CN200955389Y - 微球形数字聚焦测井仪 - Google Patents
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Abstract
一种微球形数字聚焦测井仪，它包括测量电极部分和测量电路部分；其特征在于：所述的测量电极部分包括：监督电极M2、M1、电极A1、电极M0、电极A0、电极B(仪器的金属外壳)；所述的测量电路部分包括：ΔVM放大电路、V0放大电路、I0放大电路、多路开关及A/D转换电路、单片计算机电路、屏流供电电路、主电流供电电路、主电流取样电阻；它可通过屏流供电电路和主电流供电电路在地层中产生两个频率叠加的电场，同时测量各电极之间的电位差；由单片计算机计算后得到所要测量的地层冲洗带电阻率。本实用新型采用了数字聚焦技术不使用高增益闭环反馈回路，可大幅度提高仪器的测量范围和测量精度，同时使得仪器的测量电路变得简单、可靠和稳定，便于仪器的维修和调试。
Description
发明领域
本实用新型涉及一种测试仪器，特别是指一种用于石油地质勘探的微球形数字聚焦测井仪器。
背景技术
传统微球形聚焦测井仪是在裸眼的油井井中测量井筒周围地层冲洗带带电阻率的一种测井仪器。仪器在井内测量时由一个机械装置将测量电极紧贴在井壁上，由测井电缆带动仪器在井内缓慢移动即可得到一条连续变化的地层电阻率曲线。它的探测深度很浅主要测量地层冲洗带的电阻率。
该仪器框图参见图1，仪器由测量电极部分10、测量电路部分20组成。在图1中：10--微球形聚焦仪器电极部分；11--电极M2；12--电极M1；13--电极A1；14--电极M0；15--电极A0；16--电极B(仪器的金属外壳)；20--测量电路部分；21--高增益闭环反馈放大电路；22--V0放大滤波电路；23--I0放大滤波电路；24--主电流供电电路；25--电流取样电阻。
仪器的测量原理为：
当主电流供电电路通过电极A0和电极B在井筒内建立一个交流电场后，在电极M1和M2上产生电位差ΔVM信号，ΔVM信号经带通滤波、放大电路放大后，作为屏蔽电流输出到电极A0和电极A1上，使得ΔVM信号变小并趋于零，即电极M1和M2电位近似相等。当电极M1和M2电位近似相等时，电极M1和M2之间不再有电流流过，仪器处于聚焦状态。此时电极A0输出的主电流便沿着垂直于井轴的方向流入地层返回到B电极上，通过测量A0电极上的电流和M0电极上的电压来得到地层侵入带电阻率。
传统微球形聚焦测井仪的高增益闭环反馈回路放大器的调节过程如下：
VA0B↑→ΔVM↑→VA0A1↑→ΔVM↓
当放大电路调节ΔVM信号趋近于零仪器处于聚焦状态时，ΔVM信号非常小，只有几个微伏，这就要求放大电路的增益非常高(一般要几百万倍)，并且要求A0至B主流信号与A0至A1供出的屏流信号的相位要一致，否则仪器的测量精度将得不到保证作。
传统仪器的缺点是：
依靠硬件电路的闭环反馈实现仪器的聚焦，要求其闭环反馈电路的增益非常高，且其输出信号的相位要与输入信号的相位保持一致。这种要求导致仪器的电路调试和维修非常困难。
仪器在深度为几千米、环境温度为125℃～190℃的油井下工作，在这种恶劣的环境下，闭环反馈电路的相移很难保证不变化，从而导致聚焦效果不好，使得仪器的测量精度变差。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术不足而提供一种微球形数字聚焦测井仪，它摒弃了高增益闭环反馈回路，通过数字聚焦技术来实现地层冲洗带电阻率的测量。
本实用新型的技术方案是：
一种微球形数字聚焦测井仪，它包括测量电极部分和测量电路部分，其特征在于：所述的测量电极部分包括：电极M2、电极M1、电极A1、电极M0、电极A0、电极B(即仪器的金属外壳)；所述的测量电路部分包括：ΔVM放大电路、V0放大电路、I0放大电路、多路开关及A/D转换电路、单片计算机电路、屏流供电电路、主电流供电电路、主电流取样电阻。
其中，所述的主电流供电电路和屏蔽电流供电电路是两个完全独立的电路，屏蔽电流供电电路不再是受控电流源。
监督电极M1、M2之间的电位差信号ΔVM放大电路是开环放大；ΔVM信号经该放大电路放大后直接送A/D转换电路。
监督电极M1、M2之间的电位差信号ΔVM不再需要高增益的闭环反馈聚焦回路调节屏蔽电流的大小，使其趋于零。
测量电路的基本工作原理：
单片计算机控制两路D/A输出不同频率的两路正弦波信号，其中频率为fA0的主电流信号VA0加在电极A0和电极B上，频率为fA1的屏流信号VA1加在电极A0和电极A1上。在井壁上就形成了一个由两个频率叠加而成电场，此电场在电极M1和电极M2之间产生电位差ΔVM，ΔVM信号经过放大后由A/D转换为数字信号送给单片计算机，单片计算机通过计算得到频率为fA0的VMA0信号数值和频率为fA1的VMA1信号数值，如果VMA0和VMA1不相等时单片计算机通过D/A调整VA0或VA1信号的幅度使得VMA0和VMA1相等，当VMA0＝VMA1时电极M1和电极M2上的电位相等，此时电极M1和M2之间不再有电流流过，仪器处于等效聚焦状态。
电极M0和电极M1之间的电位差经过放大后由A/D转换为数字信号送给单片计算机，单片计算机通过计算得到频率为fA0的V0信号数值。
主电流取样电阻的电位差经过放大后由A/D转换为数字信号送给单片计算机，单片计算机通过计算得到频率为fA0的I0信号数值。
通过公式(1)即可计算出地层冲洗带电阻率RX0。
其中K为测量电极系数。
本实用新型的优点在于：
本实用新型采用了数字聚焦技术不使用高增益闭环反馈回路，可大幅度提高仪器的测量范围和测量精度，同时使得仪器的测量电路变得简单、可靠和稳定，便于仪器的维修和调试。
附图说明
图1是传统微球形聚焦测井仪原理框图；
图2是本实用新型微球形数字聚焦测井仪原理框图；
图3是本实用新型与其它测井方法的测井曲线资料对比图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型微球形数字聚焦测井仪原理示意图参见图2。
本实用新型由测量电极部分10和测量电路部分20组成。所述的测量电极与传统微球形聚焦测井仪的测量电极相同。
在图2中：10--微球形聚焦仪器电极部分；11--电极M2；12--电极M1；13--电极A1；14--电极M0；15--电极A0；16--电极B(仪器的金属外壳)；20--测量电路部分；21--ΔVM放大电路；22--V0放大电路；23--I0放大电路；24--多路开关及A/D转换电路；25--单片计算机电路；26--屏流供电电路；27--主电流供电电路；28--主电流取样电阻。
测量电路的功能是：通过屏流供电电路和主电流供电电路在地层中产生两个频率叠加的电场同时测量各电极之间的电位差，由单片计算机计算后得到所要测量的地层冲洗带电阻率。
所述的测量电路部分20各电路功能如下：
ΔVM放大电路21将电极M1和电极M2之间的电位差信号放大；
V0放大电路22将电极M0和电极M1之间的电位差信号放大；
I0放大电路23将主电流取样电阻的信号放大；
多路开关及A/D转换电路24将ΔVM放大电路21、V0放大电路22和I0放大电路23输出的模拟信号转换为数字信号送给单片计算机；
单片计算机电路25完成仪器所需的时序控制；接收由多路开关及A/D转换电路24送来的数字信号并计算出所需的各信号的数值，计算所需的VA0和VA1的信号幅度并送至26和27的D/A中，计算地层冲洗带电阻率RXO。
屏流供电电路26由D/A及驱动电路组成，接收单片计算机电路25送来的数字信号产生频率为fA1的屏流供电信号；
主电流供电电路27；由D/A及驱动电路组成，接收单片计算机电路25送来的数字信号产生频率为fA0的屏流供电信号；
主电流取样电阻28对主电流供电的电流取样。
测量电路的工作流程：
单片计算机25将数字信号送到主电流供电电路27中，控制D/A输出频率为fA0的正弦波信号VA0，经过功率驱动将主电流供电信号加在电极A0和电极B上。单片计算机25将数字信号送到屏流供电电路26中，控制D/A输出频率为fA1的正弦波信号VA1，经过功率驱动将屏流供电信号加在电极A0和电极A1上。
此时在井壁上就形成了一个由两个频率叠加而成电场，此电场在测量电极的各个电极上产生电位差，电极M1和电极M2之间产生电位差ΔVM由ΔVM放大电路21放大，电极M0和M1之间的电位差由V0放大电路22放大，I0放大电路23通过电流取样电阻28提取主电流供电的电流并放大。
ΔVM放大电路21、V0放大电路22和I0放大电路23的输出通过24中的多路开关依次接到A/D转换器上转换为数字信号，数字信号通过数据总线送给单片计算机电路25中。
单片计算机通过计算得到频率为fA0的VMA0信号数值和频率为fA1的VMA1信号数值，如果VMA0和VMA1不相等则单片计算机通过D/A调整VA0或VA1信号的幅度使得VMA0和VMA1相等，当VMA0＝VMA1时电极M1和电极M2上的电位相等，此时电极M1和M2之间不再有电流流过，仪器处于等效聚焦状态。单片计算机通过不断的连续调整使得VMA0和VMA1始终相等。
在测量过程中单片计算机通过计算可得到频率为fA0的V0信号数值和频率为fA0的I0信号数值，通过公式(1)即可计算出地层冲洗带电阻率RXO。
本实用新型的测量电路不再需要高增益的闭环反馈回路，所测量的信号幅度也不再是传统微球形聚焦的几个微伏的量级，都是在毫伏的量级上，各种控制和计算由单片计算机来完成，使得本发明的电路非常简单，便于维修和调试，同时仪器的测量精度、可靠性和一致性得到了提高。
采用本实用新型实施例所述方案在完钻的裸眼井中进行了测井，得到的曲线资料与传统仪器的测井曲线资料对比图参见图3。
在图3中：曲线代码定义如下：
RXO(数字聚焦)--微球形数字聚焦测井曲线；RXO(斯伦贝谢)--传统微球形聚焦测井曲线；LLD--深侧向测井曲线；LLS--浅侧向测井曲线。
由图3(1)处可看出数字聚焦的曲线数值与浅侧向的数值相同，明显高于传统微球形聚焦的数值，在其它低电阻率的位置两种方法的数值相同，说明微球形数字聚焦仪器的测量动态范围大，测量结果与其它曲线相关性更好。
通过图3所示的测井曲线资料说明：按上述实施例可实现本实用新型的发明目的。
Claims (6)
1、一种微球形数字聚焦测井仪，它包括电极部分(10)和电路部分(20)；其特征在于：所述的电极部分(10)包括电极M2(11)、电极M1(12)、电极A1(13)、电极M0(14)、电极A0(15)、以及电极B(16)；所述的测量电路部分(20)包括：ΔVM放大电路(21)、V0放大电路(22)、I0放大电路(23)、多路开关及A/D转换电路(24)、单片计算机电路(25)、屏流供电电路(26)、主电流供电电路(27)、主电流取样电阻(28)；它可通过屏流供电电路和主电流供电电路在地层中产生两个频率叠加的电场，同时测量各电极之间的电位差，由单片计算机计算后得到所要测量的地层冲洗带电阻率。
2、根据权利要求1所述的微球形数字聚焦测井仪，其特征在于：所述的主电流供电电路(27)和屏蔽电流供电电路(26)是两个完全独立的电路，屏蔽电流供电电路(26)不受监督电极M1、M2之间电位差信号ΔVM的控制。
3、根据权利要求1所述的微球形数字聚焦测井仪，其特征在于：监督电极M1、M2之间的电位差信号ΔVM放大电路(21)是开环放大；ΔVM信号经该放大电路放大后直接送A/D转换电路(24)。
4、一种微球形数字聚焦测井仪，其特征在于：它包括：
ΔVM放大电路(21)的输入端分别与电极M2(11)和电极M1(12)，其输出端与多路开关及A/D转换电路(24)相连接；
V0放大电路(22)的输入端与电极M0(14)和电极M1(12)相连；其输出端与多路开关及A/D转换电路(24)相连接；
I0放大电路(23)的输入端与主电流取样电阻(28)连接；其输出端与多路开关及A/D转换电路(24)的输入端相连接；
屏流供电电路(26)的输入端与单片计算机电路(25)相连接；其输出端与电极A1(13)、电极A0(15)相连接；
主电流供电电路(27)的输入端与单片计算机电路(25)相连接，其输出端的一端通过主电流取样电阻(28)与电极A0(15)相连接、另一端与电极B(16)相连接；
单片计算机电路(25)还与多路开关及A/D转换电路(24)相连接。
5、根据权利要求4所述的微球形数字聚焦测井仪，其特征在于：所述的主电流供电电路(27)和屏蔽电流供电电路(26)是两个完全独立的电路，屏蔽电流供电电路(26)不受监督电极M1、M2之间电位差信号ΔVM的控制。
6、根据权利要求4所述的微球形数字聚焦测井仪，其特征在于：监督电极M1、M2之间的电位差信号ΔVM放大电路(21)是开环放大；ΔVM信号经该放大电路放大后直接送A/D转换电路(24)。
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