CN113006782A - 半线圈阵列感应测井装置 - Google Patents
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Abstract
半线圈阵列感应测井装置，地面监控设备通过电缆与井下测井仪相连，井下测井仪由发射控制单元、接收控制单元、发射线圈和接收线圈组成，发射控制单元发射高频大功率正弦信号到地层当中，根据法拉第电磁感应定律，变化磁场产生变化的电场，电磁场的特性由介质的特性决定，地层产生测介质特性的二次交变磁场被可等效为磁偶极子天线和电偶极子天线叠加的半线圈所接收，从而达到通过接收线圈检测到的信号识别地层特性的目的；本发明具有远探测、仪器结构简单且体积较小的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种测井装置，特别涉及一种能够实现远距离获取地层电阻率信息的半线圈阵列感应测井装置。
背景技术
地层电导率是识别和评价储层的重要参数，而感应测井是常规的获取地层电阻率的方法。传统的感应测井线圈系，发射线圈和接收线圈都是完整的环形，而半线圈系采用发射为全线圈，接收为半线圈的结构。与传统线圈系相比，半线圈作为接收线圈具有短源距，即可实现远探的优点。半线圈测井系统属于随钻测量系统的一部分，一般是安装在钻井套管中，当前方钻头在地层钻出井眼后，随钻测量系统开始探测地层信息，可传输实时探测储层信息，调整钻井角度，以获取最佳井眼位置。
半线圈阵列感应测井装置利用电磁波进行随钻远距离测量井下地层信息，整个装置主要由发射模块和接收模块构成。发射线圈和接收线圈共轴但位置不同，发射电路给发射线圈发送一定频率的正弦信号到测量系统周围的地层中，井内感应电流变化导致接收线圈上的感应电动势发生变化。测量感应电动势就能得到地层电导率，电性界面相对测井仪器的位置和距离信息等有用信息。
2015年，斯伦贝谢公司在业界首次推出了超深探测随钻储层成像测井仪GeoSphere，实现井眼附近30m地层和地质结构的远距离探测。与现有的电磁波类测井仪器相比，超深探测随钻电磁波测井仪器电阻率适用范围更大。借助实时反演算法，超深探测随钻电磁波测井可以得到地层电阻率和各向异性、地层界面位置、倾角和方位等信息。
传统阵列感应测井方法存在的主要问题是：探测距离近，仪器套管需要配合测井仪器而使得仪器套管尺寸很大，随着油气勘探工作的不断深入和对油气产量的不断提高，越来越多的水平井被钻探用于测井工作，水平井的钻井需要掌握前向和周围地层信息。目前的随钻测井系统具有地层电导率信息探测能力，但其效率和精度仍无法满足当前的实际测井工作需要。但是由于该仪器发射与接收源距较长，在实际应用中存在信号同步困难、径向分辨率低等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种半线圈阵列感应测井装置，用以改善目前感应测井装置边界探测距离近，仪器体积大，套管过长等缺陷，用以实现井眼周围地层电导率的探测。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
半线圈阵列感应测井装置，包括位于玻璃钢桶10中的井下测井仪3，井下测井仪3通过电缆2与地面监控设备1相连；
所述的井下测井仪3包括发射控制单元4和接收控制单元5；所述的发射控制单元4包括DSP最小子系统6、DDS信号产生模块7、差分放大模块8和功率放大模块9；DSP最小子系统6通过信号线控制DDS信号产生模块7产生固定频率的正弦信号，正弦信号接入差分放大模块8进行初次放大后接入功率放大模块9，功率放大模块9分别对输入的正弦信号进行电流放大和电压放大，功率放大模块9与发射线圈16相连，发射线圈16缠绕于发射线圈转动模块12上，发射线圈转动模块12套在绝缘中心轴体18之上，位于发射线圈转动模块12的同轴方向上为接收线圈转动模块13，接收线圈转动模块13也套接在中心绝缘轴体18上，接收线圈转动模块13通过半线圈固定装置19固定接收线圈17；所述的接收模块5包括与接收线圈17相连的前置放大模块20、滤波模块21、离散采样模块22和FPGA最小子系统23；前置放大模块20与滤波模块21相连进行低通滤波,滤波模块21与离散采样模块22相连进行A/D采样，离散采样模块22采用并行接口与FPGA最小子系统23相连进行FIFO缓存。
所述的发射线圈转动模块12和接收线圈转动模块13上包裹有绝缘层14。
绝缘中心轴体18上设置有距离刻度槽15与角度刻度槽11。
所述的接收线圈17为半线圈。
本发明具有以下的技术效果：本发明通过在发射线圈16上输入稳定的高频大功率正弦信号，根据电磁感应定律，变化的电场产生变化的磁场，交变电流在井眼周围地层中产生一次交变磁场H1，交变磁场H1产生一次电场E1，电场与磁场相互垂直，在导电地层圆环中产生交变涡流，涡流产生二次交变磁场H2，在接收线圈17上接收到的感应电动势中，包含了一次磁场产生的直耦信号和二次磁场H2产生的地层信号。接收电动势是周围地层电动率的函数，通过信号处理和计算，可测得地层电导率信息。由于接收到的感应电动势为H1和H2的叠加，信号远强于全线圈测井。本发明可用于对半线圈和全线圈各项特性对比，队半线圈的探边特性以及方位特性研究，调整距离，观测信号的变化。
附图说明
图1为本发明的测井装置结构示意图。
图2为本发明的测井装置方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。
参照图1，半线圈阵列感应测井装置，包括位于玻璃钢桶10中的井下测井仪3及仪器棒24，井下测井仪3通过电缆2与地面监控设备1相连；
所述的仪器棒24包括发射线圈16、发射线圈转动模块11、接收线圈17、接收线圈转动模块13和中心绝缘轴体18；
所述的井下测井仪3包括发射控制单元4和接收控制单元5；所述的发射控制单元4包括DSP最小子系统6、DDS信号产生模块7、差分放大模块8和功率放大模块9；DSP最小子系统6通过信号线控制DDS信号产生模块7产生固定频率的正弦信号，正弦信号接入差分放大模块8进行初次放大后接入功率放大模块9，功率放大模块9分别对输入的正弦信号进行电流放大和电压放大，功率放大模块9与发射线圈16相连，发射线圈16缠绕于发射线圈转动模块12上，发射线圈转动模块12套在绝缘中心轴体18之上，位于发射线圈转动模块12的同轴方向上为接收线圈转动模块13，接收线圈转动模块13也套接在中心绝缘轴体18上，接收线圈转动模块13通过半线圈固定装置19固定接收线圈17；所述的接收模块5包括与接收线圈17相连前置放大模块20、滤波模块21、离散采样模块22和FPGA最小子系统23；前置放大模块20与接收线圈17相连进行微弱信号放大。前置放大模块20与滤波模块21相连,对放大后的信号进行低通滤波，获取信号。滤波之后滤波模块21与离散采样模块22相连，进行A/D采样,离散采样模块22采用并行接口与FPGA最小子系统23相连，采集到的数据在FPGA最小子系统23中的FIFO缓存，通过电缆2传输到地面监控设备。
所述的发射线圈转动模块12和接收线圈转动模块13上包裹有绝缘层14，绝缘中心轴体18上设置有距离刻度槽15与角度刻度槽11，发射线圈转动模块12与接收转动模块13通过绝缘中心轴体18上的距离刻度槽15和角度刻度槽11进行收发间距的调整和半线圈旋转角度。
所述的接收线圈17为半线圈，传统线圈的地质导向放大基于磁场，而单匝的半线圈接收，其可等效为一个电天线和一个磁天线的叠加。
参见图2，仪器棒24包括发射线圈16、发射线圈转动模块11、接收线圈17、接收线圈转动模块13、中心绝缘轴体18垂直插入玻璃钢桶10中，发射线圈16与发射控制单元4相连，接收线圈17与接收控制单元5相连，中心绝缘轴体18有螺纹可调节发射转动模块11和接收转动模块13之间的相对距离和角度。从而确定最佳收发间距和发射线圈16和接收线圈17的相对角度。
本发明的工作原理为：
(1)启动井下测井仪3的发射控制单元4，产生交变正弦信号后将放大后的信号接入发射转动模块12上的发射线圈16中；
(2)发射线圈16对井眼附近地层发射高频大功率的正弦信号，在发射线圈16周围产生交变磁场，交变磁场通过地层，在地层中感应出电流，次电流环绕井轴流动，产生涡流。涡流与地层电导率成正比，故接收线圈17中电动势与地层电导率成正比；
(3)对接收线圈17上所采集到的信号通入到前置放大模块20，低通滤波模块21和离散采样模块22中进行放大、滤波和AD转换；
(4)将采集的离散电压信号通过GPIO口与接收控制单元5中的FPGA最小子系统23相连，通过电缆2将数据传输到地面监控设备1，进行最终测井曲线绘制和准确地层电导率计算，由此可得到地层电导率信息，进而得到地层中的油气分布状态。
Claims (3)
1.半线圈阵列感应测井装置，包括位于玻璃钢桶(10)中的井下测井仪(3)，井下测井仪(3)通过电缆(2)与地面监控设备(1)相连；其特征在于，所述的井下测井仪(3)包括发射控制单元(4)和接收控制单元(5)；所述的发射控制单元(4)包括DSP最小子系统(6)、DDS信号产生模块(7)、差分放大模块(8)和功率放大模块(9)；DSP最小子系统(6)通过信号线控制DDS信号产生模块(7)产生固定频率的正弦信号，正弦信号接入差分放大模块(8)进行初次放大后接入功率放大模块(9)，功率放大模块(9)分别对输入的正弦信号进行电流放大和电压放大，功率放大模块(9)与发射线圈(16)相连，发射线圈(16)缠绕于发射线圈转动模块(12)上，发射线圈转动模块(12)套在绝缘中心轴体(18)之上，位于发射线圈转动模块(12)的同轴方向上为接收线圈转动模块(13)，接收线圈转动模块(13)也套接在中心绝缘轴体(18)上，接收线圈转动模块(13)通过半线圈固定装置(19)固定接收线圈(17)；所述的接收模块(5)包括与接收线圈(17)相连前置放大模块(20)、滤波模块(21)、离散采样模块(22)和FPGA最小子系统(23)；前置放大模块(20)与滤波模块(21)相连进行低通滤波,滤波模块(21)与离散采样模块(22)相连进行A/D采样，离散采样模块(22)采用并行接口与FPGA最小子系统(23)相连进行FIFO缓存。
2.根据权利要求1所述的半线圈阵列感应测井装置，其特征在于，所述的发射线圈转动模块(12)和接收线圈转动模块(13)上包裹有绝缘层(14)，绝缘中心轴体(18)上设置有距离刻度槽(15)与角度刻度槽(11)。
3.根据权利要求1所述的半线圈阵列感应测井装置，其特征在于，所述的接收线圈(17)为半线圈。
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