CN1760508A

CN1760508A - 核磁共振测井仪

Info

Publication number: CN1760508A
Application number: CN 200510044015
Authority: CN
Inventors: 郝保振; 陈立恪; 宁会生; 吴大囡; 刘吕东
Original assignee: Well Logging Co of Sinopec Shengli Petroleum Administration Bureau
Current assignee: Well Logging Co of Sinopec Shengli Petroleum Administration Bureau
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2006-04-19

Abstract

本发明涉及一种利完全用磁共振原理测量井眼周围地层介质孔隙度及其所含流体饱和度的新型测井仪器。其技术方案是整个仪器系统可分为电容短节、电子线路、探头三个功能组成部分。电容短节为核磁井下仪器提供一个附加的能量存储。电子线路主要包括：天线接口模块，发射器模块，发射器接口/发射器电源模块，辅助电源模块，电源模块，激发器模块，刻度/B1传感器模块，前置放大器，接收器/继电器驱动器模块，发射滤波器模块，继电器模块，数据传输电路，DSP数字信号处理板，辅助测量板，本发明采用梯度场，利用自旋回波技术，可以获得更高的信噪比。所得渗透率比常规测井方法而得的高一个数量级。

Description

核磁共振测井仪

一、技术领域：本发明涉及一种利完全用磁共振原理测量井眼周围地层介质孔隙度及其所含流体饱和度的新型测井仪器。

二、背景技术：目前，常规测井方法在地质条件比较简单、岩性和地层水都比较单一的情况下是可行的，但是尚无行之有效的估算渗透率的常规方法。

在用体积模型建立的孔隙度测井响应方程中，骨架固体的贡献，有时甚至会元大于孔隙流体的贡献；而且，在骨架矿物成分增加后，矿物组成及其参数的选取，对孔隙度计算结果会产生显著影响。这是复杂岩性以及致密地层孔隙度计算的困难之所在。

在用阿尔奇公式建立的含水饱和度方程中，地层水电阻率是最关键的参数之一。当有多种具有不同导电特性的水并存于孔隙空间时，阿尔奇公式即变得无能为力。而且对于矿藏工程来说，即使含水饱和度已经被准确计算出来，其量值的大小在很多情况下也并不是储层能否产水的唯一判据。例如，有些微孔发育或粒问水丰富的地层，电阻率测井计算的含水饱和度可能很高，但是，由于这些水均处于束缚状态，仍然可能是很好的油层。这样的油层往往以低电阻率的形式出现，很容易被判漏。这是相当一部分低阻油气藏的测井解释困难之所在。

三、发明内容：本发明目的是针对现有常规测井仪存在的问题，提供一种能够有效地提供底层渗透率、孔隙度、流体饱和度等有效信息的核磁共振测井仪。

其技术方案是利用磁体对地层施加外磁场，把氢原子核极化，然后利用天线系统向地层发射特定能量、特定频率和特定时间间隔的电磁波脉冲，产生所谓的自旋回波信号，并接收产生的回波信号。采集来的回波信号经DSP模块处理后经数据传输电路送到地面系统做进一步的处理解释。整个仪器系统可分为电容短节、电子线路、探头三个功能组成部分。

探头的组成包括：磁体，一个强铁氧体磁铁(主磁体)和两个磁性更强的地层预极化钐-钴永久磁铁。主磁体安装在玻璃钢外科内部，用于产生静磁场，钐-钴永久磁铁用于对地层预极化。RF天线，埋置于探头玻璃钢外壳中，用于向地层发射电磁波脉冲信号和接收回波信号。

电容短节为核磁井下仪器提供一个附加的能量存储。因为发射器在发射RF脉冲期间，由于电缆电阻的限制，不可能在短时间内为其提供发射所需的能量，所以电容短节的能量就为发射器在发射RF脉冲期间提供足够的能量补充。

电子线路主要包括：

天线接口模块，用来接收来自发射滤波器的高压，将其经组合变压器耦合至天线，并在发射脉冲后消空天线所存残荷；将来自天线的回波信号输出到前置放大器并在发射脉冲期间对前置放大器进行保护。

发射器模块：起功率放大作用。其输出接到射频合成变压器。

发射器接口/发射器电源模块，发射器接口将DSP模块的发射控制信号放大至+/-15V电平并转发到相应模块。发射器电源模块用于提供发射相关电路所需的+/-15V电源。

辅助电源模块，将600V斩波以提供+/-15.5V电压的开关电源。用于发射器相关电路供电。

电源模块，将电缆上下传得交流电变换为低压直流电源以提供仪器电路。

激发器模块，接收来自DSP模块的模拟控制信号与数字控制信号及高压传感信号，产生具有位差的两组发射器控制信号。

刻度/B1传感器模块，系统将以标准信号加入本模块并经衰减最终加至B1测量回路的接收端，然后天线拾取此信号并做相关处理，用于确定天线Q值和电路增益并补偿它们的变化对测井造成的影响。B1传感回路通过对发射期间天线发射能量的测量来标定回波幅度，用以补偿天线发射能量对回波幅度造成的不利影响。

前置放大器，对接收的回波信号和刻度信号进行放大。

接收器/继电器驱动器模块，接收器对来自前置放大器的射频信号进行进一步的程控增益放大，并通过多路开关接入其它相关信号，一并送入DSP；继电器驱动器根据DSP命令操作仪器中的调谐回路中的继电器，设置系统工作于某一频带上。

发射滤波器模块，负责滤除发射器输出中的谐波。针对不同频带，它内部附设了继电器控制的滤波电容网络以将滤波器调谐至相应频带。

继电器模块，将地面供下的直流高压与核磁线路和电容短节隔离开，只有当仪器需要此高压直流电时，才将其接通。

数据传输电路，由曼彻斯特编译码器和微处理器构成。曼彻斯特编译码器接收到地面测井系统下发的指令编码后进行译码并向微处理器产生中断请求。微处理器接收到曼彻斯特编译码器中断请求后产生中断并读取指令，然后按照地面测井系统的指令控制井下仪器完成相应工作。微处理器在接收到地面测井系统上传数据指令后将数字信号传送给曼彻斯特编译码器并控制其将测量数据编码传输至地面测井系统。

DSP数字信号处理板，通过模拟和数字输出对系统实施控制，将接收到的回波信号进行数字信号处理，同时与数据传输电路进行命令和数据通讯。

辅助测量板，对系统中的一般模拟信号(如电压、温度等)进行测量，并将结果树局送到DSP数字信号处理板

本发明采用梯度场，利用自旋回波技术，可以获得更高的信噪比。仪器采集到的信号再经相应软件处理后可以有效地、高精度地确定地层的渗透率、流体饱和度、真实的可动流体孔隙度和束缚流体孔隙度、颗粒大小和孔隙大小分布的地层评价岩石物理数据等有效信息。所得渗透率比常规测井方法而得的高一个数量级。对于常规测井痕困难识别的低阻油层、水淹层业可以有效识别。大大提高了储量和产能预测的精度。

四、附图说明：

图1仪器结构示意图；

图2发射信号路径示意图；

图3信号接收路径示意图；

图4仪器框图。

五、具体实施方式：

根据图1，仪器最上方为电容短结1，为仪器提供一个附加的能量存储，其通过37芯接插件与电子线路连接。中间部分为电子线路1，实现产生大功率RF脉冲，接收回波信号，对接收到的回波信号进行放大、滤波和解调，对仪器进行控制、刻度以及数据通讯等功能，通过37芯接插件与探头部分连接。最下面是探头部分3，包括磁体核天线两部分。磁体由一个强铁氧体磁铁(主磁体)和两个磁性更强的地层预极化钐-钴永久磁铁组成。主磁体安装在玻璃钢外壳内部，用于产生静磁场，钐-钴永久磁铁用于对地层预极化。RF天线，埋置于探头玻璃钢外壳中，用作于向地层发射电磁波脉冲信号和接收回波信号。

根据图2，脉冲发射路径首先从DSP模块开始。DSP产生精确的正交控制信号Sinout和Cosout。这两个RF信号作为激发器模块的输入信号，为激发器模块发射脉冲的频率，相位和幅度提供频率和相位的参考信号。同时还向激发器模块发送模拟信号AM。激发器模块应用AM信号和高压电源取样信号控制两个发送器模块输出的高压脉冲之间的相位差。从发送器模块输出的高压脉冲经发射滤波器模块滤波后经天线接口模块的组合变压器耦合至天线，发射到地层。发送器供电板向激发器、发送器提供电源。

根据图3，信号接收路径是从探头天线接收到的感应信号开始的。信号从天线接收后送到天线接口模块，然后经其送到前置放大器进行放大，然后送到接收板做进一步的放大、滤波，输出到DSP处理器板。处理完后经数据短节送到地面系统。

根据图4，仪器上电后，通过数据传输模块将工作参数下传给DSP数据处理模块。DSP模块根据接收到的参数启动相应工作模式。DSP模块主要负责将回波信号进行数字化，进行数字处理功能。同时还负责仪器的控制和通讯功能。产生的Sinout、Cosout、dacout送到激发器模块。激发器模块接收来自DSP的信号和高压信号后，生成具有位差的两组发射器控制信号，分别送到发射器A和发射器B，然后再分别经过两发射滤波器的滤波后最终在天线接口模块中合成幅度受控的射频输出，使得射频输出的幅度按DSP的要求变化。天线接口模块将接收到的射频信号经组合变压器耦合到天线，发射到地层，并

在发射脉冲后清空天线残存电荷；将来自天线的回波信号输出到前置放大器模块。前置放大器负责对回波信号和刻度信号进行放大处理，然后送到接收器/继电器驱动模块。接收器/继电器驱动模块进一步对射频信号程控增益放大，并经多路开关接入其他相关信号送到DSP模块，进行A/D数模转换后进行数字化处理，然后将处理后的数据送给数据传送模块送到地面设备。继电器模块负责将地面供下的直流高压与核磁线路和电容短结隔离开，只有当需要此高压直流电时，才将其接通。辅助测量模块用于对系统中的一般模拟信号如：电压、温度等信号进行测量，并通过串口通讯将数据送到DSP。辅助电源模块是将600V斩波以提供+/-15，5V电压的开关电源用于给发射器相关电路供电。电源模块负责将电缆下传得电压转换为低压直流电源以提供仪器所需供电。刻度/B1传感器模块负责：1)接收一标准信号并经衰减最终加至B1测量回路的接收端，然后拾取此信号并作相关处理，用于确定天线Q值和电路增益并补偿它们的变化对测京造成的影响。2)B1传感器回路通过对发射期间天线发射能量的测量来标定回波幅度，用于补偿天线发射能量对回波幅度造成的不利影响。

Claims

1、一种核磁共振测井仪，其特征是：包括电容短节、电子线路、探头三个部分组成。

2、根据权利要求1所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的探头包括一个强铁氧体磁铁(也称主磁体)和两个磁性更强的地层预极化钐-钴永久磁铁组成的磁体和天线组成，主磁体和天线均安装在非磁性外壳内部，

3、根据权利要求1或2所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的电子线路包括由天线接口模块、发射器模块、发射器接口/发射器电源模块、发射器接口/发射器电源模块、激发器模块、刻度/B1传感器模块、前置放大器、接收器/继电器驱动器模块、发射滤波器模块、DSP数字信号处理板、辅助测量板组成。

4、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的天线接口模块，用来接收来自发射滤波器的高压，将其经组合变压器耦合至天线，并在发射脉冲后消空天线所存残荷，将来自天线的回波信号输出到前置放大器并在发射脉冲期间对前置放大器进行保护。

5、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的发射器模块起功率放大作用，其输出接到射频合成变压器。

6、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的发射器接口/发射器电源模块，发射器接口将DSP模块的发射控制信号放大至+/-15V电平并转发到相应模块，发射器电源模块用于提供发射相关电路所需的+/-15V电源。

7、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的辅助电源模块，将600V斩波以提供+/-15.5V电压的开关电源，用于发射器相关电路供电。

8、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的电源模块，将电缆上下传得交流电变换为低压直流电源以提供仪器电路。

9、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的激发器模块，接收来自DSP模块的模拟控制信号与数字控制信号及高压传感信号，产生具有位差的两组发射器控制信号。

10、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的刻度/B1传感器模块，系统将以标准信号加入本模块并经衰减最终加至B1测量回路的接收端，然后天线拾取此信号并做相关处理，用于确定天线Q值和电路增益并补偿它们的变化对测井造成的影响；B1传感回路通过对发射期间天线发射能量的测量来标定回波幅度，用以补偿天线发射能量对回波幅度造成的不利影响。

11、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的前置放大器，对接收的回波信号和刻度信号进行放大。

12、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的接收器/继电器驱动器模块，接收器对来自前置放大器的射频信号进行进一步的程控增益放大，并通过多路开关接入其它相关信号，一并送入DSP；继电器驱动器根据DSP命令操作仪器中的调谐回路中的继电器，设置系统工作于某一频带上。

13、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的发射滤波器模块，负责滤除发射器输出中的谐波，针对不同频带，它内部附设了继电器控制的滤波电容网络以将滤波器调谐至相应频带。

14、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的继电器模块，将地面供下的直流高压与核磁线路和电容短节隔离开，只有当仪器需要此高压直流电时，才将其接通。

15、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的数据传输电路，由曼彻斯特编译码器和微处理器构成，曼彻斯特编译码器接收到地面测井系统下发的指令编码后进行译码并向微处理器产生中断请求，微处理器接收到曼彻斯特编译码器中断请求后产生中断并读取指令，然后按照地面测井系统的指令控制井下仪器完成相应工作，微处理器在接收到地面测井系统上传数据指令后将数字信号传送给曼彻斯特编译码器并控制其将测量数据编码传输至地面测井系统。

16、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的DSP数字信号处理板，通过模拟和数字输出对系统实施控制，将接收到的回波信号进行数字信号处理，同时与数据传输电路进行命令和数据通讯。

17、根据权利要求3所述的核磁共振测井仪，其特征是：所述的辅助测量板，对系统中的一般模拟信号进行测量，并将结果输送到DSP数字信号处理板。