CN111929740B - 一种阵列侧向测井仪及其控制方法 - Google Patents

一种阵列侧向测井仪及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种阵列侧向测井仪及其控制方法，该阵列侧向测井仪包括测井仪本体、控制电路和单片机；控制电路的驱动电路接收各采样电极对反馈的采样信号和单片机输出的不同频率的驱动信号，一一对应地向各屏蔽电极输出电信号，以使主电极与各屏蔽电极之间以及屏蔽电极与屏蔽电极之间形成不同频率的电场；单片机通过控制电路的采样电路获取采样电流信号和采样电压信号，并根据采样电流信号和采样电压信号，获取不同探测深度的地层电阻率。本发明实施例有利于简化阵列侧向测井仪的结构，有利于减小阵列侧向测井仪的尺寸，降低阵列侧向测井仪的成本，以及提高阵列侧向测井仪可靠性。

Description

一种阵列侧向测井仪及其控制方法
技术领域
本发明实施例涉及测井仪技术领域，尤其涉及一种阵列侧向测井仪及其控制方法。
背景技术
阵列侧向测井仪是在双侧向测井仪的基础上发展起来的，双侧向测井仪有深、浅两个频率，分别代表不同的探测深度，因此其所获得的地层信息少，致使其纵向分辨率低，无法详细描述侵入剖面。而阵列侧向测井仪具有多种频率，分别代表不同的探测深度，从而具有较高的纵向分辨率。
但是，由于现有技术中阵列侧向测井仪通常采用复杂的电路器件，以获取不同频率下的模拟信号，并采用硬件电路对所采集的信号进行滤波、分析处理等，因此现有技术中阵列侧向测井仪的信号处理分析电路复杂，从而测井仪的整体体积，进而增加测井仪的成本。
发明内容
针对上述存在问题，本发明实施例提供一种阵列侧向测井仪及其控制方法，以简化阵列侧向测井仪的结构，减小阵列测井仪的体积，降低阵列测井仪侧成本。
第一方面，本发明实施例提供了一种阵列侧向测井仪，包括：测井仪本体、控制电路和单片机；
所述测井仪本体包括多个电极；多个所述电极包括主电极、2n个屏蔽电极和2m对采样电极对；各所述屏蔽电极和各所述采样电极对均以所述主电极为对称轴对称设置；每对所述采样电极对包括两个所述采样电极；所述采样电极对设置于所述主电极和与所述主电极相邻的屏蔽电极之间以及相邻的两个所述屏蔽电极之间；其中，n≥2，m≥1，且m＜n，m和n均为正整数；
所述控制电路包括两个驱动电路和两个采样电路；
每个所述驱动电路分别与位于所述主电极同一侧的各所述屏蔽电极以及位于相邻的两个所述屏蔽电极之间的采样电极电连接；所述驱动电路还与所述单片机的输出端电连接；所述驱动电路用于接收各所述采样电极对反馈的采样信号和所述单片机输出的不同频率的驱动信号，并一一对应地向各所述屏蔽电极输出电信号，以使所述主电极与各所述屏蔽电极之间以及所述屏蔽电极与所述屏蔽电极之间形成不同频率的电场；
每个所述采样电路分别与所述主电极以及位于所述主电极同一侧且位于所述主电极和与所述主电极相邻的所述屏蔽电极之间的采样电极电连接；所述采样电路还与所述单片机的输入端电连接；所述单片机用于通过所述采样电路获取采样电流信号和采样电压信号，并根据所述采样电流信号和所述采样电压信号，获取不同探测深度的地层电阻率。
第二方面，本发明实施例还提供了一种阵列侧向测井仪的控制方法，用于控制上述阵列侧向测井仪，所述控制方法包括：
单片机向驱动电路提供不同频率的驱动信号，以使所述驱动电路在接收到各所述驱动信号和各所述采样电极的采样信号时，一一对应地向各所述屏蔽电极提供电信号，控制所述主电极与各所述屏蔽电极之间、所述屏蔽电极与所述屏蔽电极之间形成不同频率的电场；
所述单片机通过所述采样电路获取采样电流信号和采样电压信号，并根据所述采样电流信号和所述采样电压信号，获取不同探测深度的地层电阻率。
本发明实施例提供的阵列侧向测井仪及其控制方法，通过单片机提供不同频率的驱动信号至驱动电路，以使驱动电路驱动测井仪本体中的屏蔽电极，使得测井仪本体中的主电极与屏蔽电极之间以及屏蔽电极与屏蔽电极之间形成不同频率的电场；此时，单片机能够通过采样电路获得相应的采样电流信号和采样电压信号，并对该采样电流信号和采样电压信号进行分析处理后，获得不同探测深度的地层电阻率；如此，采用单片机提供不同频率的驱动信号以及通过单片机对所采集的采样电压信号和采样电流信号进行分析处理，无需设置复杂的硬件检波电路即可实现对驱动电路的控制以及对采样电压信号和采样电流信号的分析处理，从而有利于简化阵列侧向测井仪的结构，有利于减小阵列侧向测井仪的尺寸，降低阵列侧向测井仪的成本。同时，本发明实施例中驱动电路会接收不同频率的驱动信号和各采样电极的采样信号，并根据该采样信号和驱动信号，向各屏蔽电极一一对应地提供电信号，相较于只根据驱动信号向各屏蔽电极提供电信号的方案，本发明实施例能够提高提供至各屏蔽电极的电信号的准确性，从而能够提高所获得的不同探测深度的地层电阻率的准确性，进而提高阵列侧向测井仪可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种阵列侧向测井仪的测井仪本体的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种阵列侧向测井仪的电路结构示意图；
图3是本发明实施例提供的又一种阵列侧向测井仪的电路结构示意图；
图4是本发明实施例提供的又一种阵列侧向测井仪的测井仪本体的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种驱动电路的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种驱动电路的具体电路结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种采样电路的具体电路结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一种阵列侧向测井仪的控制方法的流程图；
图9是本发明实时提供的一种不同探测深度的地层电阻率的获取方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供了一种阵列侧向测井仪，该阵列侧向测井仪可在石油钻井时，进行测井。图1是本发明实施例提供的一种阵列侧向测井仪的测井仪本体的结构示意图；图2是本发明实施例提供的一种阵列侧向测井仪的电路结构示意图。如图1所示，该阵列侧向测井仪包括测井仪本体10、控制电路和单片机30。
测井仪本体10包括多个电极，该多个所述电极包括主电极A0、2n个屏蔽电极(A1、A2、A3、…、Am、…、An、A1'、A2'、A3'、…、Am'、…、An')和2m对采样电极对(B1、B2、B3、…、Bm、B1'、B2'、B3'、…、Bm')；各屏蔽电极(A1、A2、A3、…、Am、…、An、A1'、A2'、A3'、…、Am'、…、An')和各采样电极对(B1、B2、B3、…、Bm、B1'、B2'、B3'、…、Bm')均以主电极A0为对称轴对称设置，即屏蔽电极A1、A2、A3、…、Am…、An与屏蔽电极A1'、A2'、A3'、…、Am'、…、An'以主电极A0为对称轴对称设置，以及采样电极对B1、B2、B3、…、Bm与采样电极对B1'、B2'、B3'、…、Bm'以主电极A0为对称轴对称设置。每对采样电极对包括两个采样电极，即采样电极对B1(B1')包括采样电极B11(B11')和B12(B12')，采样电极对B2(B2')包括采样电极B21(B21')和B22(B22')，采样电极对B3(B3')包括采样电极B31(B31')和B32(B32')，…，采样电极对Bm(Bm')包括采样电极Bm1(Bm1')和Bm2(Bm2')，且采样电极对设置于主电极A0和与主电极相邻的屏蔽电极A1(A1')之间以及相邻的两个屏蔽电极之间，例如采样电极对B1(B1')设置于主电极和A0和与主电极相邻的屏蔽电极A1(A1')之间，采样电极对B2(B2')设置于屏蔽电极A1(A1')与屏蔽电极A2(A2')之间，采样电极对B3(B3')设置于屏蔽电极A2(A2')与屏蔽电极A3(A3')之间，…，采样电极对Bm(Bm')设置于屏蔽电极Am-1(Am-1')与屏蔽电极Am(Am')之间。
需要说明的是，本发明实施例中测井仪本体包括2n个采样电极和2m个屏蔽电极，n≥2以及m≥1，且m＜n，m和n均为正整数，例如n可以为5，m可以为3；或者n为6，m为3，在满足上述条件的基础上本发明实施例对m和n的值不做具体限定。
结合图1和图2所示，控制电路包括两个驱动电路(211、212)和两个采样电路(221、222)。其中，每个驱动电路分别与位于主电极A0同一侧的各屏蔽电极以及位于相邻的两个屏蔽电极之间的采样电极电连接，即驱动电路211与位于主电极A0一侧的屏蔽电极A1、A2、A3、…、Am、…、An以及相邻的两个屏蔽电极之间的采样电极B21、B22、B31、B32…、Bm1、Bm2电连接，而驱动电路212与位于主电极A0另一侧的屏蔽电极A1'、A2'、A3'、…、Am'、…、An'以及相邻的两个屏蔽电极之间的采样电极对B21'、B22'、B31'、B32'…、Bm1'、Bm2'电连接；驱动电路(211、212)还与单片机30的输出端电连接；驱动电路211(212)用于接收各采样电极对B2、B3、…、Bm(B2'、B3'、…、Bm')反馈的采样信号和单片机30输出的不同频率的驱动信号，并一一对应地向各屏蔽电极A1、A2、A3、…、Am、…、An(A1'、A2'、A3'、…、Am'、…、An')输出电信号，以使主电极A0与各屏蔽电极A1、A2、A3、…、Am、…、An(A1'、A2'、A3'、…、Am'、…、An')之间以及屏蔽电极与屏蔽电极之间形成不同频率的电场。
相应的，每个采样电路分别与主电极A0以及位于主电极A0同一侧且位于主电极A0和与主电极A0相邻的屏蔽电极之间的采样电极电连接，即采样电路221与主电极A0以及采样电极B11和B12电连接，采样电路222与主电极A0以及采样电极B11'和B12'电连接；采样电路(221、222)还与单片机30的输入端电连接；单片机30用于通过采样电路(221、222)获取采样电流信号和采样电压信号，并根据该采样电流信号和采样电压信号，获取不同探测深度的地层电阻率。
如此，通过单片机30向驱动电路(211、212)提供不同频率的驱动信号，以及采用单片机30通过采样电路(221、222)获取采样电流信号和采样电压信号，并对该采样电流信号和采样电压信号进行分析处理后，即可获得不同探测深度的地层电阻率，以根据该不同探测深度的地层电阻率，获得不同探测深度的地层孔隙度、孔隙流体性质等，从而无需设置硬件检波电路，直接通过单片机30采集采样电流信号和采样电压信号，有利于简化阵列侧向测井仪的电路结构，有利于减小阵列侧向测井仪的尺寸，降低阵列侧向测井仪的成本。同时，驱动电路(211、212)会接收不同频率的驱动信号和各采样电极的采样信号，并根据该采样信号和驱动信号，向各屏蔽电极一一对应地提供电信号，相较于只根据驱动信号向各屏蔽电极提供电信号的方案，能够提高提供至各屏蔽电极的电信号的准确性，从而提高所获得的不同探测深度的地层电阻率的准确性，进而提高阵列侧向测井仪可靠性。
其中，单片机30对所获得的采样电流信号和采样电压信号进行分析处理的方法例如可以通过对采样电流信号和采样电压信号进行傅里叶变换，将所采集的采样电流信号和采样电压信号由时域变为频域，即可获得不同频率的电场对应的采样电流信号的幅值和采样电压的幅值，从而能够不同频率的电场对应的电阻率。由于不同频率的电场对应不同的探测深度，因此所计算的不同频率的电场对应的电阻率即为不同探测深度的地层电阻率。
可选的，单片机具体用于：根据预设采样频率分辨率f和预设采样点数P，通过采样电路获取P个采样电压信号和P个采样电流信号；分别对P个采样电压信号和P个采样电流信号进行傅里叶变换，获取与不同频率的驱动信号对应的采样电压信号的幅值和采样电流信号的幅值；根据各频率的驱动信号对应的采样电压信号和采样电流信号的幅值，计算不同探测深度的地层电阻率。
示例性的，若屏蔽电极的数量为10个，所提供的不同频率的驱动信号的频率分别为90Hz、120Hz、150Hz、180Hz时，单片机的采样频率的分辨率至为30Hz。由于倍频后的频率干扰比较大，因此可将单片机的采样频率的分辨率设置为15Hz，即预设采样频率分辨率f为15Hz，而采样点数P可设置为512，此时所得到的采样率Fs为f*P，即采样率为7680，从而能够得到不同频率(90Hz、120Hz、150Hz、180Hz)的采样电压信号和采样电流信号。通过对不同频率的采样电压信号和采样电流信号进行傅里叶变换，而进行傅里叶变换的公式为：
Figure BDA0002610648670000081
其中，x(s)为直接通过采样电路所获得采样电流信号或采样电压信号，X(k)为经傅里叶变换后的数据。如此，经傅里叶变换后，即可分别获得不同频率的电场对应的采样电压信号和采样电流信号的幅值和相位等，并根据电阻率公式：
Figure BDA0002610648670000082
其中，Ri为不同频率的电阻率，Vi为对应频率的电压幅值，Ii为对应频率的电流幅值。例如，当频率为90Hz、120Hz、150Hz、180Hz时，R1、V1和I1分别为90Hz对应的电阻率、电压幅值和电流幅值，R2、V2和I2分别为120Hz对应的电阻率、电压幅值和电流幅值，R3、V3和I3分别为150Hz对应的电阻率、电压幅值和电流幅值，R4、V4和I4分别为180Hz对应的电阻率、电压幅值和电流幅值。如此，通过采用傅里叶变换将采样电流信号和采样电压信号由时域变为频域，从而能够获得不同探测深度的地层电阻率。
可选的，图3是本发明实施例提供的又一种阵列侧向测井仪的电路结构示意图。如图3所示，在相邻两个屏蔽电极之间未设置采样电极对时，驱动电路还用于分别接收部分相邻且未设置采样电极对的屏蔽电极的采样信号。例如，从屏蔽电极Am(Am')到屏蔽电极An(An')的各相邻的屏蔽电极之间均未设置采样电极对；此时，驱动电路211可接收屏蔽电极Am和屏蔽电极Am+1的采样信号、屏蔽电极Am+1和屏蔽电极Am+2的采样信号、…、以及屏蔽电极Aq和屏蔽电极Aq+1的采样信号，并根据相应的驱动信号以及屏蔽电极Am和屏蔽电极Am+1的采样信号分别输出电信号至屏蔽电极Am和屏蔽电极Am+1，根据相应的驱动信号以及屏蔽电极Aq和屏蔽电极Aq+1的采样信号分别输出电信号至屏蔽电极Aq和屏蔽电极Aq+1，…，以及根据相应的驱动信号以及屏蔽电极Aq和屏蔽电极Aq+1的采样信号分别输出电信号至屏蔽电极Aq和屏蔽电极Aq+1；相应的，驱动电路212可接收屏蔽电极Am'和屏蔽电极Am+1'的采样信号、屏蔽电极Am+1'和屏蔽电极Am+2'的采样信号、…、以及屏蔽电极Aq'和屏蔽电极Aq+1'的采样信号，并根据相应的驱动信号以及屏蔽电极Am'和屏蔽电极Am+1'的采样信号分别输出电信号至屏蔽电极Am'和屏蔽电极Am+1'，根据相应的驱动信号以及屏蔽电极Aq'和屏蔽电极Aq+1'的采样信号分别输出电信号至屏蔽电极Aq'和屏蔽电极Aq+1'，…，以及根据相应的驱动信号以及屏蔽电极Aq'和屏蔽电极Aq+1'的采样信号分别输出电信号至屏蔽电极Aq'和屏蔽电极Aq+1'；其中，n＞q≥m，且q为正整数。如此，能够进一步提高提供至各屏蔽电极的电信号的准确性，从而进一步提高阵列侧向测井仪可靠性，进而提高所获得的不同探测深度的地层电阻率的准确性。
在具体实现中，可选的，图4是本发明实施例提供的又一种阵列侧向测井仪的测井仪本体的结构示意图。如图4所示，该阵列侧向测井仪中，位于主电极A0同一侧的屏蔽电极包括依次排列的第一屏蔽电极A1(A1')、第二屏蔽电极A2(A2')、第三屏蔽电极A3(A3')、第四屏蔽电极A4(A4')和第五屏蔽电极A5(A5')。同时，主电极A0与第一屏蔽电极A1(A1')之间设置有第一采样电极对B1(B1')，第一屏蔽电极A1(A1')与第二屏蔽电极A2(A2')之间设置有第二采样电极对B2(B2')，第二屏蔽电极A2(A2')与第三屏蔽电极A3(A3')之间设置有第三采样电极对B3(B3')。其中，第一采样电极对B1(B1')包括两个第一采样电极B11和B12(B11'和B12')，第二采样电极对B2(B2')包括两个第二采样电极B21和B22(B21'和B22')，第三采样电极对B3(B3')包括两个第三采样电极B31和B32(B31'和B32')。
相应的，图5是本发明实施例提供的一种驱动电路的结构示意图。结合图4和图5所示，驱动电路211(212)包括第一驱动电路2111(2121)、第二驱动电路2112(2122)、第三驱动电路2113(2123)和第四驱动电路2114(2124)。其中，第一驱动电路2111(2121)的各输入端分别与单片机的第一输出端out1和第二采样电极对B2(B2')的各采样电极B21和B22(B21'和B22')电连接；所述第一驱动电路的各输出端分别与第一屏蔽电极和所述第二屏蔽电极电连接；第一驱动电路2111(2121)用于接收第二采样电极对B2(B2')的各采样电极B21和B22(B21'和B22')的采样信号和单片机输出的第一驱动信号，并根据第二采样电极对B2(B2')的采样电极B21和B22(B21'和B22')的电压差和第一驱动信号，向第一屏蔽电极A1(A1')和第二屏蔽电极A2(A2')提供电信号。第二驱动电路2112(2122)的各输入端分别与单片机的第二输出端out2和第三采样电极对B3(B3')的各采样电极B31和B32(B31'和B32')电连接；第二驱动电路2112(2122)的各输出端分别与第二屏蔽电极A2(A2')和第三屏蔽电极A3(A3')电连接；第二驱动电路2112(2122)用于接收第三采样电极对B3(B3')的各采样电极B31和B32(B31'和B32')的采样信号和单片机输出的第二驱动信号，并根据第三样电极对B3(B3')的采样电极B31和B32(B31'和B32')的电压差和第二驱动信号，向第二屏蔽电极A2(A2')和第三屏蔽电极B3(B3')提供电信号。第三驱动电路2113(2123)的各输入端分别与单片机的第三输出端out2、第三屏蔽电极A3(A3')和第四屏蔽电极A4(A4')电连接；第三驱动电路2113(2123)的各输出端分别与第三屏蔽电极A3(A3')和第四屏蔽电极A4(A4')电连接；第三驱动电路2113(2123)用于接收第三屏蔽电极A3(A3')和第四屏蔽电极A4(A4')的采样信号以及单片机输出的第三驱动信号，并根据第三屏蔽电极A3(A3')和第四屏蔽电极A4(A4')的电压差以及第三驱动信号，向第三屏蔽电极A3(A3')和第四屏蔽电极A4(A4')提供电信号。第四驱动电路2114(2124)的输入端与单片机的第四输出端out，第四驱动电路2114(2124)的输出端与第五屏蔽电极A5(A5')电连接；第四驱动电路2114(2124)用于接收单片机输出的第四驱动信号，并根据第四驱动信号，向第五屏蔽电极A5(A5')提供电信号。其中，单片机的第一输出端out1输出的第一驱动信号、单片机的第二输出端out2输出的第二驱动信号、单片机的第三输出端out3输出的第三驱动信号和单片机的第四输出端out4输出的第四驱动信号分别为不同频率的驱动信号。
示例性的，图6是本发明实施例提供的一种驱动电路的具体电路结构示意图。以与位于主电极同一侧的各屏蔽电极和各采样电极电连接的驱动电路为例，与位于主电极另一侧的各屏蔽电极和各采样电极电连接的驱动电路与图6示出的驱动电路的结构相同，在此不再赘述。
结合图4和图6所示，第一驱动电路2111包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第一负反馈电阻R11和第一互感器L1；第一运算放大器U1的同相输入端和反相输入端分别与第二采样电极对B2的各采样电极B21和B22电连接，第一运算放大器U1的输出端与第二运算放大器U2的同相输入端电连接；第二运算放大器U2的反相输入端与单片机的第一输出端out1电连接，第二运算放大器U2的输出端通过第一负反馈电阻R11与第二运算放大器U2的反相输入端；第二运算放大器U2的输出端还与第一互感器L1的第一输入端电连接；第一互感器L1的第二输入端接地，第一互感器L1的第一输出端和第二输出端分别与第一屏蔽电极A1和第二屏蔽电极A2电连接。如此，位于第一屏蔽电极A1和第二屏蔽电极A2之间的第二采样电极对B2的采样电极B21和B22的电压差经第一运算放大器U1进行信号放大后输入至第二运算放大器U2，而第二运算放大器U2能够将采样电极B21和B22的电压差补偿至第一驱动信号中，并将补偿后的信号经第一互感器L1进行电压转换后提供至第一屏蔽电极和第二屏蔽电极，从而能够防止因地层之间存在电信号差异，影响主电极A0与第一屏蔽电极A1和第二屏蔽电极A2，以及第一屏蔽电极A1与其它屏蔽电极和第二屏蔽电极A2与其它屏蔽电极所产生的电场的强度，进而有利于提高所获得的相应探测深度的地层电阻率的准确性。
第二驱动电路2112包括第三运算放大器U3、第四运算放大器U4、第二负反馈电阻R12和第二互感器L2；第三运算放大器U3的同相输入端和反相输入端分别与第三采样电极对B3的各采样电极B31和B32电连接，第三运算放大器U3的输出端与第四运算放大器U4的同相输入端电连接；第四运算放大器U4的反相输入端与单片机的第二输出端out2电连接，第四运算放大器U4的输出端通过第二负反馈电阻R12与第四运算放大器U4的反相输入端；第四运算放大器U4的输出端还与第二互感器L2的第一输入端电连接；第二互感器L2的第二输入端接地，第二互感器L2的第一输出端和第二输出端分别与第二屏蔽电极A2和第三屏蔽电极A3电连接。如此，位于第二屏蔽电极A2和第三屏蔽电极A3之间的第三采样电极对B3的采样电极B31和B32的电压差经第三运算放大器U3进行信号放大后输入至第四运算放大器U4，而第四运算放大器U4能够将采样电极B31和B32的电压差补偿至第二驱动信号中，并将补偿后的信号经第二互感器L2进行电压转换后提供至第二屏蔽电极A2和第三屏蔽电极A3，从而能够防止因地层之间存在电信号差异，影响主电极A0与第二屏蔽电极A2和第三屏蔽电极A3，以及第二屏蔽电极A2与其它屏蔽电极和第三屏蔽电极A3与其它屏蔽电极所产生的电场的强度，进而有利于提高所获得的相应探测深度的地层电阻率的准确性。
第三驱动电路2113包括第五运算放大器U5、第六运算放大器U6、第三负反馈电阻R13和第三互感器L3；第五运算放大器U5的同相输入端和反相输入端分别与第三屏蔽电极A3和第四屏蔽电极A4电连接，第五运算放大器U5的输出端与第六运算放大器U6的同相输入端电连接；第六运算放大器U6的反相输入端与单片机的第三输出端out3电连接，第六运算放大器U6的输出端通过第三负反馈电阻R13与第六运算放大器U6的反相输入端；第六运算放大器U6的输出端还与第三互感器L3的第一输入端电连接；第三互感器L3的第二输入端接地，第三互感器L3的第一输出端和第二输出端分别与第三屏蔽电极A3和第四屏蔽电极A4电连接。如此，第三屏蔽电极A3和第四屏蔽电极A4的电压差经第五运算放大器U5进行信号放大后输入至第六运算放大器U6，而第六运算放大器U6能够将第三屏蔽电极A3和第四屏蔽电极A4的电压差补偿至第三驱动信号中，并将补偿后的信号经第三互感器L3进行电压转换后提供至第三屏蔽电极A3和第四屏蔽电极A4，从而能够防止因地层之间存在电信号差异，影响主电极A0与第三屏蔽电极A3和第四屏蔽电极A4，以及第三屏蔽电极A3与其它屏蔽电极和第四屏蔽电极A4与其它屏蔽电极所产生的电场的强度，进而有利于提高所获得的相应探测深度的地层电阻率的准确性。
第四驱动电路2114包括第七运算放大器U7；第七运算放大器U7的同相输入端与单片机的第四输出端out4电连接，第七运算放大器U7的反向输入端接地，第七运算放大器U7的输出端与第五屏蔽电极A5电连接。如此，第五屏蔽电极能够根据第七运算放大器U7输出的电信号与主电极A0和其它屏蔽电极之间产生相应频率的电场。
本发明实施例能够获得具有较高准确率的不同探测频率的地层电阻率，使得阵列侧向测井仪具有较高的可靠性。
此外，在驱动电路的第一驱动电路2111、第二驱动电路2112、第三驱动电路2113和第四驱动电路2114中还可以包括多个分压电阻，以对相应的信号进行分压。
示例性的，继续结合参考图4和图6所示，第一驱动电路2111还包括第一分压电阻R21、第二分压电阻R22、第三分压电阻R23和第四分压电阻R24；第二采样电极对B2的各采样电极B21和B22分别通过第一分压电阻R21和第二分压电阻R22与第一运算放大器U1的同相输入端和反相输入端电连接，第一运算放大器U1的输出端通过第三分压电阻R23与第二运算放大器U2的同相输入端电连接，单片机的第一输出端out1通过第四分压电阻R24与第二运算放大器U2的反相输入端电连接。第二驱动电路2112还包括第五分压电阻R25、第六分压电阻R26、第七分压电阻R27和第八分压电阻R28；第三采样电极对B3的各采样电极B31和B32分别通过第五分压电阻R25和第六分压电阻R26与第三运算放大器U3的同相输入端和反相输入端电连接，第三运算放大器U3的输出端通过第七分压电阻R27与第四运算放大器U4的同相输入端电连接，单片机的第二输出端out2通过第八分压电阻R28与第四运算放大器U4的反相输入端电连接。第三驱动电路2113还包括第九分压电阻R29、第十分压电阻R210、第十一分压电阻R211和第十二分压电阻R212；第三屏蔽电极A3通过第九分压电阻R29与第五运算放大器U5的同相输入端电连接，第四屏蔽电极A4通过第十分压电阻R210与第五运算放大器U5的反相输入端电连接，第五运算放大器U5的输出端通过第十一分压电阻R211与第六运算放大器U6的同相输入端电连接；单片机的第三输出端out3通过第十二分压电阻R212与第六运算放大器U6的反相输入端电连接。
示例性的，图7是本发明实施例提供的一种采样电路的具体电路结构示意图。以与位于主电极同一侧且设置于主电极和与主电极相邻的屏蔽电极之间的各采样电极电连接的采样电路为例，与位于主电极同一侧且设置于主电极和与主电极相邻的屏蔽电极之间的各采样电极电连接的采样电路与图7示出的采样电路的结构相同，在此不再赘述。
结合图4和图7所示，采样电路包括第八运算放大器U8、第九运算放大器U9、第十运算放大器U10和第十三分压电阻R213；第八运算放大器U8的同相输入端和反相输入端分别与第一采样电极B1的各采样电极B11和B12电连接，第八运算放大器U8的输出端与第十运算放大器U10的同相输入端电连接，第八运算放大器U8的输出端还通过第十三分压电阻R213与第十运算放大器U10的反相输入端电连接；第十运算放大器U10的输出端与单片机的采样电流信号输入端In1电连接；第九运算放大器U9的反相输入端与第一采样电极对B1中靠近主电极A0一侧的采样电极B11电连接，第九运算放大器U9的同相输入端与地面N电极电连接，第九运算放大器U9的输出端与单片机的采样电压信号输入端In2电连接。如此，主电极以及第一采样电极对B1的采样电极B11和B12的电信号依次经第八运算放大器U8和第十运算放大器U10后，由第十运算放大器U10的输出端输出，使得单片机的采样电流输入端In1能够采集到相应的采样电流信号；而第一采样电极对B1的采样电极B11的电信号和地面N电极的电势信号经第九运算放大器U9后，由第九运算放大器U9的输出端输出，使得单片机的采样电压信号输入端In2能够采集到相应的采样电压信号，从而能够根据该采样电流信号和采样电压信号获得不同探测深度的地层电阻率。
本发明实施例还提供一种阵列侧向测井仪的控制方法，该控制方法能够用于控制本发明实施例提供的阵列侧向测井仪，该控制方法的步骤与阵列侧向测井仪的运行过程保持一致，因此该控制方法具备本发明实施例提供的阵列侧向测井仪有益效果，相同之处可参照上述对本发明实施例提供的阵列侧向测井仪的描述，在此不再赘述。
示例性的，图8是本发明实施例提供的一种阵列侧向测井仪的控制方法的流程图。如图8所示，该控制方法包括：
S110、单片机向驱动电路提供不同频率的驱动信号，以使驱动电路在接收到各驱动信号和各采样电极的采样信号时，一一对应地向各屏蔽电极提供电信号，控制主电极与各屏蔽电极之间、屏蔽电极与屏蔽电极之间形成不同频率的电场；
S120、单片机通过采样电路获取采样电流信号和采样电压信号，并根据采样电流信号和采样电压信号，获取不同探测深度的地层电阻率。
其中，图9是本发明实时提供的一种不同探测深度的地层电阻率的获取方法的流程图。如图9所示，通过采样电路获取采样电流信号和采样电压信号，并根据采样电流信号和采样电压信号，获取不同探测深度的地层电阻率，具体包括：
S121、获取单片机的预设采样分辨率f和预设采样点数P；
S122、以预设采样分辨率f，通过采样电路获取P个采样电压信号和P个采样电流信号；
S123、分别对P个采样电压信号和P个采样电流信号进行傅里叶变换，获取与不同频率的驱动信号对应的采样电压信号的幅值和采样电流信号的幅值；
S124、根据各频率的驱动信号对应的采样电压信号的幅值和采样电流信号的幅值，计算不同探测深度的地层电阻率。
本发明实施例采用单片机提供不同频率的驱动信号以及通过单片机对所采集的采样电压信号和采样电流信号进行分析处理，无需设置复杂的硬件检波电路即可实现对驱动电路的控制以及对采样电压信号和采样电流信号的分析处理，从而有利于简化阵列侧向测井仪的结构，有利于减小阵列侧向测井仪的尺寸，降低阵列侧向测井仪的成本。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种阵列侧向测井仪，其特征在于，包括：测井仪本体、控制电路和单片机；
所述测井仪本体包括多个电极；多个所述电极包括主电极、2n个屏蔽电极和2m对采样电极对；各所述屏蔽电极和各所述采样电极对均以所述主电极为对称轴对称设置；每对所述采样电极对包括两个所述采样电极；所述采样电极对设置于所述主电极和与所述主电极相邻的屏蔽电极之间以及相邻的两个所述屏蔽电极之间；其中，n≥2，m≥1，且m＜n，m和n均为正整数；
所述控制电路包括两个驱动电路和两个采样电路；
每个所述驱动电路分别与位于所述主电极同一侧的各所述屏蔽电极以及位于相邻的两个所述屏蔽电极之间的采样电极电连接；所述驱动电路还与所述单片机的输出端电连接；所述驱动电路用于接收各所述采样电极对反馈的采样信号和所述单片机输出的不同频率的驱动信号，并一一对应地向各所述屏蔽电极输出电信号，以使所述主电极与各所述屏蔽电极之间以及所述屏蔽电极与所述屏蔽电极之间形成不同频率的电场；
每个所述采样电路分别与所述主电极以及位于所述主电极同一侧且位于所述主电极和与所述主电极相邻的所述屏蔽电极之间的采样电极电连接；所述采样电路还与所述单片机的输入端电连接；所述单片机用于通过所述采样电路获取采样电流信号和采样电压信号，并根据所述采样电流信号和所述采样电压信号，获取不同探测深度的地层电阻率。
2.根据权利要求1所述的阵列侧向测井仪，其特征在于，所述单片机具体用于：
根据预设采样频率分辨率f和预设采样点数P，通过所述采样电路获取P个采样电压信号和P个采样电流信号；分别对P个所述采样电压信号和P个所述采样电流信号进行傅里叶变换，获取与不同频率的驱动信号对应的采样电压信号的幅值和采样电流信号的幅值；根据各频率的驱动信号对应的采样电压信号的幅值和采样电流信号的幅值，计算不同探测深度的地层电阻率。
3.根据权利要求1所述的阵列侧向测井仪，其特征在于，在相邻两个所述屏蔽电极之间未设置所述采样电极对时，所述驱动电路还用于分别接收部分相邻且未设置所述采样电极对的所述屏蔽电极的采样信号。
4.根据权利要求3所述的阵列侧向测井仪，其特征在于，位于所述主电极同一侧的所述屏蔽电极包括依次排列的第一屏蔽电极、第二屏蔽电极、第三屏蔽电极、第四屏蔽电极和第五屏蔽电极；
所述主电极与所述第一屏蔽电极之间设置有第一采样电极对；所述第一屏蔽电极与所述第二屏蔽电极之间设置有第二采样电极对；所述第二屏蔽电极与所述第三屏蔽电极之间设置有第三采样电极对。
5.根据权利要求4所述的阵列侧向测井仪，其特征在于，所述驱动电路包括第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路和第四驱动电路；
所述第一驱动电路的各输入端分别与所述单片机的第一输出端和所述第二采样电极对的各采样电极电连接；所述第一驱动电路的各输出端分别与第一屏蔽电极和所述第二屏蔽电极电连接；所述第一驱动电路用于接收所述第二采样电极对的各采样电极的采样信号和所述单片机输出的第一驱动信号，并根据所述第二采样电极对的采样电极的电压差和所述第一驱动信号，向所述第一屏蔽电极和第二屏蔽电极提供电信号；
所述第二驱动电路的各输入端分别与所述单片机的第二输出端和所述第三采样电极对的各采样电极电连接；所述第二驱动电路的各输出端分别与所述第二屏蔽电极和所述第三屏蔽电极电连接；所述第二驱动电路用于接收所述第三采样电极对的各采样电极的采样信号和所述单片机输出的第二驱动信号，并根据所述第三采样电极对的采样电极的电压差和所述第二驱动信号，向所述第二屏蔽电极和所述第三屏蔽电极提供电信号；
所述第三驱动电路的各输入端分别与所述单片机的第三输出端、所述第三屏蔽电极和所述第四屏蔽电极电连接；所述第三驱动电路的各输出端分别与所述第三屏蔽电极和所述第四屏蔽电极电连接；所述第三驱动电路用于接收所述第三屏蔽电极和所述第四屏蔽电极的采样信号以及所述单片机输出的第三驱动信号，并根据所述第三屏蔽电极和所述第四屏蔽电极的电压差以及所述第三驱动信号，向所述第三屏蔽电极和所述第四屏蔽电极提供电信号；
所述第四驱动电路的输入端与所述单片机的第四输出端电连接，所述第四驱动电路的输出端与所述第五屏蔽电极电连接；所述第四驱动电路用于接收所述单片机输出的第四驱动信号，并根据所述第四驱动信号，向所述第五屏蔽电极提供电信号；
其中，所述第一驱动信号、所述第二驱动信号、所述第三驱动信号和所述第四驱动信号分别为不同频率的驱动信号。
6.根据权利要求5所述的阵列侧向测井仪，其特征在于：
所述第一驱动电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一负反馈电阻和第一互感器；所述第一运算放大器的同相输入端和反相输入端分别与所述第二采样电极对的各采样电极电连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的同相输入端电连接；所述第二运算放大器的反相输入端与所述单片机的第一输出端电连接，所述第二运算放大器的输出端通过所述第一负反馈电阻与所述第二运算放大器的反相输入端；所述第二运算放大器的输出端还与所述第一互感器的第一输入端电连接；所述第一互感器的第二输入端接地，所述第一互感器的第一输出端和第二输出端分别与所述第一屏蔽电极和所述第二屏蔽电极电连接；
所述第二驱动电路包括第三运算放大器、第四运算放大器、第二负反馈电阻和第二互感器；所述第三运算放大器的同相输入端和反相输入端分别与所述第三采样电极对的各采样电极电连接，所述第三运算放大器的输出端与所述第四运算放大器的同相输入端电连接；所述第四运算放大器的反相输入端与所述单片机的第二输出端电连接，所述第四运算放大器的输出端通过所述第二负反馈电阻与所述第四运算放大器的反相输入端；所述第四运算放大器的输出端还与所述第二互感器的第一输入端电连接；所述第二互感器的第二输入端接地，所述第二互感器的第一输出端和第二输出端分别与所述第二屏蔽电极和所述第三屏蔽电极电连接；
所述第三驱动电路包括第五运算放大器、第六运算放大器、第三负反馈电阻和第三互感器；所述第五运算放大器的同相输入端和反相输入端分别与所述第三屏蔽电极和第四屏蔽电极电连接，所述第五运算放大器的输出端与所述第六运算放大器的同相输入端电连接；所述第六运算放大器的反相输入端与所述单片机的第三输出端电连接，所述第六运算放大器的输出端通过所述第三负反馈电阻与所述第六运算放大器的反相输入端；所述第六运算放大器的输出端还与所述第三互感器的第一输入端电连接；所述第三互感器的第二输入端接地，所述第三互感器的第一输出端和第二输出端分别与所述第三屏蔽电极和所述第四屏蔽电极电连接；
所述第四驱动电路包括第七运算放大器；所述第七运算放大器的同相输入端与所述单片机的第四输出端电连接，所述第七运算放大器的反向输入端接地，所述第七运算放大器的输出端与所述第五屏蔽电极电连接。
7.根据权利要求6所述的阵列侧向测井仪，其特征在于：
所述第一驱动电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻；所述第二采样电极对的各采样电极分别通过所述第一分压电阻和所述第二分压电阻与所述第一运算放大器的同相输入端和反相输入端电连接，所述第一运算放大器的输出端通过所述第三分压电阻与所述第二运算放大器的同相输入端电连接，所述单片机的第一输出端通过所述第四分压电阻与所述第二运算放大器的反相输入端电连接；
所述第二驱动电路包括第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻和第八分压电阻；所述第三采样电极对的各采样电极分别通过所述第五分压电阻和所述第六分压电阻与所述第三运算放大器的同相输入端和反相输入端电连接，所述第三运算放大器的输出端通过所述第七分压电阻与所述第四运算放大器的同相输入端电连接，所述单片机的第二输出端通过所述第八分压电阻与所述第四运算放大器的反相输入端电连接；
所述第三驱动电路包括第九分压电阻、第十分压电阻、第十一分压电阻和第十二分压电阻；所述第三屏蔽电极通过所述第九分压电阻与所述第五运算放大器的同相输入端电连接，所述第四屏蔽电极通过所述第十分压电阻与所述第五运算放大器的反相输入端电连接，所述第五运算放大器的输出端通过所述第十一分压电阻与所述第六运算放大器的同相输入端电连接；所述单片机的第三输出端通过所述第十二分压电阻与所述第六运算放大器的反相输入端电连接。
8.根据权利要求4所述的阵列侧向测井仪，其特征在于，所述采样电路包括第八运算放大器、第九运算放大器、第十运算放大器和第十三分压电阻；
所述第八运算放大器的同相输入端和反相输入端分别与所述第一采样电极的各采样电极电连接，所述第八运算放大器的输出端与所述第十运算放大器的同相输入端电连接，所述第八运算放大器的输出端还通过所述第十三分压电阻与所述第十运算放大器的反相输入端电连接；所述第十运算放大器的反相输入端还与所述主电极电连接，所述第十运算放大器的输出端与所述单片机的采样电流信号输入端电连接；
所述第九运算放大器的反相输入端与所述第一采样电极对中靠近所述主电极一侧的采样电极电连接，所述第九运算放大器的同相输入端与地面N电极电连接，所述第九运算放大器的输出端与所述单片机的采样电压信号输入端电连接。
9.一种阵列侧向测井仪的控制方法，用于控制权利要求1～8任一项所述的阵列侧向测井仪，其特征在于，所述控制方法包括：
单片机向驱动电路提供不同频率的驱动信号，以使所述驱动电路在接收到各所述驱动信号和各所述采样电极的采样信号时，一一对应地向各所述屏蔽电极提供电信号，控制所述主电极与各所述屏蔽电极之间、所述屏蔽电极与所述屏蔽电极之间形成不同频率的电场；
所述单片机通过所述采样电路获取采样电流信号和采样电压信号，并根据所述采样电流信号和所述采样电压信号，获取不同探测深度的地层电阻率。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述通过所述采样电路获取采样电流信号和采样电压信号，并根据所述采样电流信号和所述采样电压信号，获取不同探测深度的地层电阻率，包括：
获取所述单片机的预设采样分辨率f和预设采样点数P；
以所述预设采样分辨率f，通过所述采样电路获取P个采样电压信号和P个采样电流信号；
分别对P个所述采样电压信号和P个所述采样电流信号进行傅里叶变换，获取与不同频率的驱动信号对应的采样电压信号的幅值和采样电流信号的幅值；
根据各频率的驱动信号对应的所述采样电压信号的幅值和所述采样电流信号的幅值，计算不同探测深度的地层电阻率。
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