CN204681362U - 适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐系统，双频发射调谐系统包括依次串联的电磁波发射电路(1)、射频母接头(6)、射频公接头(7)、射频同轴线(2)、阻抗匹配器(3)和双频调谐网络(4)；其中，双频调谐网络(4)包括并联的第1频率调谐通道(41)和第2频率调谐通道(42)。优点为：由于两个频率调谐通道完全并联，不共用任何电子器件，因此，减少了调谐两个频率调谐通道时，各频率调谐通道之间的相互影响，简化了调谐的过程；进一步的，既使当一个频率调谐通道出现故障时，也不会影响另一个频率调谐通道的正常使用，从而提高了双频发射调谐系统的工作可靠性。

Description

适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐系统

技术领域

本实用新型涉及一种油田随钻测井仪器，具体涉及一种适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐系统。

背景技术

目前，在油田钻井行业，随钻电磁波电阻率测井主要用作井眼周围的岩性区分、油层和气层与水层的划分、地层剖面的构造对比等。公知的随钻电磁波电阻率测量技术指：利用基本的电场和磁场之间相互感应的原理，在发射线圈中激励出一定幅度和频带宽度的交变电场，该交变电场在周围的地层中感应出交变磁场，交变磁场又在其周围感应出二次交变电场，依次类推，最终在接收线圈中接收到感应电场，该感应电场的大小和相位角与发射线圈和接收线圈之间的地层电阻率相关，测量该感应电场的大小和相位角，即可获得周围地层的电阻率。

为获得不同深度的地层电阻率，目前，许多随钻电磁波电阻率测量仪器所配置的发射线圈的前端安装有双频发射调谐系统，通过双频发射调谐系统，可使电磁波电阻率发射电路发射出两种不同频率的电磁波，然后，可分时将两种不同频率的电磁波通过同一个发射线圈向外发出。其中，电磁波频率一般在200KHz到5MHz之间选择，通过相对较低频率的电磁波探测更远的地层，而通过较高频率的电磁波探测较近的地层。

对于目前多数采用可发射两种不同探测频率的测量仪器，其双频发射调谐系统存在以下缺点：

双频发射调谐系统所配置的第1频率调谐通道和第2频率调谐通道共用相同的电子器件，因此，两个谐振频率之间具有明显的影响，很大程度地提高了现场调谐的难度，为达到在预设的两个频率点均实现调谐，实际操作时必须在两个频率点之间反复切换，工艺较为繁琐。

具体的，随钻电磁波电阻率测量仪器在井下工作时，从地表直至数千米深的地下，地层温度有较大的变化，统计结果显示：距离地表深度每增加一百米，地层温度会增加大约3℃，若井深达到3000米，则仪器周围的地层温度可能达到100℃以上，当电磁波电阻率仪器在大范围的温度变化环境中工作时，其双频调谐电路中的电抗性元件会受温度变化的影响，其个体的主要参数会发生一定程度的温度漂移，这种漂移是电子电抗元件固有的特性，与其制造时所使用的原材料和工艺有直接的关系。系统在室温条件下对预设的两个工作频率完成调谐，而随着系统进入地层，在逐渐被高温环境所包围的过程中，其在室温条件完成的两个频率的调谐都会发生偏移。如前所述，既使在室温环境中完成对两个频率的调谐，随着环境地层温度的变化，该两个频率之间的相互影响会更加明显，这会使得发射电流的效率下降，从而影响接收线圈感应的电场，最终导致测量结果的偏差。

此外，电子元件在井下高温、高压、剧烈震动的环境工作，还可能带来不可预测的物理损坏，若双频发射调谐系统中的某个元件发生损坏，会同时导致两个工作频率的调谐失效，进而使整个电磁波电阻率测量仪器失效。

可见，现有的双频发射调谐系统，由于第1频率调谐通道和第2频率调谐通道共用相同的电子器件，因此，当其中一个频率调谐通道发生故障而失效时，常常也会导致另一个频率调谐通道失效，从而具有测量可靠性较低的不足。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐系统，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐系统，包括依次串联的电磁波发射电路(1)、射频母接头(6)、射频公接头(7)、射频同轴线(2)、阻抗匹配器(3)和双频调谐网络(4)；

其中，所述双频调谐网络(4)包括并联的第1频率调谐通道(41)和第2频率调谐通道(42)。

优选的，所述第1频率调谐通道(41)包括串联的第1电感(411)和第1电容(412)；

所述第2频率调谐通道(42)包括串联的第2电感(421)和第2电容(422)。

优选的，所述射频母接头(6)、所述射频公接头(7)和所述射频同轴线(2)的电阻值均为50欧姆。

本实用新型还提供一种适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐方法，包括以下步骤：

S1，对于随钻电磁波电阻率测量仪器，共配置有n个发射线圈，n为自然数；每个所述发射线圈的前端均连接独立的双频发射调谐系统；

上位机与各个所述双频发射调谐系统连接；

S2，对于任意的发射线圈(5)，在与1个所述双频发射调谐系统连接后，上位机对所述双频发射调谐系统进行控制，使所述发射线圈(5)分时发射预设定的第1频率电磁波信号和第2频率电磁波信号，具体控制方法为：

S2.1，上位机控制电磁波发射电路(1)分时产生第1频率电磁波信号和第2频率电磁波信号；其中，第1频率电磁波信号和第2频率电磁波信号的频率不相同；

S2.2，在当前时刻，假设电磁波发射电路(1)产生的为第1频率电磁波信号，则第1频率电磁波信号经射频同轴线(2)馈送至阻抗匹配器(3)；

S2.3，阻抗匹配器(3)的输入端与射频同轴线(2)的阻抗匹配，阻抗匹配器(3)的输出端与双频调谐网络(4)的阻抗匹配；因此，经阻抗匹配器(3)作用后，将第1频率电磁波信号传输到双频调谐网络(4)；

S2.4，双频调谐网络(4)具有并联的第1频率调谐通道(41)和第2频率调谐通道(42)，因此，当双频调谐网络(4)的输入端接收到第1频率电磁波信号时，第1频率电磁波信号自动输送到与自身频率匹配的第1频率调谐通道(41)，然后，通过第1频率调谐通道(41)，将第1频率电磁波信号输送到发射线圈(5)，因此，发射线圈(5)将第1频率电磁波信号传输到周围地层；

S2.5，同样的，当电磁波发射电路(1)产生的为第2频率电磁波信号时，第2频率电磁波信号经过射频同轴线(2)后反馈到阻抗匹配器(3)；然后，阻抗匹配器(3)将第2频率电磁波信号传输到双频调谐网络(4)；

S2.6，当双频调谐网络(4)的输入端接收到第2频率电磁波信号时，第2频率电磁波信号自动输送到与自身频率匹配的第2频率调谐通道(42)，然后，通过第2频率调谐通道(42)，将第2频率电磁波信号输送到发射线圈(5)，因此，发射线圈(5)将第2频率电磁波信号传输到周围地层。

优选的，还包括：

S3，使用网络分析仪对第1频率调谐通道(41)和第2频率调谐通道(42)进行独立调谐，将第1频率调谐通道(41)调谐到与第1频率电磁波匹配的状态，将第2频率调谐通道(42)调谐到与第2频率电磁波匹配的状态。

优选的，S3具体为：

网络分析仪与射频同轴线(2)连接的射频公接头(7)对接，首先改变第1频率调谐通道(41)的第1电容(412)的值，并观测网络分析仪的显示，使第1频率调谐通道(41)调谐到适于传输第1频率电磁波信号的状态；

然后，改变第2频率调谐通道(42)的第2电容(422)的值，并观测网络分析仪的显示，使第2频率调谐通道(42)调谐到适于传输第2频率电磁波信号的状态。

本实用新型提供的适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐系统及方法具有以下优点：

本实用新型提供的双频调谐网络，由两个并联的完全独立的频率调谐通道组成；由于两个频率调谐通道完全并联，不共用任何电子器件，因此，减少了调谐两个频率调谐通道时，各频率调谐通道之间的相互影响，即：每个频率调谐通道只对一个工作频率调谐，而不会影响另一个频率调谐通道的调谐结果，简化了调谐的过程；进一步的，既使当一个频率调谐通道出现故障时，也不会影响另一个频率调谐通道的正常使用，从而提高了双频发射调谐系统的工作可靠性。

附图说明

图1为本实用新型提供的双频发射调谐系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型提供的双频调谐网络的简化结构示意图；

图3为本实用新型提供的双频调谐网络的详细结构示意图；

图4为本实用新型提供的随钻电磁波电阻率测量仪的工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细说明：

如图1所示，本实用新型提供一种于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐系统，包括依次串联的电磁波发射电路1、射频母接头6、射频公接头7、射频同轴线2、阻抗匹配器3和双频调谐网络4；

如图2所示，双频调谐网络4包括并联的第1频率调谐通道41和第2频率调谐通道42。并且，第1频率调谐通道41包括串联的第1电感411和第1电容412；第2频率调谐通道42包括串联的第2电感421和第2电容422。

由此可见，本实用新型提供的双频调谐网络，由两个并联的完全独立的频率调谐通道组成；由于两个频率调谐通道完全并联，不共用任何电子器件，因此，减少了调谐两个频率调谐通道时，各频率调谐通道之间的相互影响，即：每个频率调谐通道只对一个工作频率调谐，而不会影响另一个频率调谐通道的调谐结果，简化了调谐的过程；进一步的，既使当一个频率调谐通道出现故障时，也不会影响另一个频率调谐通道的正常使用，从而提高了双频发射调谐系统的工作可靠性。

此外，实际应用中，射频母接头6、射频公接头7和射频同轴线2的电阻值可以均为50欧姆。

实际应用中，本领域技术人员公知，在将发射线圈接到双频发射调谐系统时，需要使发射线圈处于一个回路中，才能保证发射线圈的正常工作，因此，如图3所法，为双频调谐网络的详细结构示意图。

节点301为双频调谐网络的输入端，用于连接到图1的阻抗匹配器的输出端；从阻抗匹配器输出的某个频率的电磁信号经第1频率调谐通道41和第2频率调谐通道42的选频后，传输到发射线圈5，发射线圈5将电磁信号向地层发出；同时发射线圈5的输出节点308连接到图1的阻抗匹配器的输入端，进而形成电路传输回路。

设第1频率调谐通道41的总阻抗为Z₂，即：为第1电感411和第1电容412的阻抗之和；设第2频率调谐通道42的总阻抗为Z₃，即：为第2电感421和第2电容422的阻抗之和。

则：第1频率调谐通道41和第2频率调谐通道42并联后的总阻抗Z₁为：

$Z_1=\frac{Z_2\×Z_3}{Z_2+Z_3}$

第1频率调谐通道41和第2频率调谐通道42分别独立调谐于两个预设频率之一，调谐操作时，这两个通道的调谐结果互相独立，没有影响。

在图3中，第3电感306为发射线圈5的等效电感，电阻307为整个双频调谐网络的等效阻抗Z₃₀₇。整个双频调谐网络的阻抗还包括等效阻抗Z₃₀₇、发射线圈5的等效阻抗Z₃₀₆，改变第1电容412的电容值，可实现对第1频率调谐通道41所适配的预设频率的调谐，此时Z₁复阻抗的电抗部分为零；改变第2电容422的电容值，可实现对第2频率调谐通道42所适配的预设频率的调谐，此时Z₁复阻抗的电抗部分也为零。

本实用新型还提供一种适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐方法，包括以下步骤：

S1，对于随钻电磁波电阻率测量仪器，共配置有n个发射线圈，n为自然数；每个发射线圈的前端均连接独立的双频发射调谐系统；

上位机与各个双频发射调谐系统连接；

S2，对于任意的发射线圈5，在与1个双频发射调谐系统连接后，上位机对双频发射调谐系统进行控制，使发射线圈5分时发射预设定的第1频率电磁波信号和第2频率电磁波信号，具体控制方法为：

S2.1，上位机控制电磁波发射电路1分时产生第1频率电磁波信号和第2频率电磁波信号；其中，第1频率电磁波信号和第2频率电磁波信号的频率不相同；

S2.2，在当前时刻，假设电磁波发射电路1产生的为第1频率电磁波信号，则第1频率电磁波信号经射频同轴线2馈送至阻抗匹配器3；

S2.3，阻抗匹配器3的输入端与射频同轴线2的阻抗匹配，阻抗匹配器3的输出端与双频调谐网络4的阻抗匹配；因此，经阻抗匹配器3作用后，将第1频率电磁波信号传输到双频调谐网络4；

阻抗匹配器的设置目的为：减少在信号源发射端的反射，实现最佳的信号传输。

S2.4，双频调谐网络4具有并联的第1频率调谐通道41和第2频率调谐通道42，因此，当双频调谐网络4的输入端接收到第1频率电磁波信号时，第1频率电磁波信号自动输送到与自身频率匹配的第1频率调谐通道41，然后，通过第1频率调谐通道41，将第1频率电磁波信号输送到发射线圈5，因此，发射线圈5将第1频率电磁波信号传输到周围地层；

S2.5，同样的，当电磁波发射电路1产生的为第2频率电磁波信号时，第2频率电磁波信号经过射频同轴线2后反馈到阻抗匹配器3；然后，阻抗匹配器3将第2频率电磁波信号传输到双频调谐网络4；

S2.6，当双频调谐网络4的输入端接收到第2频率电磁波信号时，第2频率电磁波信号自动输送到与自身频率匹配的第2频率调谐通道42，然后，通过第2频率调谐通道42，将第2频率电磁波信号输送到发射线圈5，因此，发射线圈5将第2频率电磁波信号传输到周围地层。

还包括：

S3，使用网络分析仪对第1频率调谐通道41和第2频率调谐通道42进行独立调谐，将第1频率调谐通道41调谐到与第1频率电磁波匹配的状态，将第2频率调谐通道42调谐到与第2频率电磁波匹配的状态。

以下通过具体试验例，验证本实用新型提供的双频发射调谐系统，其第1频率调谐通道41和第2频率调谐通道42完全独立，互不影响：

(1)试验例1

通过本试验例，介绍两个频率调谐通道对两个预设频率的独立调谐。

网络分析仪与射频同轴线2连接的射频公接头7对接，首先改变图3中第1频率调谐通道41的第1电容412的值，并观测网络分析仪的显示，使第1频率调谐通道41调谐到适于传输第1频率电磁波信号的状态；

然后，改变第2频率调谐通道42的第2电容422的值，并观测网络分析仪的显示，使第2频率调谐通道42调谐到适于传输第2频率电磁波信号的状态。

其中，调整网络分析仪的带宽，使其能够覆盖两个预设的频率，观测显示屏的调谐结果，显示上述分别独立完成的两个频率的调谐结果只发生了极小的变化，在允许的范围之内。

(2)试验例2

本实用新型人还对第1频率调谐通道41和第2频率调谐通道42分别单独实施了升降温测试，结果显示：对第1频率调谐通道41实施升降温时，该通道对应的调谐频率点发生了可视的偏移，而第2频率调谐通道的调谐频率点基本保持不变；而在对第2频率调谐通道实施升降温时，该通道对应的调谐频率点发生了可视的偏移，而第1频率调谐通道的调谐频率点仍可基本保持不变。由此验证本实用新型提供的双频发射调谐系统，两个频率调谐通道各自独立，互不影响。

(3)试验例3

在图3中，只安装第1频率调谐通道，而未安装第2频率调谐通道的各通道元件，双频调谐网络仍然可以在第1频率调谐通道的调谐频率上工作。同样的，只安装第2频率调谐通道，而未安装第1频率调谐通道的各通道元件，双频调谐网络仍然可以在第2频率调谐通道的调谐频率上工作。

由此证明，对于双频调谐网络，既使当一个频率调谐通道出现故障时，也不会影响另一个频率调谐通道的正常使用，从而提高了双频发射调谐系统的工作可靠性。

下面介绍将本实用新型提供的双频发射调谐系统应用到随钻电磁波电阻率仪器的一个具体实施例：

如图4所示，为随钻电磁波电阻率仪器井下工作状态时的结构示意图，电磁波电阻率本体104位于泥浆马达103的后部，泥浆马达103驱动钻头113进行钻进，井眼102内径大于电磁波电阻率本体104的外径，这个间隙用以返回压力泥浆。

在图4中，共安装有四个发射线圈和两个接收线圈，四个发射线圈分别记为：第1发射线圈105、第2发射线圈106、第3发射线圈109和第4发射线圈110；两个接收线圈分别记为：第1接收线圈107和第2接收线圈108。

对于每个发射线圈，均安装有本实用新型提供的双频发射调谐系统，用于使每个发射线圈可发射两种不同频率的电磁波，实现对不同深度的地层电阻率的测量。在图4中，仅画出两个双频发射调谐系统，分别为第1双频发射调谐系统111和第2双频发射调谐系统112。

电磁波电阻率本体104工作时，各发射线圈依次向周围地层101分时发射预设的两个不同频率的正弦电磁波，各接收线圈则接收经过地层101衰减的发射信号，由于不同电阻率的地层对发射信号的衰减不同，电阻率仪器计算每个接收线圈所接收到的信号的强度和相位角，并根据计算结果得到周围地层101的电阻率。

综上所述，本实用新型提供的适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐系统及方法具有以下优点：

(1)通过双频发射调谐系统，可分别独立调谐两个频率调谐通道，从而简化了调谐工艺，提高了作业效率、降低了时间成本。

(2)在双频发射调谐系统工作时，当环境温度发生变化时，某个独立调谐通道中的元件因受温度的影响而使对应频率的调谐结果发生偏移时，另一通道的调谐结果不会受到影响。此外，既使某频率下的某个调谐通道的电阻率测量结果出现偏离真值的情形发生时，也不会波及另一调谐通道的工作频率的测量结果，增加了系统工作的可靠性。

(3)进一步的，若因为某种不可知的原因，如井下的高温、高压或剧烈震动等原因，导致某调谐通道的元件发生故障，从而影响该通道对应的工作频率不能正常工作时，也可以保证另一通道所调谐的频率仍然可以工作，而不会使整个电磁波电阻率仪器完全失效。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐系统，其特征在于，包括依次串联的电磁波发射电路(1)、射频母接头(6)、射频公接头(7)、射频同轴线(2)、阻抗匹配器(3)和双频调谐网络(4)；

其中，所述双频调谐网络(4)包括并联的第1频率调谐通道(41)和第2频率调谐通道(42)。

2.根据权利要求1所述的适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐系统，其特征在于，所述第1频率调谐通道(41)包括串联的第1电感(411)和第1电容(412)；

所述第2频率调谐通道(42)包括串联的第2电感(421)和第2电容(422)。

3.根据权利要求1所述的适于随钻电磁波电阻率测量的双频发射调谐系统，其特征在于，所述射频母接头(6)、所述射频公接头(7)和所述射频同轴线(2)的电阻值均为50欧姆。