信号生成模块与所述第二信号接收模块之间对应深度的第二等效电阻率，而后调整所述频率控制信号、所述第一增益系数和所述第二增益系数，用以进行对应参数的更新，其中，

所述中央处理模块比较计算出的所述第一等效电阻率和所述第二等效电阻率的大小关系，根据比较结果调整所述频率控制信号、所述第一增益系数和所述第二增益系数，其中，

若判断出所述第一等效电阻率小于所述第二等效电阻率且其差值超过预设的调整阈值，则基于工程需求参数，减小所述目标发射频率，增大所述第一增益系数和所述第二增益系数；

若判断出所述第一等效电阻率大于所述第二等效电阻率且其差值超过所述调整阈值，则基于工程需求参数，增大所述目标发射频率，减小所述第一增益系数和所述第二增益系数。

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