CN116838329A - 方位电极组件、方位侧向电阻率成像随钻测井仪及方法 - Google Patents

方位电极组件、方位侧向电阻率成像随钻测井仪及方法 Download PDF

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CN116838329A CN202210292372.0A CN202210292372A CN116838329A CN 116838329 A CN116838329 A CN 116838329A CN 202210292372 A CN202210292372 A CN 202210292372A CN 116838329 A CN116838329 A CN 116838329A
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Abstract

本发明属于随钻测井技术领域，具体公开了一种方位电极组件、方位侧向电阻率成像随钻测井仪及方法；方位电极组件，包括：第一监督电极、测量电极、钻铤电极和第二监督电极；测量电极、钻铤电极和第二监督电极均为环状，并以第一监督电极为中心依次环绕设置；相邻两个电极间均设置有绝缘环，第二监督电极的外侧一周也设置有绝缘环；钻铤电极用于与钻铤连接，第一监督电极、测量电极、第二监督电极均用于与方位侧向电阻率成像随钻测井仪的电路连接，测量电极用于测量电流，第一监督电极和第二监督电极用于测量电位。控制第一监督电极和第二监督电极等电位可使测量电极和钻铤等电位，同时解决测量电位差与调控电流共用一个电极导致测量不准的问题。

Description

方位电极组件、方位侧向电阻率成像随钻测井仪及方法
技术领域
本发明属于随钻测井技术领域，具体涉及一种方位电极组件、方位侧向电阻率成像随钻测井仪及方法。
背景技术
在石油勘探与开发工程中，视电阻率是区分地层信息的一个非常重要的参数。在视电阻率的测量方法中，随钻测井可边钻边探测地层电阻率，实时反演地层真视电阻率。与电缆电阻率测井相比，随钻电阻率测井不需要预先钻井再进行测量，省去了钻井后固井、测量的工序，使得勘探成本大大降低，勘探速度大大提高，因此其应用越来越广泛。
但是，在实际随钻测井的过程中，往往遇到裂缝、坍塌、薄层等复杂地层，同时针对岩石孔隙度及渗透率较低的情况，传统的随钻测井仪器在大斜度井/水平井探测过程中，对于复杂的高阻地层在电阻率测量方面遇到了很大的困难与挑战，使得针对高阻复杂地层的方位电阻率测量及电阻率成像成为关键难题。传统的方位电阻率测量的测量电极由于只有一个测量电极，在控制不同方位的测量电极与钻铤等电位时，测量测量电极与钻铤电极电位差、调控测量电极电流的过程中相互响应。与此同时，在测井过程中，仪器的电极金属与井眼泥浆之间的电化学反应可能会在电极表面产生接触阻抗层，该接触阻抗的值是高度可变的，并且取决于许多因素。其中包括电极的金属材料、工作频率和井眼泥浆电阻率。接触阻抗层影响电流流出电极的分布和路径，该电流的一部分直接流过通过泥浆而不通过地层流到钻铤。对于浅探测模式，该接触电阻的影响效果尤其明显，且如果导电性泥浆或仪器与井壁距离较大，或者测量电极和钻铤电极之间绝缘间隙减小，接触电阻的影响效果越明显，导致测量结果不准确。
发明内容
与现有技术相比，本发明提供一种方位电极组件、方位侧向电阻率成像随钻测井仪及方法，以解决传统方位电极侧向电阻率成像仪器由于测量电位差与调控电流共用一个电极导致测量不准确的问题。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种方位电极组件，其特征在于，包括：
第一监督电极、测量电极、钻铤电极和第二监督电极；
所述测量电极、钻铤电极和第二监督电极均为环状，并以第一监督电极为中心依次环绕设置；相邻两个电极之间均设置有绝缘环，所述第二监督电极的外侧一周也设置有绝缘环；
所述钻铤电极用于与钻铤连接，所述第一监督电极、测量电极、第二监督电极均用于与方位侧向电阻率成像随钻测井仪的电路连接，所述测量电极用于测量电流，所述第一监督电极和所述第二监督电极用于测量电位。
进一步的，沿垂直于所述第一监督电极中心线的方向，所述测量电极、钻铤电极、第二监督电极以及所述第一监督电极的截面积依次减小。
进一步的，所述第一监督电极和测量电极之间的绝缘环为第一绝缘环；
所述测量电极和钻铤电极之间的绝缘环为第二绝缘环；
所述钻铤电极和第二监督电极之间的绝缘环为第三绝缘环；
所述第二监督电极的外侧一周设置的绝缘环为第四绝缘环；
沿垂直于所述第一监督电极中心线的方向，所述第二绝缘环、第四绝缘环、第三绝缘环和第一绝缘环的截面积依次减小。
进一步的，还包括：
底座，所述底座顶部设置有容置槽，所述底座的一周环绕所述容置槽设置有多个安装孔，所述底座用于安装固定在钻铤的安装位置；
所述第一监督电极、测量电极、钻铤电极、第二监督电极、第一绝缘环、第二绝缘环、第三绝缘环和第四绝缘环形成的整体为电极本体；所述电极本体设置在容置槽中，所述第四绝缘环与容置槽的内壁贴合。
进一步的，所述第一监督电极、测量电极、钻铤电极、第二监督电极、第一绝缘环、第二绝缘环、第三绝缘环和第四绝缘环，相邻的二者之间为可拆卸连接；
所述电极本体与所述容置槽为可拆卸连接。
进一步的，沿所述第四绝缘环至第一监督电极方向，设置有至少两个依次穿过第四绝缘环、第二监督电极、第三绝缘环、钻铤电极、第二绝缘环、测量电极、第一绝缘环的连接孔，且第一监督电极对应于连接孔的位置设置有螺纹盲孔；
绝缘螺栓于所述第四绝缘环的外侧穿入并穿过连接孔与螺纹盲孔连接，将所述第四绝缘环、第二监督电极、第三绝缘环、钻铤电极、第二绝缘环、测量电极、第一绝缘环和第一监督电极可拆卸连接。
进一步的，所述电极本体与所述容置槽过盈配合；
所述第一监督电极中心位置沿中心线的方向设置通孔，绝缘螺栓穿过所述通孔与所述底座可拆卸连接。
进一步的，所述电极本体与所述底座形成的整体为圆弧状板体；
所述第一监督电极位于所述圆弧状板体的中心。
进一步的，所述圆弧状板体的圆弧的半径为55-70mm，所述圆弧状板体的圆弧的弧度为80-90度。
进一步的，所述第一监督电极、测量电极、钻铤电极、第二监督电极、第一绝缘环、第二绝缘环、第三绝缘环和第四绝缘环形成的整体为电极本体，所述电极本体为圆弧状板体；
所述第一监督电极位于所述圆弧状板体的中心。
进一步的，所述圆弧状板体的圆弧的半径为55-70mm，所述圆弧状板体的圆弧的弧度为80-90度。
进一步的，所述第一监督电极为截面是矩形的块体；
所述测量电极、钻铤电极和第二监督电极均为矩形环状。
第二方面，一种方位侧向电阻率成像随钻测井仪，包括：
四个如上述任一项所述的方位电极组件；四个方位电极组件设置在钻铤的四个象限，方位电极组件间呈90度设置；
每个所述的方位电极组件与方位侧向电阻率成像随钻测井仪的电路连接方式相同，所述方位电极组件的钻铤电极与钻铤连接，第一监督电极、测量电极、第二监督电极均与所述方位侧向电阻率成像随钻测井仪的电路连接。
进一步的，所述方位侧向电阻率成像随钻测井仪的电路包括：
第一子电路和第二子电路；
所述第一子电路与所述第一监督电极和所述第二监督电极连接，用于测量所述第一监督电极和所述第二监督电极之间的电压，所述第二子电路与所述测量电极连接，用于调控所述测量电极的电流；
所述第一子电路和第二子电路物理隔离。
第三方面，一种方位侧向电阻率成像随钻测井仪的控制方法，用于任一项所述的一种方位侧向电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，包括：
步骤301：检测获得方位电极组件的第一监督电极和第二监督电极之间的电压；
步骤302：利用检测到的电压信息调控所述方位电极组件的测量电极的电流，直至所述第一监督电极和第二监督电极等电位，此时所述方位电极组件的钻铤电极与测量电极等电位；
步骤303：使用测量电极接收电流信号。
进一步的，所述利用检测到的电压信息调控所述方位电极组件的测量电极的电流的方法为：
将第一监督电极的电位V1与第二监督电极的电位V2做差；
其中，当差值大于零时，减小测量电极的电流I使得第一监督电极的电位V1减小；当差值小于零时，增大测量电极的电流I使得第一监督电极的电位V1增大；调节至第一监督电极的电位V1与第二监督电极的电位V2相等时，钻铤电极与测量电极等电位。
本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明提供的方位电极组件与现有技术相比增加有两个监督电极，钻铤电极用于与钻铤连接，第一监督电极、测量电极、第二监督电极均用于与方位侧向电阻率成像随钻测井仪的电路连接，测量电极用于测量电流，第一监督电极和第二监督电极用于测量电位。控制第一监督电极和第二监督电极等电位可使测量电极和钻铤等电位，同时解决测量电位差与调控电流共用一个电极导致测量不准的问题。
2、本发明采用的方位电极将测量电极与监督电极分开，通过调控测量电极电流使得两个监督电极电位相等，可保证测量电极和钻铤等电位的同时，避免测量电压和调控电流的电路共用相同电极，导致因为测量电压和调控电流相互影响产生误差。
3、本发明采用环状可拆卸电极，加工方便；采用钻铤电极与仪器钻铤分开的方式，并通过导线进行电气连接，实现钻铤电极与钻铤的等电位。通过增加监督电极实现电压测量、电流调控分开，提高测量准确性，使得其在高阻地层的探测性能优于传统的单一测量电极结构，对地质导向和地层评价具有重要意义。
4、本发明提供的方位电极组件，还可以在保证方位电极组件整体面积不过大的情况下，通过采用增大测量电极的面积来增大接收的电流信号，解决高阻区测量信号小的问题，以及通过增大测量电极和钻铤电极之间绝缘环宽度减小接触电阻的影响。
5、本发明提供的方位电极组件，其与方位侧向电阻率成像随钻测井仪连接时，可以通过两个子电路分别连接测量电极和两个监督电极连接，可以通过物理隔离的方式将这两个子电路隔离，避免二者共用相同的电极导致测量时相互干扰。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种方位电极组件正面视角的结构示意图；
图2为本发明另一种方位电极组件正面视角的结构示意图；
图3为本发明一种方位电极组件的俯视视角的结构示意图；
图4为本发明另一种方位电极组件的俯视视角的结构示意图；
图5为本发明一种方位侧向电阻率成像随钻测井仪结构及工作原理图；
图6为本发明一种方位侧向电阻率成像随钻测井仪的发射线圈缠绕示意图；
图7为本发明一种方位侧向电阻率成像随钻测井仪的控制方法的流程图。
附体标记：1、第一监督电极；2、测量电极；3、钻铤电极；4、第二监督电极；5、第一绝缘环；6、第二绝缘环；7、第三绝缘环；8、第四绝缘环；9、底座；91、容置槽；92、安装孔；10、电极本体。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
如图1所示，为本发明一种方位电极组件，包括：第一监督电极1、测量电极2、钻铤电极3和第二监督电极4；
测量电极2、钻铤电极3和第二监督电极4均为环状，并以第一监督电极1为中心依次环绕设置；相邻两个电极之间均设置有绝缘环，第二监督电极4的外侧一周也设置有绝缘环；钻铤电极3用于与钻铤连接，第一监督电极1、测量电极2、第二监督电极4均用于与方位侧向电阻率成像随钻测井仪的电路连接，测量电极2用于测量电流，第一监督电极1和第二监督电极4用于测量电位。
本发明实施例提供的方位电极组件用于安装在钻铤上，作为方位侧向电阻率成像随钻测井仪的方位电极，可以根据方位侧向电阻率成像随钻测井仪所需要的方位电极的数量进行具体设置，例如方位电极组件的数量可以是四个，并均匀间隔的设置在钻铤的侧面一周，即以笛卡尔坐标系作为参照的话，四个方位电极组件位于钻铤一周的四个象限，相邻方位电极组件间呈90度夹角设置。
如上将方位电极组件加工成四个电极的集合体，并通过绝缘环将电极间彼此绝缘，并且方位电极组件内部的各个电极和绝缘环可实现拆卸、组装，例如通过卡接、胶接、或者螺钉固定方式进行可拆卸连接，其中，卡接可以通过在绝缘环上设置卡固的边沿或者卡槽的结构实现可拆卸的卡接(例如，卡固的边沿或者卡槽可以是通过过盈配合的方式与所相邻的电极连接)，螺钉固定彼此时则需要使用绝缘螺钉。另外在将方位电极组件设置在钻铤侧壁上后，通过采用粗导线进行电气连接实现方位电极组件内部的钻铤电极3与钻铤电位控制。
其中，方位电极组件中的第一监督电极1可以是圆形、矩形或者其他形状，适配的其余的依次围绕在第一监督电极1外侧一周的测量电极2、钻铤电极3和第二监督电极4，可以对应的设置为圆形环、矩形环或者其他形状环，且优选的环状的测量电极2、钻铤电极3以及第二监督电极4以第一监督电极1的中心线为中心轴线同心环设。
所有绝缘环均可由聚醚醚酮(PEEK)材料制作。其中，聚醚醚酮(PEEK)树脂是一种性能优异的特种工程塑料，与其他特种工程塑料相比具有显著优势，其耐高温260℃、绝缘性好、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐磨性、浓硫酸、抗辐射、超强的机械性能可用于高端的机械、核工程和航空等科技。故本发明选用聚醚醚酮(PEEK)材料制作绝缘环，以适应钻井中的恶劣环境。
本发明提供的一种方位电极组件最内部为第一监督电极1，最外部为第二监督电极4，且测量电极2、钻铤电极3和第二监督电极4均为环状，基于场的连续性原理，该结构保证被监督电极电位相等的区域全覆盖，能被监督到钻铤的所有位置，不存在监督电极监测不到的区域。通过内外的监督电极控制内外最大区域及最多数量电极实现等电位。
本发明提供的方位电极组件与现有技术相比增加有两个监督电极，能够通过控制这两个监督电极等电位的方式实现测量电极2和钻铤的等电位，避免了测量电压和调控电流的电路共用同一电极，而传统的方位侧向电阻率成像随钻测井仪由于测量电位差与调控电流共用一个电极导致测量不准确，而本发明提供的方位电极组件可以有效解决这一技术问题。且本发明提供的方位电极组件，其与方位侧向电阻率成像随钻测井仪连接时，可以通过两个子电路分别将两个监督电极连接测量电极2，可以通过物理隔离的方式将这两个子电路隔离，避免二者共用相同的电极导致测量时相互干扰。此外，本发明提供的方位电极组件，还可以在保证方位电极组件整体面积不过大的情况下，通过采用增大测量电极的面积来增大接收的电流信号，解决高阻区测量信号小的问题，以及通过增大测量电极2和钻铤电极3之间绝缘环宽度减小接触电阻的影响。
如图1所示，在具体实施中，其中沿垂直于第一监督电极1中心线的方向，即垂直于测量电极2、钻铤电极3、第二监督电极4等的同心环的中心轴线方向，测量电极2、钻铤电极3、第二监督电极4和第一监督电极1的截面积依次减小。第一监督电极1和测量电极2之间的绝缘环为第一绝缘环5；测量电极2和钻铤电极3之间的绝缘环为第二绝缘环6；钻铤电极3和第二监督电极4之间的绝缘环为第三绝缘环7；第二监督电极4的外侧一周设置的绝缘环为第四绝缘环8。其中，沿垂直于所述第一监督电极1中心线的方向，即垂直于测量电极2、钻铤电极3、第二监督电极4等的同心环的中心轴线方向，第二绝缘环6、第四绝缘环8、第三绝缘环7和第一绝缘环5的截面积依次减小，即沿第二监督电极4至第一监督电极1的方向，第二绝缘环6、第四绝缘环8、第三绝缘环7和第一绝缘环5的厚度依次减小。
在保证方位电极组件的整体外形尺寸满足使用要求的条件下，为了保证测量电极2接收更大的电流信号，将测量电压的第二监督电极4及第一监督电极1的尺寸设计最小，同时在保证绝缘的条件下，减小各电极之间的绝缘层宽度，实现测量电极2面积的最大化。
其中，由于第一监督电极1和第二监督电极4只是对被监督电极的电位进行采样，不涉及到电流的采样，所以可以将二者的尺寸设置的足够小。钻铤电极3需要与钻铤相连，所以其电极尺寸相对两个监督电极较大，而在方位电极组件中的钻铤电极3相对测量电极2尺寸较小也能满足对电流的测量。由于测量电极2只测量流入电流，其接收电流的大小直接影响视电阻率的大小，即影响检测获得的视电阻率的精度，所以要保证测量电极2具有足够到的接收电流信号的能力，而为了保证测量电极2接收更大的电流信号，则在设计时需要保证测量电极2面积的最大化，因此在保证方位电极组件整体尺寸满足使用需要的前提下，四个电极的尺寸由大到小依次为测量电极2＞钻铤电极3＞第二监督电极4＞第一监督电极1。
同时，由于测井过程中仪器的电极金属与井眼泥浆之间的电化学反应会在电极表面产生接触阻抗层，影响电流流出电极的分布和路径，导致测量结果不准确，且测量电极2和钻铤电极3之间绝缘间隙减小，接触电阻的影响效果越明显，为减小这一影响，在满足测量电极2面积的前提下，尽可能增大测量电极2和钻铤电极3之间绝缘环宽度，即绝缘环的截面厚度是相邻两个电极之间的绝缘宽度。由于被监督电极与监督电极之间的电位差距不大，被监督电极与监督电极之间的电流较小，采用薄的绝缘层即可，所以第一绝缘环5和第三绝缘环7的厚度可以较小，由于钻铤的电流大于测量电极2的电流，所以第三绝缘环7的厚度应较第一绝缘环5厚；第四绝缘环8位于最外层，需要较厚的绝缘层保护方位电极组件的整体。对于测量电极2与钻铤电极3，二者之间的电位差距较大，其之间的电流较大，需要采用较厚的绝缘层，所以第二绝缘环6的厚度最大。因此各电极之间的绝缘环厚度由大到小依次为第二绝缘环6＞第四绝缘环8＞第三绝缘环7＞第一绝缘环5。
实施例2
如图2所示，为本发明一种方位电极组件，还包括：底座9，底座9顶部设置有容置槽91，底座9的一周环绕所述容置槽91设置有多个安装孔92，底座9用于安装固定在钻铤的安装位置；其中，测量电极2、钻铤电极3、第二监督电极4、第一监督电极1、第一绝缘环5、第二绝缘环6、第三绝缘环7以及第四绝缘环8加工的整体为方位电极本体10，方位电极本体10设置在容置槽91中，第四绝缘环8与容置槽91的内壁贴合。
具体的，方位电极组件可以直接使用钻铤上与的安装结构进行安装，但为了安装和拆卸方便，本发明实施例优选增设板状结构的底座9，通过底座9将为电极本体10容置，然后整体作为方位电极组件安装在钻铤上，这样底座9与测量电极2、钻铤电极3、第二监督电极4、第一监督电极1、第一绝缘环5、第二绝缘环6、第三绝缘环7和第四绝缘环8形成一个整体，便于整体安装。
钻铤在工作时，方位电极组件容易磨损或者损伤，需要方位电极组件能够便于更换，且方位电极组件的磨损或者损坏可能是底座9、测量电极2、钻铤电极3、第二监督电极4、第一监督电极1、第一绝缘环5、第二绝缘环6、第三绝缘环7和第四绝缘环8中的一个或者多个，为了节省维护的成本，优选的将方位电极组件中各个零件之间设置为可拆卸的，以便零件损坏时更换。具体的，可拆卸的实施方式可以为，底座9通过螺栓穿过安装孔92与钻铤对应安装位置可拆卸连接。
测量电极2、钻铤电极3、第二监督电极4、第一监督电极1、第一绝缘环5、第二绝缘环6、第三绝缘环7和第四绝缘环8相邻的二者之间为卡接、胶接、或者螺栓固定方式进行可拆卸连接，其中螺栓固定彼此时需要使用绝缘螺栓；绝缘螺栓为绝缘材料制造的螺栓，例如塑胶材料或者陶瓷材料。
其中，使用绝缘螺栓的可拆卸连接方式为：沿第四绝缘环8至第一监督电极1方向，设置有至少两个依次穿过第四绝缘环8、第二监督电极4、第三绝缘环7、钻铤电极3、第二绝缘环6、测量电极2、第一绝缘环5的连接孔，且第一监督电极1对应于连接孔的位置设置有螺纹盲孔；绝缘螺栓于第四绝缘环8的外侧穿入并穿过连接孔与螺纹盲孔连接，将第四绝缘环8、第二监督电极4、第三绝缘环7、钻铤电极3、第二绝缘环6、测量电极2、第一绝缘环5和第一监督电极1可拆卸连接。
优选的，第一监督电极1、测量电极2、钻铤电极3、第二监督电极4、第一绝缘环5、第二绝缘环6、第三绝缘环7和第四绝缘环8形成电极本体10，其与容置槽91过盈配合；进一步优选的，第一监督电极1中心位置沿中心线的方向设置通孔，绝缘螺栓穿过对应通孔与底座9可拆卸连接，进而实现电极本体10与底座9之间的可拆卸连接。
如图1和图3所示，在实施例1中，第一监督电极1、测量电极2、钻铤电极3、第二监督电极4、第一绝缘环5、第二绝缘环6、第三绝缘环7和第四绝缘环8形成的整体为电极本体10，电极本体10为圆弧状板体；其中，第一监督电极1位于圆弧状板体的中心。
具体地，圆弧状板体的圆弧的半径为55-70mm，圆弧状板体的圆弧的弧度R1为80-90度。其中，优选的圆弧状板体的圆弧的半径为66mm，弧度R1为接近90度。通过将方位电极组件设置成圆弧状本体结构，便于方位电极组件与钻铤的连接，使其安装在钻铤侧壁上之后可以作为钻铤侧壁表面的一部分，避免凸出钻铤的侧壁或者凹陷入钻铤的侧壁，进而方位电极组件在随钻钻井时，对方位电极组件进行保护。
如图2和图4所示，在实施例2中，电极本体10与底座9形成的整体为圆弧状板体；其中，第一监督电极1位于圆弧状板体的中心。
具体地，圆弧状板体的圆弧的半径为55-70mm，圆弧状板体的圆弧的弧度R2为80-90度。其中，优选的圆弧状板体的圆弧的半径为66mm，弧度R2为接近90度。与不带有底座9的方位电极组件类似，当增设有底座9之后，优选的将底座9与方位电极本体10形成的整体设置为圆弧状板体结构，这样便于方位电极组件与钻铤的连接，使其安装在钻铤侧壁上之后可以作为钻提侧壁表面的一部分，避免凸出钻铤的侧壁或者凹陷入钻铤的侧壁，进而方位电极组件在随钻钻井时，对方位电极组进行保护。
如图1和图2所示，在具体实施中，其中为了便于电极的加工以及匹配安装，第一监督电极1可以是截面为矩形的块体或矩形片体；测量电极2、钻铤电极3、第二监督电极4均为矩形环状，且矩形环截面优选为矩形。本发明实施例提供的方位电极组件的结构，使其在高阻地层的探测性能优于传统的单一测量电极结构。
实施例3
本发明提出一种方位侧向电阻率成像随钻测井仪，其包括：四个上述实施例1或实施例2的方位电极组件；每个方位电极组件的安装位置与现有技术中方位电极组件的安装位置相同，即四个方位电极组件均匀间隔的设置在钻铤的侧面一周，以笛卡尔坐标系为参照，四个方位电极组件位于钻铤一周的四个象限，相邻方位电极组件间呈90度夹角。
方位侧向电阻率成像随钻测井仪的电路包括：第一子电路和第二子电路；第一子电路与第一监督电极1和第二监督电极4连接，用于测量第一监督电极1和第二监督电极4之间的电压；第二子电路与测量电极2连接，用于调控所述测量电极2的电流；其中，第一子电路和第二子电路物理隔离。
通过两个子电路分别连接测量电极2和两个监督电极，可以通过物理隔离的方式将这两个子电路隔离，避免二者共用相同的电极导致测量时相互干扰。
本发明实施例提供的方位侧向电阻率成像随钻测井仪其使用了实施例1或实施例2提供的方位电极组件，与现有技术相比，传统的方位侧向电阻率成像随钻测井仪由于测量电位差与调控电流共用一个电极导致测量不准确，而本发明实施例提供的方位电极组件设置有两个监督电极，可以通过控制这两个监督电极等电位的方式实现测量电极2和钻铤的等电位；以及通过两个子电路分别连接测量电极2和两个监督电极连接，可以通过物理隔离的方式将这两个子电路隔离，避免二者共用相同的电极导致测量时相互干扰；另外，还可以在保证方位电极组件整体面积不过大的情况下，通过采用增大测量电极2的面积来增大接收的电流信号，解决高阻区测量信号小的问题。
最后，方位侧向电阻率成像随钻测井仪的工作原理进行简介：
如图5所示，方位侧向电阻率成像随钻测井仪有4个发射电极，分别为T1、T2、T3和T4，其到方位电极组件B的距离依次增大，T1、T2和T4在方位电极组件B上面，T3在方位电极组件B下面。为了说明方位侧向电阻率成像随钻测井仪发射线圈的工作原理，以T2发射线圈为例说明仪器的工作原理，其中T2线圈的缠绕方式如图6所示，其他发射线圈缠绕方式与T2相同。
T2工作时，其采用变压器原理，当发射线圈提供一个低频交变信号后，钻铤内部形成会产生电流，图5中钻铤内部的黑色箭头表示电流方向，电流从钻铤高电位区流入地层，从低电位区回流到钻铤中，其中T2处钻铤内部电流的表达式为I＝NT2IT2。其中NT2为发射线圈的匝数，IT2为发射线圈的线电流，因此只需要为发射线圈提供一个较小的电流，依据变压器原理在钻铤内部就会产生较大的电流。如图5所示，T2工作时钻铤会形成低压区和高压区，钻铤内部相当于电源的内部，电流由负极流向正极，电流由钻铤高压区流入地层，通过地层流入钻铤的低压区，通过测量方位电极组件的测量电极2于B位置流出的电流，依据表达式计算视电阻率，其中K为T2工作时的仪器常数，U为发射线圈T2两边的电压，为方位电极组件的测量电极2B流出的电流。同样采用变压器原理，当T2为接收线圈时，通过测量T2的线电压，依据表达式即可计算出接收线圈T2两边电压U的表达式，结果为/>其中VT2为测得的接收线圈T2的线电压。
实施例4
如图7所示，本发明的实施例3提出的一种方位侧向电阻率成像随钻测井仪的控制方法，用于上述方位侧向电阻率成像随钻测井仪，其包括:
步骤301：检测获得方位电极组件的第一监督电极1和第二监督电极4之间的电压；
步骤302：利用检测到的电压信息调控所述方位电极组件的测量电极2的电流，直至第一监督电极1和第二监督电极4等电位，此时方位电极组件的钻铤电极3与测量电极2等电位；
步骤303：使用测量电极2接收电流信号。
具体地，通过本发明实施例提供的控制方法为负反馈调节的方法，即通过将获得的第一监督电极1和第二监督电极4之间的电压反馈至测量电极2和钻铤电极3，则可以利用该电压信息控制测量电极2的电流，直到测量的监督电极之间的电压为0。此时根据场的连续性原理，测量电极2的电位和钻铤电极3的电位相等，进而实现测量电极2与钻铤等电位。此时，使用测量电极2接收电流信号并利用该电流计算获得的视电阻率更加精准。
其中，具体地基于检测到的电压信息调控方位电极组件的测量电极2的电流的方法为：
将第一监督电极1的电位V1与第二监督电极4的电位V2做差；
其中，当差值大于零时，减小测量电极2的电流I使得第一监督电极1的电位V1减小；当差值小于零时，增大测量电极2的电流I使得第一监督电极1的电位V1增大；调节至第一监督电极1的电位V1与第二监督电极4的电位V2相等时，钻铤电极3与测量电极2等电位。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (16)

1.一种方位电极组件，其特征在于，包括：
第一监督电极(1)、测量电极(2)、钻铤电极(3)和第二监督电极(4)；
所述测量电极(2)、钻铤电极(3)和第二监督电极(4)均为环状，并以第一监督电极(1)为中心依次环绕设置；相邻两个电极之间均设置有绝缘环，所述第二监督电极(4)的外侧一周也设置有绝缘环；
所述钻铤电极(3)用于与钻铤连接，所述第一监督电极(1)、测量电极(2)、第二监督电极(4)均用于与方位侧向电阻率成像随钻测井仪的电路连接，所述测量电极(2)用于测量电流，所述第一监督电极(1)和所述第二监督电极(4)用于测量电位。
2.根据权利要求1所述的一种方位电极组件，其特征在于，
沿垂直于所述第一监督电极(1)中心线的方向，所述测量电极(2)、钻铤电极(3)、第二监督电极(4)以及所述第一监督电极(1)的截面积依次减小。
3.根据权利要求2所述的一种方位电极组件，其特征在于，
所述第一监督电极(1)和测量电极(2)之间的绝缘环为第一绝缘环(5)；
所述测量电极(2)和钻铤电极(3)之间的绝缘环为第二绝缘环(6)；
所述钻铤电极(3)和第二监督电极(4)之间的绝缘环为第三绝缘环(7)；
所述第二监督电极(4)的外侧一周设置的绝缘环为第四绝缘环(8)；
沿垂直于所述第一监督电极(1)中心线的方向，所述第二绝缘环(6)、第四绝缘环(8)、第三绝缘环(7)和第一绝缘环(5)的截面积依次减小。
4.根据权利要求3所述的一种方位电极组件，其特征在于，还包括：
底座(9)，所述底座(9)顶部设置有容置槽(91)，所述底座(9)的一周环绕所述容置槽(91)设置有多个安装孔(92)，所述底座(9)用于安装固定在钻铤的安装位置；
所述第一监督电极(1)、测量电极(2)、钻铤电极(3)、第二监督电极(4)、第一绝缘环(5)、第二绝缘环(6)、第三绝缘环(7)和第四绝缘环(8)形成的整体为电极本体(10)；所述电极本体(10)设置在容置槽(91)中，所述第四绝缘环(8)与容置槽(91)的内壁贴合。
5.根据权利要求4所述的一种方位电极组件，其特征在于，
所述第一监督电极(1)、测量电极(2)、钻铤电极(3)、第二监督电极(4)、第一绝缘环(5)、第二绝缘环(6)、第三绝缘环(7)和第四绝缘环(8)，相邻的二者之间为可拆卸连接；
所述电极本体(10)与所述容置槽(91)为可拆卸连接。
6.根据权利要求4所述的一种方位电极组件，其特征在于，
沿所述第四绝缘环(8)至第一监督电极(1)方向，设置有至少两个依次穿过第四绝缘环(8)、第二监督电极(4)、第三绝缘环(7)、钻铤电极(3)、第二绝缘环(6)、测量电极(2)、第一绝缘环(5)的连接孔，且第一监督电极(1)对应于连接孔的位置设置有螺纹盲孔；
绝缘螺栓于所述第四绝缘环(8)的外侧穿入并穿过连接孔与螺纹盲孔连接，将所述第四绝缘环(8)、第二监督电极(4)、第三绝缘环(7)、钻铤电极(3)、第二绝缘环(6)、测量电极(2)、第一绝缘环(5)和第一监督电极(1)可拆卸连接。
7.根据权利要求6所述的一种方位电极组件，其特征在于，
所述电极本体(10)与所述容置槽(91)过盈配合；
所述第一监督电极(1)中心位置沿中心线的方向设置通孔，绝缘螺栓穿过所述通孔与所述底座(9)可拆卸连接。
8.根据权利要求4所述的一种方位电极组件，其特征在于，
所述电极本体(10)与所述底座(9)形成的整体为圆弧状板体；
所述第一监督电极(1)位于所述圆弧状板体的中心。
9.根据权利要求8所述的一种方位电极组件，其特征在于，
所述圆弧状板体的圆弧的半径为55-70mm，所述圆弧状板体的圆弧的弧度为80-90度。
10.根据权利要求3所述的一种方位电极组件，其特征在于，
所述第一监督电极(1)、测量电极(2)、钻铤电极(3)、第二监督电极(4)、第一绝缘环(5)、第二绝缘环(6)、第三绝缘环(7)和第四绝缘环(8)形成的整体为电极本体(10)，所述电极本体(10)为圆弧状板体；
所述第一监督电极(1)位于所述圆弧状板体的中心。
11.根据权利要求10所述的一种方位电极组件，其特征在于，
所述圆弧状板体的圆弧的半径为55-70mm，所述圆弧状板体的圆弧的弧度为80-90度。
12.根据权利要求1所述的一种方位电极组件，其特征在于，
所述第一监督电极(1)为截面是矩形的块体；
所述测量电极(2)、钻铤电极(3)和第二监督电极(4)均为矩形环状。
13.一种方位侧向电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，包括：
四个如权利要求1-12中任一项所述的方位电极组件；四个方位电极组件设置在钻铤的四个象限，方位电极组件间呈90度设置；
每个所述的方位电极组件与方位侧向电阻率成像随钻测井仪的电路连接方式相同，所述方位电极组件的钻铤电极(3)与钻铤连接，第一监督电极(1)、测量电极(2)、第二监督电极均(4)与所述方位侧向电阻率成像随钻测井仪的电路连接。
14.根据权利要求13所述的一种方位侧向电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，所述方位侧向电阻率成像随钻测井仪的电路包括：
第一子电路和第二子电路；
所述第一子电路与所述第一监督电极(1)和所述第二监督电极(4)连接，用于测量所述第一监督电极(1)和所述第二监督电极(4)之间的电压，所述第二子电路与所述测量电极(2)连接，用于调控所述测量电极(2)的电流；
所述第一子电路和第二子电路物理隔离。
15.一种方位侧向电阻率成像随钻测井仪的控制方法，用于权利要求13或14中任一项所述的一种方位侧向电阻率成像随钻测井仪，其特征在于，包括：
步骤301：检测获得方位电极组件的第一监督电极(1)和第二监督电极(4)之间的电压；
步骤302：利用检测到的电压信息调控所述方位电极组件的测量电极(2)的电流，直至所述第一监督电极(1)和第二监督电极(4)等电位，此时所述方位电极组件的钻铤电极(3)与测量电极(2)等电位；
步骤303：使用测量电极(2)接收电流信号。
16.根据权利要求15所述的方位侧向电阻率成像随钻测井仪的控制方法，其特征在于，所述利用检测到的电压信息调控所述方位电极组件的测量电极(2)的电流的方法为：
将第一监督电极(1)的电位V1与第二监督电极(4)的电位V2做差；
其中，当差值大于零时，减小测量电极(2)的电流I使得第一监督电极(1)的电位V1减小；当差值小于零时，增大测量电极(2)的电流I使得第一监督电极(1)的电位V1增大；调节至第一监督电极(1)的电位V1与第二监督电极(4)的电位V2相等时，钻铤电极(3)与测量电极(2)等电位。
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