[實(shí)驗(yàn)名稱] 感應(yīng)測(cè)井線圈系探測(cè)特性測(cè)定

1、 實(shí)驗(yàn)名稱 感應(yīng)測(cè)井線圈系探測(cè)特性測(cè)定 感應(yīng)測(cè)井是用來(lái)測(cè)量地層電導(dǎo)率的測(cè)井方法，屬于電法測(cè)井方法之一。該儀器有兩部分組成：一為地面測(cè)量?jī)x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(yīng)測(cè)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(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，這個(gè)周期性變化的電磁場(chǎng)的磁通量，在發(fā)射線圈周圍的地層中感應(yīng)出一個(gè)同樣頻率的次生電流。在發(fā)射線圈附近，放置一個(gè)接收線圈，感應(yīng)測(cè)井的記錄儀器記錄次生電流電磁場(chǎng)在接收線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。事實(shí)上，導(dǎo)電性地層，可以當(dāng)作與發(fā)射線圈相藕合的單線圈次級(jí)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(gè)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(yīng)出來(lái)的次生電流的密度依賴于單元環(huán)狀電路對(duì)于發(fā)射線圈的相對(duì)距離和單元環(huán)電路的導(dǎo)電率。 本實(shí)驗(yàn)就是基于這一理論，在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)模擬地層的刻度環(huán)對(duì)感應(yīng)測(cè)井儀進(jìn)行特性測(cè)定。 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)、了解感應(yīng)測(cè)井儀線圈系的探測(cè)特性，加深對(duì)幾何因子理論的理解，熟悉感應(yīng)測(cè)井儀器線圈系縱向和橫向(徑向)探測(cè)特性。 二、工作原理 幾何因子理論證明，電導(dǎo)率相同的單位厚度的無(wú)限大薄片介質(zhì)，在線圈系縱向的不同垂直位置上，它對(duì)接收線圈所提供的有用信號(hào)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(lái)描述。

3、 圖1-8 六線圈系的縱向探測(cè)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(lái)看，電導(dǎo)率相同的單元厚度的無(wú)限長(zhǎng)薄圓筒介質(zhì)，如果與線圈的軸同心，則圓筒介質(zhì)的半徑不同，它對(duì)接收線圈所提供的有用信號(hào)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(lái)描述。圖1-9 六線圈系的橫向探測(cè)特性用實(shí)體介質(zhì)來(lái)模擬無(wú)限大薄片介質(zhì)或無(wú)限長(zhǎng)薄簡(jiǎn)介質(zhì)是困難的，也不定有必要。雙幾何因子理論的觀點(diǎn)來(lái)看，只要能等效地模擬無(wú)限大薄片介質(zhì)或無(wú)限薄圓筒介質(zhì)中產(chǎn)生的渦流電流，就可以在接收線圈中產(chǎn)生等效的有用信號(hào)。在本實(shí)驗(yàn)中，就是用單元導(dǎo)電環(huán)配上造當(dāng)?shù)碾娮鑱?lái)模擬無(wú)限大薄片

4、介質(zhì)或無(wú)限大圓筒介質(zhì)的。 在測(cè)定線圈的縱向微分幾何因子特性時(shí)，可借用感應(yīng)刻度環(huán)，并串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮枘M電導(dǎo)率為的無(wú)限大薄片介質(zhì)，只要電阻固定不變，就可以認(rèn)為它所模擬的無(wú)限大薄片介質(zhì)的電導(dǎo)率也不變。等距離地改變模擬環(huán)在線圈系上的位置，測(cè)出對(duì)應(yīng)各點(diǎn)的感應(yīng)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(cè)定線圈系的橫向微分幾何因子特性時(shí)，可用一系列不同半徑的導(dǎo)電環(huán)，并按比例配上不同的等效電阻，來(lái)模擬不同半徑的無(wú)限長(zhǎng)薄圓筒介質(zhì)。因?yàn)?，研究的是相?duì)變化，所以不必精確地計(jì)算出等效電阻與無(wú)限長(zhǎng)薄圓筒介質(zhì)電導(dǎo)率的定量關(guān)系。一般都將多圈模擬環(huán)垂直地放置在線圈系的記錄點(diǎn)上，每次只要將某一線圈的等效電阻接通，來(lái)

5、模擬某一半徑的無(wú)限長(zhǎng)薄圓筒介質(zhì)，并記錄其感應(yīng)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(cè)定不同半徑模擬環(huán)的感應(yīng)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(shí)驗(yàn)方法并不完全符合幾何因子理論的假設(shè)條件，同時(shí)測(cè)量中還有人為因素引起的測(cè)量誤差。因此，實(shí)測(cè)的線圈系探測(cè)特性曲線與理論曲線不可能達(dá)到完全一致，但是，其曲線的形狀應(yīng)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(yīng)測(cè)井儀器簡(jiǎn)介 感應(yīng)測(cè)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(yīng)測(cè)井儀的工作原理 在感應(yīng)測(cè)井儀器的下井儀器中，

6、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(qiáng)度恒定不變，同時(shí)為相敏檢波器提供基準(zhǔn)參考電壓。接收線圈“R”所接收到的信號(hào)，經(jīng)過(guò)測(cè)量放大器作線性放大后，送相敏檢波器進(jìn)行相敏檢波。由于基準(zhǔn)參考信號(hào)與有用信號(hào)反相，而與無(wú)用信號(hào)相差900，因此，相敏檢波器只輸出檢波后的有用信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波后，以直流形式通過(guò)測(cè)井電纜傳送到地面。感應(yīng)測(cè)井的地面儀器由電源和衰減器組成，電源為感應(yīng)下井儀器提供工作電壓，衰減器可調(diào)節(jié)感應(yīng)測(cè)井儀器輸出信號(hào)的幅度。本實(shí)驗(yàn)用的是米六線圈系感應(yīng)測(cè)井儀器，米即主發(fā)射線圈與接收線圈之間的距離。 四、實(shí)驗(yàn)儀器線路的連接 如下面(1-11)圖所示 圖 測(cè)定感應(yīng)線圈系探測(cè)特

7、性的接線 必須嚴(yán)格、認(rèn)真的按線路連接，在確認(rèn)一切無(wú)誤的情況下，方可開啟電源，按步驟實(shí)施實(shí)驗(yàn)。 注意：下井儀器的第二電纜芯有+250v電壓，纜芯與對(duì)地的交流電壓是32v。連接時(shí)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(diǎn)上，將地面儀器的開關(guān)旋鈕入在安全位置上，特別是“交流調(diào)節(jié)”旋鈕應(yīng)逆時(shí)針旋到“0”位置，“直流調(diào)節(jié)”應(yīng)逆時(shí)針旋到最小位置。 2開啟“總電源”開關(guān)。調(diào)節(jié)“交流粗調(diào)”到“500mA”（通過(guò)調(diào)節(jié)“交流粗調(diào)”和“交流細(xì)調(diào)”使表頭指針指向“位置）。流細(xì)調(diào) 3預(yù)熱1015分鐘使儀器進(jìn)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(yīng)測(cè)井儀的下井儀器橫臥放置在離地面米高支撐架上，周圍不應(yīng)

8、有制品或其它導(dǎo)電物品?？潭拳h(huán)對(duì)準(zhǔn)儀器的記錄點(diǎn)，當(dāng)廢工環(huán)半徑r不同是時(shí)，應(yīng)該接入不同的刻度電阻RD，才能模擬不同電阻率R(或電導(dǎo)率)的無(wú)限介質(zhì)，具體數(shù)據(jù)見表1-1。表1-1 刻度系數(shù)及刻度電阻表(·m)201052KP(mvm)50100200400500(1/m)R=RDr=R= ×=刻度電阻采用電阻箱（ZX-1旋轉(zhuǎn)電阻箱）。接線時(shí)，應(yīng)將刻度環(huán)的兩根引線的一端接“0”接線柱上，另一端接“”或“”接線柱上?？潭葧r(shí)，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(dāng)于開路，其電阻為“”，而電導(dǎo)率為1/=0，這時(shí)檢流計(jì)應(yīng)為“0”，否則可調(diào)節(jié)檢流計(jì)的調(diào)零旋鈕”使之指

9、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“”，各檔時(shí)，分別表示模擬的介質(zhì)電阻為“5、10、20歐姆米（m）”或電導(dǎo)率“200、100、50毫歐姆/米”。在感應(yīng)測(cè)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(shí)，感應(yīng)測(cè)井儀的輸出信號(hào)為“基值”，而電阻箱選擇開關(guān)分別放在“”，各檔上，檢流計(jì)的光點(diǎn)應(yīng)依次偏轉(zhuǎn)“40mm、20mm、10mm”（見表1-2），如果符合這一要求，就認(rèn)為儀器的線性良好，在刻度橫向比例時(shí)，可調(diào)節(jié)“靈敏度細(xì)調(diào)”和分壓器，使檢流計(jì)光點(diǎn)偏轉(zhuǎn)到要求位置。5測(cè)繪感應(yīng)測(cè)井儀線圈系的縱向探測(cè)特性用刻度環(huán)串聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)模擬電導(dǎo)率為的無(wú)

10、限大薄片介質(zhì)，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(diǎn)（即線圈系的刻度點(diǎn)）上，用光點(diǎn)檢流計(jì)讀出相應(yīng)偏軒格數(shù)，然后沿著線圈系移動(dòng)模擬環(huán)的位置，每隔四厘米來(lái)測(cè)一個(gè)點(diǎn)，并將測(cè)得數(shù)據(jù)例入表1-3內(nèi)，模擬環(huán)開路時(shí)的讀數(shù)為“基值”。表1-2 實(shí)際刻度表電導(dǎo)率(毫歐姆米)20010050電阻率(歐姆米)51020刻度電阻(歐姆)偏轉(zhuǎn)(毫米)402010表1-3 線圈系縱向特性數(shù)據(jù)表上端下端Zcm6020,16,12,8,407,8,12,16,2060讀數(shù)(格)偏轉(zhuǎn)(格) 將整理的數(shù)據(jù)在方格紙上繪制成特性曲線(或采用計(jì)算機(jī)繪制)?；捣€(wěn)定時(shí)可直接用讀數(shù)繪制。 6測(cè)繪感應(yīng)測(cè)井儀線圈系的橫向探測(cè)

11、特性 采用我們自制的多圈模擬環(huán)放在線圈系的記錄點(diǎn)上，所有模擬環(huán)全部開路時(shí)，測(cè)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(gè)模擬環(huán)，測(cè)出其讀數(shù)，填入表內(nèi)。表1-4 線圈系橫向特性數(shù)據(jù)表模擬環(huán)半徑0.31O1.1模擬電阻Q8實(shí)際配備電阻12506236讀數(shù)(格)偏轉(zhuǎn)(格) 將整理的數(shù)據(jù)在方格紙上繪制成特性曲線(或采用計(jì)算機(jī)繪制)。由于多線圈模擬環(huán)模擬的電導(dǎo)率為的無(wú)限長(zhǎng)薄圓筒介質(zhì)，因此，繪制的線圈系橫向特性曲線應(yīng)當(dāng)類似于線圈系的橫向微分幾何因子特性曲線?；捣€(wěn)定時(shí)，可直接用讀數(shù)繪制。 六、最后整理工作 1如果所測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)要求，可將儀器的開關(guān)，旋鈕恢復(fù)到安全位置，先斷開感 應(yīng)

12、測(cè)井儀器的直流下井電流，再斷開總電源的開關(guān)，光點(diǎn)檢流計(jì)旋鈕旋到“短路”位置， 拆除掉所有連接導(dǎo)線，認(rèn)真整理歸納好。 2按實(shí)驗(yàn)的要求整理好實(shí)驗(yàn)報(bào)告。附注：感應(yīng)測(cè)井儀線圈系介紹 線圈系的作用是發(fā)射和接收信號(hào)目前采用的是主線圈間距的六線圈系。由兩面組結(jié)構(gòu)、性能、尺寸完全相同的線圈組成。其結(jié)構(gòu)如下面圖示構(gòu)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(jié)構(gòu)、性能、尺寸完全相同的線圈組成其結(jié)構(gòu)如下面圖票”“戳四不。出紕珀 線圈系結(jié)構(gòu)原理示圖 主線圈間距：米，100圈，用于發(fā)射和接收信號(hào)； 輸助線圈間距：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(dāng)井徑不大于30厘米時(shí)，對(duì)測(cè)量結(jié)果無(wú)影響。地層厚度大于米時(shí)，圍巖產(chǎn)生的有用訊號(hào)只占總有用訊號(hào)的20，探測(cè)半徑。線圈系繞在外徑75毫米，內(nèi)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?xùn)艩钽~箔，并與內(nèi)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(zhǎng)，外徑59毫米，內(nèi)徑32毫米。引線嵌在予先繞好的槽內(nèi)。為了防止線圈系的參數(shù)變化，在線圈系調(diào)整好后用環(huán)氧樹脂封固，并通電加熱使之老化，以使其性能趨于穩(wěn)