第一章電流聚焦測井儀器

1、第一章第一章 電流聚焦測井儀器電流聚焦測井儀器 1.1 1.1 測量原理及工作方式測量原理及工作方式 1.2 1.2 12291229雙側(cè)向測井儀雙側(cè)向測井儀 1.3 1.3 DLT-EDLT-E雙側(cè)向測井儀雙側(cè)向測井儀 1.4 1.4 習(xí)題習(xí)題2LrS UUSKULIIrI巖石樣品電阻率的測量原理1.1.1 地層電阻率的測量原理地層電阻率的測量原理3地層電阻率測量方法：地層電阻率測量方法： 根據(jù)地層特點和測量環(huán)境，設(shè)計探測電磁場 向井內(nèi)供給電流，激發(fā)人工電磁場 測量井下電磁場的分布，求出地層電阻率普通電阻率測量方法：普通電阻率測量方法：采用穩(wěn)定電流（有源無旋場） 歐姆定律： 基爾霍夫定律：

2、div j = 0 E = R j均勻介質(zhì)中的電阻率測井424IIjr電 流 強(qiáng) 度電 流 密 度橫 截 面 積球 面 積ANM22444IIUERURRrrrI測量電場中任一點的電位，得到該點處介質(zhì)的電阻率5電位電極系：電位電極系：IUAMRM_4電位電極系數(shù)電位電極系數(shù)6IUMNANAMRMN_4梯度電極系數(shù)梯度電極系數(shù)梯度電極系：梯度電極系：7電阻率曲線獲得：URKI從井底到井口測量一條 曲線，經(jīng)變化后得到地層的井剖面電阻率。U電極系數(shù)測量電流根據(jù)點電極的電位計算公式，則測量電極的電位是MNANAMK4IUKMN 鹽水泥漿和膏鹽剖面中由于受泥漿分流的嚴(yán)重影響，普通電阻率測井無法定量測量，

3、因此開發(fā)出了電流聚焦測井。采用電屏蔽方法，使主電流聚焦后水平流入地層，減小了井眼和圍巖影響。電流聚焦測井的主電流線沿井軸徑向成餅狀流入地層，也稱側(cè)向測井。側(cè)向測井儀器是一個大家族，按構(gòu)成電極系的電極數(shù)目劃分，有三側(cè)向三側(cè)向，七側(cè)七側(cè)向向、八側(cè)向和九側(cè)向（即雙側(cè)向雙側(cè)向），按探測深度劃分有深、淺之分。 雙側(cè)向的儀器性能。探測深度、分層能力、測量動態(tài)范圍都優(yōu)于三、七側(cè)向，微球形聚焦的探測特性也比微側(cè)向和鄰近側(cè)向好。 目前，理想的側(cè)向測井組合是雙側(cè)向加微球形聚焦，這種深、中、淺組合可以較準(zhǔn)確地確定地層電阻率、沖洗帶電阻率和侵入帶直徑，這些是計算地層含油飽和度、判斷地層含油性的重要參數(shù)。側(cè)向電阻率測井

4、原理1.1.2 側(cè)向測井儀器測量原理側(cè)向測井儀器測量原理側(cè)向測井與普通電阻率測井的主要區(qū)別是測量電流（主電流）是被聚焦以流入地層。電極系的主電極A0位于電極系中心，兩端有屏蔽電極A1、A2，呈對稱排列。三側(cè)向三側(cè)向測井儀結(jié)構(gòu)如下0IUKaLLK2lg20式中 主電極實際長； bA0與A1或A2之間絕緣環(huán)厚度； L三側(cè)向電極系長度； L0電極視長度； 電極系直徑。bLLm320三側(cè)向測井儀電路原理框圖三側(cè)向測井儀電路原理框圖 主電極A0，屏蔽電極A1、A2，兩對監(jiān)督電極M1N1和M2N2；Um1Un1或Um2Un2，使主電流沿水平方向流入地層。 四個參數(shù)來表示電極系結(jié)構(gòu)和特性：電極系長度L0，電

5、極距L，分布比S，聚焦系數(shù)q。0IUKMa101021010101010)()(4NAMAAANAMANAMAK七側(cè)向七側(cè)向測井儀結(jié)構(gòu)測井儀結(jié)構(gòu)七側(cè)向測井儀電路原理框圖七側(cè)向測井儀電路原理框圖 斯侖貝謝公司1972年研制成功。（雙雙側(cè)向 可同時獲得深、淺兩條電阻率曲線的側(cè)向測井儀） 雙側(cè)向電極系由9個電極組成，第二屏蔽電極A1、A2有著雙重的作用。 雙側(cè)向中采用了由跟蹤屏流來產(chǎn)生主電流，或由跟蹤主電流來產(chǎn)生屏流。0IUKa0KRaR0RRmRmcRiRt十Ru雙側(cè)向測井儀結(jié)構(gòu)雙側(cè)向測井儀結(jié)構(gòu)1.1.3 側(cè)向測井儀器工作方式側(cè)向測井儀器工作方式 恒流式 保持主電流恒定，測量主電極（通常用監(jiān)督電極

6、M1或M2代替）至遠(yuǎn)處電極N之間的電位差。地層的電阻率越高測量電壓信號越大，相對測量誤差越小，適于對高阻地層高阻地層的測量。電路簡單，測量動態(tài)范圍小。 恒壓式 保持主電極電位恒定，測量主電流。地層的電阻率越低測量電流信號越大，相對測量誤差越小，適于對低阻地層低阻地層的測量。電路簡單，測量動態(tài)范圍小。 自由式 電流和電壓按一定規(guī)律浮動，同時測量電流、電壓兩個量，因此可以得到較寬的測量動態(tài)范圍寬的測量動態(tài)范圍。測量、控制電路較復(fù)雜。 恒功率式或可控功率式 測量過程中使最高和最低電阻率的兩個極點保持功率（IU乘積）不變，讓測量電壓和電流保持在儀器可測量的范圍之內(nèi)（不被限幅）。比自由式儀器有更寬的測量

7、動態(tài)范圍更寬的測量動態(tài)范圍。1.2 12291.2 1229雙側(cè)向測井儀雙側(cè)向測井儀1.2.1 1.2.1 儀器工作原理儀器工作原理1.2.2 1.2.2 主要電路分析主要電路分析1.2.3 1.2.3 儀器刻度和校驗儀器刻度和校驗1.2.1 1.2.1 儀器工作原理儀器工作原理 Atlas公司12291229雙側(cè)向測井儀雙側(cè)向測井儀的特點是： 頻分供電式，深、淺側(cè)向供電頻率分別為3232Hz和128128Hz 系統(tǒng)激勵為屏流主動式屏流主動式 可與自然伽馬、聲波、微側(cè)向組合測井 采用了數(shù)字編碼傳輸數(shù)字編碼傳輸 1229雙側(cè)向測井儀主要由： 深側(cè)向屏流源深側(cè)向屏流源（B框部分） 淺側(cè)向屏流源淺側(cè)

8、向屏流源（C框部分） 平衡放大混合電路平衡放大混合電路（A框部分） 深、淺側(cè)向電壓檢測電路深、淺側(cè)向電壓檢測電路（D框部分） 深、淺側(cè)向電流檢測電路深、淺側(cè)向電流檢測電路（E框部分） 控制信號發(fā)生器控制信號發(fā)生器（F框部分） 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 等七個部分組成。Atlas1229雙側(cè)雙側(cè)向儀向儀器電器電路原路原理框理框圖圖U1、U2為固定參考電平，用于主控屏流大小22(2)aDUUU 有源BPF斬波式調(diào)制放大器功率放大器173RUITD恒流值深側(cè)向屏流源（深側(cè)向屏流源（VCISVCIS）KQjjKP1)()(1020013313141634()R CKRRR CC131416343416

9、013141634()()1()RRR CCQCC RRRR CC輸出信號幅度由U2D控制，頻率有FD控制。2aDDaDDUUUIU使電流、電壓均適中。使電流、電壓均適中。調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程：（僅含深側(cè)向率）深側(cè)向電壓功率放大器有源BPF斬波式調(diào)制放大器aU12D (-U 2U )淺側(cè)向屏流源（淺側(cè)向屏流源（VCVSVCVS）C2aDDaSSUUUIUUs上升，上升，Is少降些，二者均適中。少降些，二者均適中。調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程：（僅含淺側(cè)向率）淺側(cè)向電壓20功率放大有源BPF儀器放大器1112)21(MMPgUKRRU)1(2211KRRRZZiic)(223212RRRRCMRKQjjUU

10、gh1)(102002101821108211081102110800,12CRCRCCRRQCCRRCRKCCRRf平衡放大混合集成電路（平衡放大混合集成電路（VCVSVCVS）產(chǎn)生主電極電流產(chǎn)生主電極電流I0I0A（包含深淺兩頻率）深、淺側(cè)向電壓檢測電路淺側(cè)向電壓檢測電路相敏檢波濾波淺濾波包含三套相敏檢波包含三套相敏檢波+濾波電路，一個儀表放大及一個前置放大電路。濾波電路，一個儀表放大及一個前置放大電路。深側(cè)向差動放大淺側(cè)向前置放大去控制屏流輸出深、淺側(cè)向電流檢測電路深、淺側(cè)向電流檢測電路電流采樣1.2.2 1.2.2 主要電路分析主要電路分析 斬波式調(diào)制放大器斬波式調(diào)制放大器 有源帶通濾

11、波器有源帶通濾波器 功率放大器功率放大器 平衡放大電路：高輸入阻抗差動放大器平衡放大電路：高輸入阻抗差動放大器 相敏檢波器相敏檢波器10D5610F1, c A= 14.994.99RRR 當(dāng)點接地時10696789104.994.990, A= 14.993 4.99DRRRFbRRRR當(dāng)點接地時斬波式調(diào)制放大器斬波式調(diào)制放大器當(dāng)13、14端為高電平，11、12端為低電平時，它的1、3端跟2、4、6、8端接通，而5、7端懸空：當(dāng)13、14端為低電平，11、12端為高電平時，它的1、3端懸空，而5、7端跟2、4、6、 8端接通。 0054UYUYb0)(214321oibUYUYUYYYY節(jié)點

12、聯(lián)立方程：425432141)(YYYYYYYYYKP43161413313431614130164343161413)()(1)()(CCRRRCRKCCRRRRCCCCRRRQKQjjKP1)()(10200簡化后：有源帶通濾波器有源帶通濾波器恒流輸出功率放大器恒壓輸出功率放大器功率放大器功率放大器27功率放大有源BPF儀器放大器1112)21(MMPgUKRRU)1(2211KRRRZZiic)(223212RRRRCMRKQjjUUgh1)(102002101821108211081102110800,12CRCRCCRRQCCRRCRKCCRRf平衡放大混合電路（主電流電路）平衡放大

13、混合電路（主電流電路）全波相敏檢波器全波相敏檢波器等效電路cos2)sin(100iTiUdttUTU相敏檢波器相敏檢波器當(dāng)3、4端為高電平，5、6端為低電平時，它的14、16端跟9、11、13、15端接通，而10、12端懸空：當(dāng)3、4端為低電平，5、6端為高電平時，它的14、16端懸空，而10、12端跟9、11、13、15端接通。 1.2.3 1.2.3 儀器刻度和校驗儀器刻度和校驗內(nèi)校驗，電路與電極系斷開，CAL和ZERO兩擋校驗外校驗，儀器位于LOG擋，電路與電極系接通，刻度電阻盒連接電極系，可模擬0.01m和0.1m泥漿電阻率時的1、10、100、1000 m地層電阻率。深屏流輸出A0

14、M1M1A1深、淺電壓檢測公共端內(nèi)刻度)12. 1)(1333)84. 0)(1000mKmmKmSSDD電零點)12. 1)( 3 .13)84. 0)(10mKmmKmSSDD1.3.1 1.3.1 儀器工作原理儀器工作原理1.3.2 1.3.2 主要電路分析主要電路分析1.3 DLT-E1.3 DLT-E雙側(cè)向測井儀雙側(cè)向測井儀1.3.1 1.3.1 儀器工作原理儀器工作原理頻分式（8倍），可控功率（550nW363W），測量動態(tài)范圍寬增加第一屏蔽電極A1、A2的取樣電極A1*、A2*和輔助監(jiān)控回路，改善深側(cè)向屏蔽效果深屏流由計算機(jī)設(shè)定，地面接口電路提供DLC-LLS原理框圖NDLC-L

15、LD原理框圖BDLC-LLS、 LLD原理框圖原理框圖N加長電極內(nèi)刻度電路內(nèi)刻度電路線路短節(jié)線路短節(jié)DLC電路原理框圖電路原理框圖 數(shù)字、遙測數(shù)字、遙測接口電路接口電路 測量電路測量電路 主監(jiān)控回路主監(jiān)控回路 輔助監(jiān)控回路輔助監(jiān)控回路 相位參考電路相位參考電路 280Hz280Hz電流源、指數(shù)調(diào)制器電流源、指數(shù)調(diào)制器1.3.2 1.3.2 主要電路分析主要電路分析 數(shù)字接口是一由多路開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器等組成的井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將雙側(cè)向和微球形聚焦組合獲得的9個模擬測量數(shù)據(jù)量化后由電纜通訊控制電路CCC送到地面CSU系統(tǒng)處理數(shù)字電路接口框圖數(shù)字電路接口框圖 CCS是CSU系統(tǒng)早期的全雙工數(shù)據(jù)遙測

16、接口，速率100（下行20 + 上行80）kbps。CCS由地面的LCM和井下的CCC兩部分組成。CCC接收和譯碼由地面發(fā)來的指令，并將井下測量數(shù)據(jù)發(fā)送至地面。遙測電路接口框圖遙測電路接口框圖無變壓器PSD有源BPF測量/刻度開關(guān)(當(dāng)前為刻度檔位)寬帶放大器 DLT-E共有五個測量電路，分別測量深、淺電壓，格羅寧根電壓U0G和深、淺電流，這些電路結(jié)構(gòu)相同但電路參數(shù)不同U U0D0D、U U0S0S測量電路圖測量電路圖信號 主監(jiān)控回路通過取樣監(jiān)督電極M1和M1之間電位差來控制主電流I0D、I0S的大小，實現(xiàn)主電流聚焦進(jìn)入地層加法器+互補(bǔ)功率放大器輸出深、淺高Q值BPF主監(jiān)控回路電路主監(jiān)控回路電路

17、信號 輔助監(jiān)督回路取樣A1*和A1之間的35Hz深屏蔽信號，通過對流過A1電極的深屏流的控制使A1和A1*電極對深屏蔽電位近似相等。深高Q值BPF互補(bǔ)功率放大器輔助監(jiān)控回路電路輔助監(jiān)控回路電路 相位參考電路將深、淺側(cè)向正弦波電流非線性放大至+12V CMOS邏輯電平后作為PDS電子開關(guān)的控制信號雙向?qū)?shù)放大器（倍程大）積分放大器（用于消除直流偏移）深、淺整型放大器（比較器）相位參考電路相位參考電路35Hz下井信號差動放大器280Hz信號)exp(TCLinoutUUII)exp(1722TCLiOUURRUUG)exp(1722TCLiOUURRUU即：280Hz相移式振蕩器指數(shù)調(diào)制器甲類推挽功率放大器280Hz280Hz電流源、指數(shù)調(diào)制器電路電流源、指數(shù)調(diào)制器電路1.4 1.4 習(xí)題習(xí)題1、雙側(cè)向測井儀有哪四