CN202510115U - 电法测井仪的数字聚焦电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电法测井仪的数字聚焦电路；数字聚焦电路含有电极和测量电路，测量电路中含有模式1屏流电路、模式２屏流电路、压控恒流源电路、电压检测电路、压差检测电路、电流检测电路和DSP电路，模式1屏流电路与电极Ｂ和Ａ２连接，模式２屏流电路与电极Ａ２和Ａ１连接，压控恒流源电路的一端与电极Ａ１连接，另一端通过取样电阻与电极Ａ０连接，电压检测电路的输入端与电极Ｎ和Ｍ２连接，压差检测电路的输入端与电极Ｍ２和Ｍ１连接，电流检测电路的输入端与取样电阻的两端连接，电压检测电路、压差检测电路和电流检测电路的输出端与DSP电路连接；本实用新型提供了一种测量精度高、电路简洁、稳定性好的电法测井仪的数字聚焦电路。
Description
（一）、技术领域：本实用新型涉及一种数字聚焦电路，特别是涉及一种电法测井仪的数字聚焦电路。
（二）、背景技术：电法测井是油田地球物理勘探中常用的测井方法，分为普通电阻率测井和聚焦电阻率测井。从聚焦实现方式角度，聚焦电阻率测井分为电路硬聚焦方式和数字聚焦方式。聚焦电阻率测井时，两个监督电极都要满足压差为零的聚焦条件，这样才能使测量电流按正确的路径流动。
电路硬聚焦方式是通过调节主电流和屏蔽电流的比例使两个监督电极间的电压差处于动态为零的状态，从而满足了聚焦条件。电路硬聚焦方式在满足聚焦条件时存在剩余电位，这必然会带来视电阻率的测量误差，随着新型聚焦电法仪器的监督电极间距减小到一定程度时，剩余电位对视电阻率的测量误差将不容忽视。
以电路硬聚焦方式中的双侧向电路为例（如图1所示），当深侧向屏流电路通过电极A2和电极B在井筒内建立一个交流电场，在电极M1和电极M2上产生电位差ΔVM信号，ΔVM经过闭环反馈放大电路的带通滤波、放大后，输出到电极A0和电极B上，使得ΔVM信号变小并趋于零，即电极M1和M2电位近似相等，从而满足聚焦电阻率测井的聚焦条件。当电极M1和M2间没有电流流过时，仪器处于聚焦状态。此时电极A0输出的电流沿着垂直于井周的方向流入地层，通过测量电极A0电极上的电压和电流可以得到地层的电阻率值。
以深侧向为例说明双侧向电路的高增益闭环反馈放大电路的调整过程如下：
VA2B↑→ΔVM↑→VA0B↑→ΔVM↓
其中，VA2B为电极A2和电极B之间的电压，VA0B为电极A０和电极B之间的电压。
当ΔVM信号趋于零，仪器处于聚焦状态时，ΔVM信号非常小，这就需要闭环反馈放大电路的增益非常高，并且要求电极A0到电极B主流信号与电极A2到电极B供出的屏流信号的相位要严格一致，否则仪器将不能正常工作。
传统双侧向仪器电路的缺点：
1、传统双侧向仪器电路依靠硬聚焦，对高增益闭环反馈放大电路的增益和相位要求都比较高，这给电路的设计、调试和维修带来很多不便；
2、仪器在深度较高、环境温度较高的恶劣环境下，硬件电路很难保证相位不发生变化，从而导致仪器的聚焦效果变差，测量精度下降；
3、传统双侧向仪器电路在监督电极信号特别小时，电路的测量精度将会大大下降，从而无法满足薄层油气层的需求。
数字聚焦方式是利用电场叠加原理由两个非聚焦状态的电流合成一个聚焦状态电流的一种崭新的电流聚焦方式，由于在电场叠加时聚焦条件被无条件满足，因此，数字聚焦方式可以克服剩余电位的影响，从而提高了仪器的测量精度。该方式具有电路简洁、测量精度高等优点。
随着油田勘探开发需要，聚焦电法仪器在不断发展，高分辨率类仪器和阵列类仪器的出现满足了油田的开发需求。这些仪器使用电路硬聚焦的方式实现起来电路较为冗繁，且测量误差不能很好地得到满足。数字聚焦方式是目前聚焦电法仪器发展的主要方向趋势。例如，法国斯伦贝谢测井公司研发的阵列侧向仪和高分辨方位侧向仪中都使用了数字聚焦方式实现，通过该方式可以使仪器监督电极间距较小时仍具有较高的测量精度，满足仪器设计的要求，从而使得该方法在新型聚焦电法测井仪器中不断使用。
（三）、实用新型内容：本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的缺陷，提供一种测量精度高、电路简洁、稳定性好的电法测井仪的数字聚焦电路。
本实用新型的技术方案：一种电法测井仪的数字聚焦电路，含有电极系和测量电路，电极系通过导线与测量电路连接，电极系含有镶嵌在一根绝缘棒上的１１个电极，该１１个电极分别为电极Ｂ、电极Ｎ、电极Ａ２、电极Ａ１、电极Ｍ２、电极Ｍ１、电极Ａ０、电极Ｍ１’、电极Ｍ２’、电极Ａ１’、电极Ａ２’，其中，电极Ａ２、电极Ａ１、电极Ｍ２、电极Ｍ１、电极Ａ０、电极Ｍ１’、电极Ｍ２’、电极Ａ１’、电极Ａ２’由上至下依次排列在绝缘棒上，电极Ａ２和电极Ａ２’、电极Ａ１和电极Ａ１’、电极Ｍ２和电极Ｍ２’、电极Ｍ１和电极Ｍ１’为四对同名电极，每对同名电极对称设置并用导线短接在一起，电极Ｂ和电极Ｎ置于绝缘棒的远处；测量电路中含有模式1屏流电路、模式２屏流电路、压控恒流源电路、电压检测电路、压差检测电路、电流检测电路和DSP电路，模式1屏流电路的输出端与电极Ｂ和电极Ａ２连接，模式２屏流电路的输出端与电极Ａ２和电极Ａ１连接，压控恒流源电路的输出端的一端与电极Ａ１连接，压控恒流源电路的输出端的另一端通过取样电阻与电极Ａ０连接，电压检测电路的输入端与电极Ｎ和电极Ｍ２连接，压差检测电路的输入端与电极Ｍ２和电极Ｍ１连接，电流检测电路的输入端与取样电阻的两端连接，电压检测电路、压差检测电路和电流检测电路的输出端与DSP电路的输入端连接，DSP电路的控制输出端与模式1屏流电路、模式２屏流电路和压控恒流源电路的控制输入端连接。
模式1屏流电路中含有第一Ｄ/Ａ转换器和第一功率驱动模块，第一Ｄ/Ａ转换器的输出端与第一功率驱动模块的输入端连接，第一功率驱动模块的输出端与电极Ｂ和电极Ａ２连接；模式２屏流电路中含有第二Ｄ/Ａ转换器和第二功率驱动模块，第二Ｄ/Ａ转换器的输出端与第二功率驱动模块的输入端连接，第二功率驱动模块的输出端与电极Ａ２和电极Ａ１连接；压控恒流源电路中含有第三Ｄ/Ａ转换器和压控恒流源，第三Ｄ/Ａ转换器的输出端与压控恒流源的输入端连接，压控恒流源的输出端的一端与电极Ａ１连接，压控恒流源的输出端的另一端通过取样电阻与电极Ａ０连接； DSP电路中含有DSP运算模块，DSP运算模块的控制输出端与第一Ｄ/Ａ转换器、第二Ｄ/Ａ转换器和第三Ｄ/Ａ转换器的控制输入端连接。
电压检测电路、压差检测电路和电流检测电路中均含有差分放大器。
DSP电路中含有选择开关、Ａ/Ｄ转换器和DSP运算模块，电压检测电路、压差检测电路和电流检测电路的输出端与选择开关的输入端连接，选择开关的输出端与Ａ/Ｄ转换器的输入端连接，Ａ/Ｄ转换器的输出端与DSP运算模块的输入端连接。
本实用新型的工作过程如下：首先，由DSP电路控制模式1屏流电路、模式２屏流电路和压控恒流源电路中的三路D/A转换器输出三路频率f1、f2和f3的正弦波信号，分别称为：
模式1信号：频率为f1的信号，经过模式1屏流电路中的第一功率驱动模块到电极A2和电极B上；
模式2信号：频率为f2的信号，经过模式２屏流电路中的第二功率驱动模块供到电极A1和电极A2上；
模式3信号：频率为f3的信号，经过压控恒流源电路中的压控恒流源供到电极A0和电极A1上。
模式3信号与模式1信号组合用于深侧向Rd测量；模式3信号与模式2信号组合用于浅侧向Rs测量。三个模式信号同时独立工作。
深侧向测量电路实现过程：供到电极系上的模式1和模式3信号在井筒内分别建立一个交流电场，相应地在监督电极M1和M2上产生频率为f1的压差信号ΔV1和频率为f3的压差信号ΔV3，在电极M2和电极N上产生频率为f1的电压信号V1和频率为f3的电压信号V3，以及频率为f3的电流信号I0。
压差信号ΔV1和ΔV3经过压差检测电路前置放大以后，输出混合信号ΔV13；电压信号V1和V3经过电压检测电路前置放大以后，输出混合信号V13；电流信号I0经过电流检测电路的选频放大以后输出频率为f3的电流信号I3。
混合信号ΔV13、V13和I3输入到DSP电路进行数字滤波，数字滤波后输出频率为f1的电压信号V01、压差信号ΔV01，频率为f3的电压信号V03、压差信号ΔV03和电流信号I03。滤波后输出的以上5个量经过A/D转换后，DSP运算模块对其进行采集。
根据电荷数值合成原理得知，通过公式（1）可以无条件满足监督电极M1和M2间压差信号为零的聚焦条件，因此，通过DSP运算模块采集的5个量以及公式（1）的计算就可以得出深侧向Rd的电阻率值。
Rd=Kd*（V03-V01*ΔV03/ΔV01）/I03 （1）
Kd------Rd的仪器系数。
浅侧向测量电路实现过程：与深侧向测量模式一样，供到电极系上的模式2和模式3信号在井筒内分别建立一个交流电场，相应地在监督电极M1和M2上产生频率为f2的压差信号ΔV2和频率为f3的压差信号ΔV3，在电极M2和电极N上产生频率为f2的电压信号V2和频率为f3的电压信号V3，以及频率为f3的电流信号I0。
压差信号ΔV2和ΔV3经过压差检测电路前置放大以后，输出混合信号ΔV23；电压信号V2和V3经过电压检测电路前置放大以后，输出混合信号V23；电流信号I0经过电流放大电路的选频放大以后输出频率为f3的电流信号I3。
混合信号ΔV23、V23和I3输入到DSP电路进行数字滤波，数字滤波后输出频率为f2的电压信号V02、压差信号ΔV02，频率为f3的电压信号V03、压差信号ΔV03和电流信号I03。滤波后输出的以上5个量经过A/D转换后，DSP运算模块对其进行采集。
根据电荷数值合成原理得知，通过公式（2）可以无条件满足监督电极M1和M2间压差信号为零的聚焦条件，因此，通过DSP运算模块采集的5个量以及公式（2）的计算就可以得出浅侧向Rs的电阻率值。
Rs=Ks*（V03-V02*ΔV03/ΔV02）/I03 （2）
Ks------Rs的仪器系数。
本实用新型的有益效果：1、本实用新型采用数字滤波技术和数字聚焦技术，无需增加高增益闭环反馈放大电路，不仅可以提高测井仪器的测量精度，而且还使得电路大大得到简化，提高了仪器的稳定性，便于仪器的调试、维修和小型化设计。
2、本实用新型克服了传统聚焦电阻率仪器中监督电极间剩余电位的影响，提高了仪器的测量精度，可以满足测井工作中对薄层油气层的勘探需求。
3、本实用新型的压控恒流源电路实现了模式1信号和模式2信号按正常的电流流向流动，可以很大程度上减小漏电流；电压检测电路和压差检测电路可以实现对微伏级信号的有效检测，确保了电路的测量精度。
（四）、附图说明：
图1为电路硬聚焦方式中的双侧向电路的电路框图；
图２为电法测井仪的数字聚焦电路的电路框图。
（五）、具体实施方式：参见图２，图中，电法测井仪的数字聚焦电路含有电极系和测量电路，电极系通过导线与测量电路连接，电极系含有镶嵌在一根绝缘棒上的１１个电极，该１１个电极分别为电极Ｂ、电极Ｎ、电极Ａ２、电极Ａ１、电极Ｍ２、电极Ｍ１、电极Ａ０、电极Ｍ１’、电极Ｍ２’、电极Ａ１’、电极Ａ２’，其中，电极Ａ２、电极Ａ１、电极Ｍ２、电极Ｍ１、电极Ａ０、电极Ｍ１’、电极Ｍ２’、电极Ａ１’、电极Ａ２’由上至下依次排列在绝缘棒上，电极Ａ２和电极Ａ２’、电极Ａ１和电极Ａ１’、电极Ｍ２和电极Ｍ２’、电极Ｍ１和电极Ｍ１’为四对同名电极，每对同名电极对称设置并用导线短接在一起，电极Ｂ和电极Ｎ置于绝缘棒的远处；测量电路中含有模式1屏流电路、模式２屏流电路、压控恒流源电路、电压检测电路、压差检测电路、电流检测电路和DSP电路，模式1屏流电路的输出端与电极Ｂ和电极Ａ２连接，模式２屏流电路的输出端与电极Ａ２和电极Ａ１连接，压控恒流源电路的输出端的一端与电极Ａ１连接，压控恒流源电路的输出端的另一端通过取样电阻R与电极Ａ０连接，电压检测电路的输入端与电极Ｎ和电极Ｍ２连接，压差检测电路的输入端与电极Ｍ２和电极Ｍ１连接，电流检测电路的输入端与取样电阻R的两端连接，电压检测电路、压差检测电路和电流检测电路的输出端与DSP电路的输入端连接，DSP电路的控制输出端与模式1屏流电路、模式２屏流电路和压控恒流源电路的控制输入端连接。
模式1屏流电路中含有第一Ｄ/Ａ转换器和第一功率驱动模块，第一Ｄ/Ａ转换器的输出端与第一功率驱动模块的输入端连接，第一功率驱动模块的输出端与电极Ｂ和电极Ａ２连接；模式２屏流电路中含有第二Ｄ/Ａ转换器和第二功率驱动模块，第二Ｄ/Ａ转换器的输出端与第二功率驱动模块的输入端连接，第二功率驱动模块的输出端与电极Ａ２和电极Ａ１连接；压控恒流源电路中含有第三Ｄ/Ａ转换器和压控恒流源，第三Ｄ/Ａ转换器的输出端与压控恒流源的输入端连接，压控恒流源的输出端的一端与电极Ａ１连接，压控恒流源的输出端的另一端通过取样电阻R与电极Ａ０连接； DSP电路中含有DSP运算模块，DSP运算模块的控制输出端与第一Ｄ/Ａ转换器、第二Ｄ/Ａ转换器和第三Ｄ/Ａ转换器的控制输入端连接。
电压检测电路、压差检测电路和电流检测电路中均含有差分放大器。
DSP电路中含有选择开关、Ａ/Ｄ转换器和DSP运算模块，电压检测电路、压差检测电路和电流检测电路的输出端与选择开关的输入端连接，选择开关的输出端与Ａ/Ｄ转换器的输入端连接，Ａ/Ｄ转换器的输出端与DSP运算模块的输入端连接。
本实用新型的工作过程如下：首先，由DSP电路控制模式1屏流电路、模式２屏流电路和压控恒流源电路中的三路D/A转换器输出三路频率f1、f2和f3的正弦波信号，分别称为：
模式1信号：频率为f1的信号，经过模式1屏流电路中的第一功率驱动模块到电极A2和电极B上；
模式2信号：频率为f2的信号，经过模式２屏流电路中的第二功率驱动模块供到电极A1和电极A2上；
模式3信号：频率为f3的信号，经过压控恒流源电路中的压控恒流源供到电极A0和电极A1上。
模式3信号与模式1信号组合用于深侧向Rd测量；模式3信号与模式2信号组合用于浅侧向Rs测量。三个模式信号同时独立工作。
深侧向测量电路实现过程：
供到电极系上的模式1和模式3信号在井筒内分别建立一个交流电场，相应地在监督电极M1和M2上产生频率为f1的压差信号ΔV1和频率为f3的压差信号ΔV3，在电极M2和电极N上产生频率为f1的电压信号V1和频率为f3的电压信号V3，以及频率为f3的电流信号I0。
压差信号ΔV1和ΔV3经过压差检测电路前置放大以后，输出混合信号ΔV13；电压信号V1和V3经过电压检测电路前置放大以后，输出混合信号V13；电流信号I0经过电流检测电路的选频放大以后输出频率为f3的电流信号I3。
混合信号ΔV13、V13和I3输入到DSP电路进行数字滤波，数字滤波后输出频率为f1的电压信号V01、压差信号ΔV01，频率为f3的电压信号V03、压差信号ΔV03和电流信号I03。滤波后输出的以上5个量经过A/D转换后，DSP运算模块对其进行采集。
根据电荷数值合成原理得知，通过公式（1）可以无条件满足监督电极M1和M2间压差信号为零的聚焦条件，因此，通过DSP运算模块采集的5个量以及公式（1）的计算就可以得出深侧向Rd的电阻率值。
Rd=Kd*（V03-V01*ΔV03/ΔV01）/I03 （1）
Kd------Rd的仪器系数。
浅侧向测量电路实现过程：
与深侧向测量模式一样，供到电极系上的模式2和模式3信号在井筒内分别建立一个交流电场，相应地在监督电极M1和M2上产生频率为f2的压差信号ΔV2和频率为f3的压差信号ΔV3，在电极M2和电极N上产生频率为f2的电压信号V2和频率为f3的电压信号V3，以及频率为f3的电流信号I0。
压差信号ΔV2和ΔV3经过压差检测电路前置放大以后，输出混合信号ΔV23；电压信号V2和V3经过电压检测电路前置放大以后，输出混合信号V23；电流信号I0经过电流放大电路的选频放大以后输出频率为f3的电流信号I3。
混合信号ΔV23、V23和I3输入到DSP电路进行数字滤波，数字滤波后输出频率为f2的电压信号V02、压差信号ΔV02，频率为f3的电压信号V03、压差信号ΔV03和电流信号I03。滤波后输出的以上5个量经过A/D转换后，DSP运算模块对其进行采集。
根据电荷数值合成原理得知，通过公式（2）可以无条件满足监督电极M1和M2间压差信号为零的聚焦条件，因此，通过DSP运算模块采集的5个量以及公式（2）的计算就可以得出浅侧向Rs的电阻率值。
Rs=Ks*（V03-V02*ΔV03/ΔV02）/I03 （2）
Ks------Rs的仪器系数。
Claims (4)
1.一种电法测井仪的数字聚焦电路，含有电极系和测量电路，电极系通过导线与测量电路连接，电极系含有镶嵌在一根绝缘棒上的１１个电极，该１１个电极分别为电极Ｂ、电极Ｎ、电极Ａ２、电极Ａ１、电极Ｍ２、电极Ｍ１、电极Ａ０、电极Ｍ１’、电极Ｍ２’、电极Ａ１’、电极Ａ２’，其中，电极Ａ２、电极Ａ１、电极Ｍ２、电极Ｍ１、电极Ａ０、电极Ｍ１’、电极Ｍ２’、电极Ａ１’、电极Ａ２’由上至下依次排列在绝缘棒上，电极Ａ２和电极Ａ２’、电极Ａ１和电极Ａ１’、电极Ｍ２和电极Ｍ２’、电极Ｍ１和电极Ｍ１’为四对同名电极，每对同名电极对称设置并用导线短接在一起，电极Ｂ和电极Ｎ置于绝缘棒的远处，其特征是：测量电路中含有模式1屏流电路、模式２屏流电路、压控恒流源电路、电压检测电路、压差检测电路、电流检测电路和DSP电路，模式1屏流电路的输出端与电极Ｂ和电极Ａ２连接，模式２屏流电路的输出端与电极Ａ２和电极Ａ１连接，压控恒流源电路的输出端的一端与电极Ａ１连接，压控恒流源电路的输出端的另一端通过取样电阻与电极Ａ０连接，电压检测电路的输入端与电极Ｎ和电极Ｍ２连接，压差检测电路的输入端与电极Ｍ２和电极Ｍ１连接，电流检测电路的输入端与取样电阻的两端连接，电压检测电路、压差检测电路和电流检测电路的输出端与DSP电路的输入端连接，DSP电路的控制输出端与模式1屏流电路、模式２屏流电路和压控恒流源电路的控制输入端连接。
2.根据权利要求1所述的电法测井仪的数字聚焦电路，其特征是：所述模式1屏流电路中含有第一Ｄ/Ａ转换器和第一功率驱动模块，第一Ｄ/Ａ转换器的输出端与第一功率驱动模块的输入端连接，第一功率驱动模块的输出端与电极Ｂ和电极Ａ２连接；模式２屏流电路中含有第二Ｄ/Ａ转换器和第二功率驱动模块，第二Ｄ/Ａ转换器的输出端与第二功率驱动模块的输入端连接，第二功率驱动模块的输出端与电极Ａ２和电极Ａ１连接；压控恒流源电路中含有第三Ｄ/Ａ转换器和压控恒流源，第三Ｄ/Ａ转换器的输出端与压控恒流源的输入端连接，压控恒流源的输出端的一端与电极Ａ１连接，压控恒流源的输出端的另一端通过取样电阻与电极Ａ０连接； DSP电路中含有DSP运算模块，DSP运算模块的控制输出端与第一Ｄ/Ａ转换器、第二Ｄ/Ａ转换器和第三Ｄ/Ａ转换器的控制输入端连接。
3.根据权利要求１所述的电法测井仪的数字聚焦电路，其特征是：所述电压检测电路、压差检测电路和电流检测电路中均含有差分放大器。
4.根据权利要求１所述的电法测井仪的数字聚焦电路，其特征是：所述DSP电路中含有选择开关、Ａ/Ｄ转换器和DSP运算模块，电压检测电路、压差检测电路和电流检测电路的输出端与选择开关的输入端连接，选择开关的输出端与Ａ/Ｄ转换器的输入端连接，Ａ/Ｄ转换器的输出端与DSP运算模块的输入端连接。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105093336A (zh) * | 2014-05-23 | 2015-11-25 | 华中科技大学 | 聚焦电流法地质前探视电阻扫描测量系统 |
| CN111474591A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-07-31 | 中国石油天然气集团有限公司 | 方位阵列侧向用均质地层残余电位差和主屏流比测试方法 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105093336A (zh) * | 2014-05-23 | 2015-11-25 | 华中科技大学 | 聚焦电流法地质前探视电阻扫描测量系统 |
| CN105093336B (zh) * | 2014-05-23 | 2017-06-20 | 华中科技大学 | 聚焦电流法地质前探视电阻扫描测量系统 |
| CN111474591A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-07-31 | 中国石油天然气集团有限公司 | 方位阵列侧向用均质地层残余电位差和主屏流比测试方法 |
| CN111474591B (zh) * | 2020-04-01 | 2022-11-04 | 中国石油天然气集团有限公司 | 方位阵列侧向用均质地层残余电位差和主屏流比测试方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |