[實驗名稱] 感應測井線圈系探測特性測定

1、 實驗名稱 感應測井線圈系探測特性測定 感應測井是用來測量地層電導率的測井方法，屬于電法測井方法之一。該儀器有兩部分組成：一為地面測量儀器地面面板；二為下井儀器，下井儀器又有電子線路和線圈系兩部分組成。線圈系里有發(fā)射線圈和接收線圈組成。 在感應測井儀的發(fā)射線圈中通以穩(wěn)定的20千周交流電流，它將產生一個交變電磁場，這個周期性變化的電磁場的磁通量，在發(fā)射線圈周圍的地層中感應出一個同樣頻率的次生電流。在發(fā)射線圈附近，放置一個接收線圈，感應測井的記錄儀器記錄次生電流電磁場在接收線圈中感應出電動勢。事實上，導電性地層，可以當作與發(fā)射線圈相藕合的單線圈次級回路，為了分析方便起見，我們把地層分成很多圍繞著發(fā)

2、射線圈的閉合回路。在完全均勻的地層中，這個閉合回路是中心在井軸上的圓環(huán)，這些環(huán)狀單元電路中感應出來的次生電流的密度依賴于單元環(huán)狀電路對于發(fā)射線圈的相對距離和單元環(huán)電路的導電率。 本實驗就是基于這一理論，在實驗室通過模擬地層的刻度環(huán)對感應測井儀進行特性測定。 一、實驗目的 學習、了解感應測井儀線圈系的探測特性，加深對幾何因子理論的理解，熟悉感應測井儀器線圈系縱向和橫向(徑向)探測特性。 二、工作原理 幾何因子理論證明，電導率相同的單位厚度的無限大薄片介質，在線圈系縱向的不同垂直位置上，它對接收線圈所提供的有用信號的大小不同，在理論上可用“縱向微分幾何因子特性曲線”(見圖l-8中的曲絲1)來描述。

3、 圖1-8 0.8米六線圈系的縱向探測特性 曲線1一縱向碳分幾何因子 曲線2縱向積分幾何因子 從橫向(徑向)來看，電導率相同的單元厚度的無限長薄圓筒介質，如果與線圈的軸同心，則圓筒介質的半徑不同，它對接收線圈所提供的有用信號的大小也不同。在理論上可用“橫向(徑向)微分幾何因子特性曲線”(見圖示l-9中的曲線1)來描述。圖1-9 0.8米六線圈系的橫向探測特性用實體介質來模擬無限大薄片介質或無限長薄簡介質是困難的，也不定有必要。雙幾何因子理論的觀點來看，只要能等效地模擬無限大薄片介質或無限薄圓筒介質中產生的渦流電流，就可以在接收線圈中產生等效的有用信號。在本實驗中，就是用單元導電環(huán)配上造當?shù)碾娮?/p>

4、來模擬無限大薄片介質或無限大圓筒介質的。 在測定線圈的縱向微分幾何因子特性時，可借用感應刻度環(huán)，并串聯(lián)適當?shù)碾娮枘M電導率為的無限大薄片介質，只要電阻固定不變，就可以認為它所模擬的無限大薄片介質的電導率也不變。等距離地改變模擬環(huán)在線圈系上的位置，測出對應各點的感應讀數(shù)，就可以繪出線圈系的縱向微分幾何因子特性曲線。 在測定線圈系的橫向微分幾何因子特性時，可用一系列不同半徑的導電環(huán)，并按比例配上不同的等效電阻，來模擬不同半徑的無限長薄圓筒介質。因為，研究的是相對變化，所以不必精確地計算出等效電阻與無限長薄圓筒介質電導率的定量關系。一般都將多圈模擬環(huán)垂直地放置在線圈系的記錄點上，每次只要將某一線圈的

5、等效電阻接通，來模擬某一半徑的無限長薄圓筒介質，并記錄其感應讀數(shù)。隨著模擬環(huán)半徑的增大，所串聯(lián)的等效電阻將按比例增大，逐次測定不同半徑模擬環(huán)的感應讀數(shù)。就可以繪制出線圈系的橫向幾何因子特性曲線。 由于幾何因子理論是一種近似理論，以上的實驗方法并不完全符合幾何因子理論的假設條件，同時測量中還有人為因素引起的測量誤差。因此，實測的線圈系探測特性曲線與理論曲線不可能達到完全一致，但是，其曲線的形狀應該差不多。模擬環(huán)所串聯(lián)電阻不可太小，否則渦流太小，誤差將增大。 三、應測井儀器簡介 感應測井儀器由地面儀器和下井儀器兩部分組成，工作原理見下面框圖(1-10)圖1-lO 感應測井儀的工作原理 在感應測井儀

6、器的下井儀器中，發(fā)射電路為發(fā)射線圈“T”提供頻率為20KHZ的正弦發(fā)射電流，而且電流強度恒定不變，同時為相敏檢波器提供基準參考電壓。接收線圈“R”所接收到的信號，經過測量放大器作線性放大后，送相敏檢波器進行相敏檢波。由于基準參考信號與有用信號反相，而與無用信號相差900，因此，相敏檢波器只輸出檢波后的有用信號，經過濾波后，以直流形式通過測井電纜傳送到地面。感應測井的地面儀器由電源和衰減器組成，電源為感應下井儀器提供工作電壓，衰減器可調節(jié)感應測井儀器輸出信號的幅度。本實驗用的是0.8米六線圈系感應測井儀器，0.8米即主發(fā)射線圈與接收線圈之間的距離。 四、實驗儀器線路的連接 如下面(1-11)圖所

7、示 圖1.1l 測定感應線圈系探測特性的接線 必須嚴格、認真的按線路連接，在確認一切無誤的情況下，方可開啟電源，按步驟實施實驗。 注意：下井儀器的第二電纜芯有+250v電壓，纜芯與對地的交流電壓是32v。連接時要注意不要觸電。五、操作步驟1將刻度環(huán)套線圈系的記錄點上，將地面儀器的開關旋鈕入在安全位置上，特別是“交流調節(jié)”旋鈕應逆時針旋到“0”位置，“直流調節(jié)”應逆時針旋到最小位置。 2開啟“總電源”開關。調節(jié)“交流粗調”到“500mA”（通過調節(jié)“交流粗調”和“交流細調”使表頭指針指向“0.5mA“位置）。流細調 3預熱1015分鐘使儀器進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。4用刻度環(huán)檢查儀器的線性。將感應測井儀

8、的下井儀器橫臥放置在離地面1.5米高支撐架上，周圍不應有制品或其它導電物品?？潭拳h(huán)對準儀器的記錄點，當廢工環(huán)半徑r不同是時，應該接入不同的刻度電阻RD，才能模擬不同電阻率R(或電導率)的無限介質，具體數(shù)據見表1-1。表1-1 刻度系數(shù)及刻度電阻表(·m)201052.52KP(mvm)50100200400500(1/m)R=0.3m8.84.32.10.9250.70.45RDr=0.5m47.423.751.855.924.742.37R=0.54m52.126.013.56.55.22.60本實驗選用r=0.6 ×=0.3米刻度電阻采用電阻箱（ZX-1旋轉電

9、阻箱）。接線時，應將刻度環(huán)的兩根引線的一端接“0”接線柱上，另一端接“9.9”或“9999.9”接線柱上。刻度時，先將刻度環(huán)引線的任一端從電阻箱的接線柱上去掉，刻度環(huán)相當于開路，其電阻為“”，而電導率為1/=0，這時檢流計應為“0”，否則可調節(jié)檢流計的調零旋鈕”使之指示為零。然后再把去掉的一端接到原接線柱上，電阻箱選擇旋鈕分別到“2.1、4.3、8.8”，各檔時，分別表示模擬的介質電阻為“5、10、20歐姆米（m）”或電導率“200、100、50毫歐姆/米”。在感應測井中，常用的橫向比例是n=50毫歐姆/米。如果按橫向比例刻度，則橫擬環(huán)開路（即電阻）時，感應測井儀的輸出信號為“基值”，而電阻箱

10、選擇開關分別放在“2.1、4.3、8.8”，各檔上，檢流計的光點應依次偏轉“40mm、20mm、10mm”（見表1-2），如果符合這一要求，就認為儀器的線性良好，在刻度橫向比例時，可調節(jié)“靈敏度細調”和分壓器，使檢流計光點偏轉到要求位置。5測繪感應測井儀線圈系的縱向探測特性用刻度環(huán)串聯(lián)一個電阻來模擬電導率為的無限大薄片介質，這樣“刻度環(huán)”已變成“模擬環(huán)”。將模擬環(huán)放在線圈系記錄點（即0.8米線圈系的刻度點）上，用光點檢流計讀出相應偏軒格數(shù)，然后沿著線圈系移動模擬環(huán)的位置，每隔四厘米來測一個點，并將測得數(shù)據例入表1-3內，模擬環(huán)開路時的讀數(shù)為“基值”。表1-2 實際刻度表電導率(毫歐姆米)200

11、10050電阻率(歐姆米)51020刻度電阻(歐姆)2.14.38.8偏轉(毫米)402010表1-3 線圈系縱向特性數(shù)據表上端下端Zcm6020,16,12,8,407,8,12,16,2060讀數(shù)(格)偏轉(格) 將整理的數(shù)據在方格紙上繪制成特性曲線(或采用計算機繪制)?；捣€(wěn)定時可直接用讀數(shù)繪制。 6測繪感應測井儀線圈系的橫向探測特性 采用我們自制的多圈模擬環(huán)放在線圈系的記錄點上，所有模擬環(huán)全部開路時，測出的讀數(shù)為“基值”，然后按照表1-4所列的模擬電阻，每次接通一個模擬環(huán)，測出其讀數(shù)，填入表內。表1-4 線圈系橫向特性數(shù)據表模擬環(huán)半徑0.10.150.20.30.40.50.60.70

12、.80.91O1.1模擬電阻Q6.289.4312.5718.8525.1331.4237.7043.9830.736.5562.1359.08實際配備電阻5.73.91213.324.930.937.343.75056.362369.3讀數(shù)(格)偏轉(格) 將整理的數(shù)據在方格紙上繪制成特性曲線(或采用計算機繪制)。由于多線圈模擬環(huán)模擬的電導率為的無限長薄圓筒介質，因此，繪制的線圈系橫向特性曲線應當類似于線圈系的橫向微分幾何因子特性曲線?；捣€(wěn)定時，可直接用讀數(shù)繪制。 六、最后整理工作 1如果所測數(shù)據結果符合實驗要求，可將儀器的開關，旋鈕恢復到安全位置，先斷開感 應測井儀器的直流下井電流，再斷

13、開總電源的開關，光點檢流計旋鈕旋到“短路”位置， 拆除掉所有連接導線，認真整理歸納好。 2按實驗的要求整理好實驗報告。附注：感應測井儀線圈系介紹 線圈系的作用是發(fā)射和接收信號目前采用的是主線圈間距0.8米的六線圈系。由兩面組結構、性能、尺寸完全相同的線圈組成。其結構如下面圖示構羹霎系警竺望墨耋譬翌羹鑒簍三。曼碧采用的是主線圈間距o8米的六線圈系。由兩組結構、性能、尺寸完全相同的線圈組成其結構如下面圖票”“戳四不。出紕珀 線圈系結構原理示圖 主線圈間距：0.8米，100圈，用于發(fā)射和接收信號； 輸助線圈間距：0.4米，25圈，用于減小井的影響： 聚焦線圈間距：2米，7圈，用于減小鄰層影響。線圈系的性能是：當井徑不大于30厘米時，對測量結果無影響。地層厚度大于1.8米時，圍巖產生的有用訊號只占總有用訊號的20，探測半徑1.3米。線圈系繞在外徑75毫米，內徑60毫米的玻璃鋼骨架上，先在骨架上繞上一層予先剪好的柵狀銅箔，外面裹以黃蠟綢，上面在繞線圈，外面再繞一層柵狀銅箔，并與內層的柵狀銅箔焊在一起并接地（用作靜電屏蔽）。線圈繞好后固定在玻璃鋼做的中心桿上，桿長2.5米，外徑59毫米，內徑32毫米。引線嵌在予先繞好的槽內。為了防止線圈系的參數(shù)變化，在線圈系調整好后用環(huán)氧樹脂封固，并通電加熱使之老化，