《測井儀器原理》(一),第2章,2008

2.1測量原理2.2DIT-D雙感應測井儀2.31503雙感應測井儀2.4國產(chǎn)雙感應測井儀2.5感應測井刻度2.6

思考題第二章感應測井儀器1*2.1.1基本測量原理2.1.2幾何因子理論2.1.3線圈系特性及設(shè)計原理2.1.4反褶積校正2.1.5傳播效應校正2.1測量原理2*σ在二次交變電磁場作用下，接收線圈中產(chǎn)生與地層電導率σ相關(guān)的感應電動勢eR

，且相位滯后π

因直接耦合產(chǎn)生的與地層電導率無關(guān)感應電勢ex，相位滯后π/2，必須設(shè)法消除2.1.1基本測量原理3*上式中

K只和線圈系的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，稱為儀器常數(shù)或線圈系系數(shù)

g是地層單元環(huán)空間幾何位置的函數(shù)，稱為地層單元環(huán)幾何因子，且全空間地層單元環(huán)幾何因子總和為12.1.2幾何因子理論4*

雙線圈系的徑向特性說明感應測井信號受井眼及井眼附近地層影響較大

雙線圈系的縱向特性說明感應測井信號受圍巖影響較大

雙線圈系不能很好的消除直耦信號雙線圈系加入與主接收線圈反向串聯(lián)的補償接收線圈可以較好的消除井眼影響加入與主接收和主發(fā)射線圈反向串聯(lián)的一對聚焦線圈可以較好的消除圍巖影響多線圈系2.1.3線圈系特性及多線圈系設(shè)計原理5*多線圈系總直耦電動勢X應盡可能小多線圈系在改善徑、縱向探測特性的同時，也損失了一些有用信號，關(guān)鍵是通過合理設(shè)計來改善信噪比要有合理的探測深度加入補償接收線圈時保持縱向特性的對稱性雙感應測井儀中公用的發(fā)射線圈組對深、淺接收線圈組的綜合影響因此，多線圈系結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個復雜的問題2.1.3（續(xù)1）其它必須考慮的因素6*線圈系排列如下：

-0.0671-0.25-0.251-0.067(相對圈數(shù))

T2R0R1T1T0R20.7270.250.50.250.727（m）

徑向探測特性明顯改善，井眼附近的幾何因子已近似于零縱向探測特性改善，以GD=0.5估算探測深度，探測深度已達1.62m2.1.3（續(xù)2）國產(chǎn)6ILD-1深感應線圈系探測特性7*因感應線圈系縱向探測特性（幾何因子GZ）的非理想化使地層受圍巖影響畸變成為A

采用A與反幾何因子GZ-1的褶積運算（即反褶積），能夠校正圍巖的影響工程應用中從各種因素考慮，采用最簡單的三點反褶積處理A=GZ-1*A（w1=w2）

Schlumberger的DIT-D（b=78”）

σA=1.10σ0-0.05σ1-0.05σ2Atlas3600的1503（b=80”）

σA=1.16σ0-0.08σ1-0.08σ22.1.4反褶積校正原理8*

Atlas儀器非計算機化處理的缺點是電路復雜，模擬計算誤差大，對不同的深度采樣間隔缺乏靈活性w1=w2=-1.6k/20k=-0.08w0=1＋1.6k/10k=1.162.1.4（續(xù)）

1503雙感應測井儀三點反褶積處理9*

CSU數(shù)控測井系統(tǒng)采用計算機處理

Atlas數(shù)字測井系統(tǒng)采用非線性模擬運算

Usr很小時，D1，D2截止

Usr增到i（r2＋r3）>0.7V時

Usr增到ir3>0.7V時2.1.5傳播效應校正10*2.2DIT-D雙感應測井儀2.2.1儀器工作原理2.2.2主要電路分析2.2.3地面接口電路2.2.4小結(jié)11*2.2.1儀器工作原理DIT-D雙感應測井儀采用不對稱線圈系，深探測為7線圈系，中探測的為9線圈系。接收信號回路串接X變感器實時抵消X信號分量，串接誤差校正變壓器進行線圈系誤差校正和溫度補償，該變壓器在內(nèi)刻度時引入刻度信號。深、中感應接收信號經(jīng)高倍選頻放大器放大到4V/S?？蓪ο戮畠x進行兩點（內(nèi)）刻度。由車載計算機對雙感應信號進行三點反褶積計算、線圈系誤差校正以及傳播效應校正。12*DIT-D信號處理流程圖DIT-D結(jié)構(gòu)原理及信號處理流程圖DIT-D結(jié)構(gòu)原理框圖13*DLT-D電路原理框圖14*

Schlumberger的DIT-D是一種設(shè)計的比較完善，性能非常穩(wěn)定的雙感應測井儀，其下井儀由深、中感應信號放大器R、X參考信號放大器R、X相敏檢波器20kHz主振蕩器X變感器及其它輔助電路，等組成。2.2.2主要電路分析15*f0=19.6K～20.56KHzKC≈60～66信號放大器16*R參考信號放大器X相移網(wǎng)絡17*變壓器偶合全波R-PSD變壓器偶合半波X-PSD相敏檢波器18*ALC變壓器偶合自激推挽式振蕩器，輸出電流1.578A，功率約20W

頻率微調(diào)至20000±25HzQ3等組成ALC電路，穩(wěn)定幅度可調(diào)用電流互感器提供200mV的參考信號20kHz主振蕩器19*相移網(wǎng)絡至接收線圈變感變壓器誤差校正、溫度補償變壓器模擬線圈變感器及誤差校正、內(nèi)刻度電路20*2.2.3地面接口電路感應測井接口插板IEM是CSU系統(tǒng)中下井儀器接口單元TIU的一部分，IEM由：插板有效性檢測電路

CPU對IEM作8位地址尋址，如成功說明IEM已插入TIU；信號放大、濾波電路

三道濾波電路分別處理深感應、中感應和球形聚焦（或八側(cè)向）測井信號；井下繼電器控制電路 通過IEM插板S1和CPU寫入命令，控制下井儀處于“測井”、“內(nèi)刻度-零”或“內(nèi)刻度-刻度”三個狀態(tài)之一，等組成。21*地面接口電路框圖22*插板有效性檢測電路信號放大、濾波電路井下繼電器控制電路地面接口電路圖組23*2.2.4小結(jié)DIT-D雙感應測井儀的一個顯著特點是通過精心設(shè)計來避免使用數(shù)字邏輯信號，對提高系統(tǒng)的信噪比起了重要作用；

對于所有傳統(tǒng)測井儀來說，感應測井儀輸入信號是最弱的（約在數(shù)十uV量級）用X變感器串入輸入回路，使X信號在放大之前就被抑制掉大部分； 否則X信號在到達PSD之前就可能使放大器飽和為克服非對稱線圈系制造誤差產(chǎn)生的影響，輸入回路中串入誤差校正、溫度補償變壓器；DIT-D有很寬的工作溫度范圍，因此儀器對使用的元器件性能要求很高，否則不可能保證諸多相位處理的效果； 主要指RC器件的精度和溫度系數(shù)DIT-D的主要計算處理均由車載計算機完成，處理精度較高。24*2.3.1儀器工作原理2.3.2主要電路分析2.3.3地面儀電路2.3.4小結(jié)2.31503雙感應測井儀25*2.3.1儀器工作原理1503雙感應測井儀的深感應為對稱的6線圈系，深感應為不對稱的8線圈系采用20kHz發(fā)射頻率從參考信號放大電路取出一可調(diào)信號抵消殘余的基值信號（X信號和線圈誤差信號等）相敏檢波器檢出深、中感應的R信號后送到地面進一步處理下井儀也設(shè)有內(nèi)刻度電路用與儀器的校驗深感應的三點反褶積處理及傳播效應校正處理由地面儀（面板）中的非線性模擬運算電路完成，中感應不作這類處理26*1503雙感應測井儀電路原理框圖27*2.3.2主要電路分析發(fā)射電路接收前置放大器信號放大器、參考信號放大器內(nèi)刻度電路相敏檢波電路28*振蕩器濾波放大電路在電極系內(nèi)發(fā)射電路、接收前置放大器29*參考信號放大器PSD選頻信號放大器內(nèi)刻度深、中感應信號放大器、參考信號放大器和相敏檢波器30*2.3.3地面儀電路配合1503雙感應測井儀的地面儀為3600數(shù)字測井系統(tǒng)的3456感應測井專用面板3456面板共有四道測量電路，其中C道專用于處理深感應信號，電路最為復雜3456面板采用了多個非線性模擬運算電路來處理傳播效應校正、對數(shù)放大、倒數(shù)處理等3456面板三點反褶積運算電路復雜，性能不高31*3456感應測井地面面板框圖32*傳播效應校正二級BPF對數(shù)放大指數(shù)放大至褶積器反向器3456面板C道處理電路原理圖33*對數(shù)、反對數(shù)非線性模擬運算電路倒數(shù)運算3456面板中的有源BPF及對數(shù)、反對數(shù)非線性模擬運算電路34*2.3.4小結(jié)1503在前置放大器的輸出端和信號放大器輸入端之間引入一可調(diào)信號來抵消殘余基值信號，內(nèi)刻度操作也在該點進行；與DIT-D相比，1503的電路簡單實用，但儀器的技術(shù)指標也低一些；感應測井信號的地面處理面板采用了多個非線性模擬運算電路處理傳播效應校正、對數(shù)標尺、電導率電阻率標尺，電路復雜，性能不高且造價昂貴。35*2.4國產(chǎn)雙感應測井儀2.4.1儀器工作原理2.4.2主要電路分析

主振蕩、放大電路

發(fā)射恒流電路

井下接收電路2.4.3小結(jié)36*2.4.1

儀器工作原理國產(chǎn)雙感應測井儀深感應為對稱六線圈系，線圈距為1m；中感應為非對稱的七線圈，線圈距0.85m；井下發(fā)射回路中增加一恒流控制電路維持發(fā)射電流的穩(wěn)定。37*主振蕩器LPFOCL功率放大器主振蕩、放大電路38*飽和差動放大PSD開關(guān)比例積分放大器發(fā)射電流調(diào)節(jié)器雙穩(wěn)觸發(fā)器發(fā)射恒流電路39*比例微分放大器移相器全波PSD移相器原理：

U0=k0（U3-U2）井下接收電路40*2.4.3小結(jié)國產(chǎn)雙感應測井儀采用晶體振蕩器獲得高的頻率穩(wěn)定性；通過對發(fā)射回路的穩(wěn)流控制以提高儀器的測量精度；通過調(diào)節(jié)改變測量信號的相位使通過PSD的全部為R信號。41*2.5.1測井儀器刻度的基本概念2.5.2感應測井刻度原理2.5.3最佳刻度環(huán)直徑和最佳刻度點2.5感應測井刻度42*測井刻度的作用是建立測井響應值與測井工程值之間的對應關(guān)系

測井響應值：如對聲波時差、核測井脈沖或地層電阻率探測后產(chǎn)生的信號（模擬電壓電流或數(shù)字編碼）

測井工程值：地層聲波時差、密度、中子孔隙度或電阻率、電導率等刻度可按以下分類2.5.1測井儀器刻度的基本概念 內(nèi)刻度 刻度 模擬刻度 外刻度 實體刻度刻度時測量電路與探頭斷開，因此輸出結(jié)果不反映儀器的真實響應，是一種“假”刻度，一般僅用于檢查儀器是否正常工作刻度時測量電路探頭連接，但不提供實際的地層環(huán)境，因此儀器輸出結(jié)果反映的是在模擬環(huán)境下的響應，如感應測井儀用刻度環(huán)刻度、密度測井儀用刻度塊刻度，一般僅作為三級刻度用于測井現(xiàn)場對儀器的測前或測后標定。模擬刻度必須通過精確的理論計算和、或由更高的標準或?qū)嶓w刻度來傳遞。測井儀器獲得在真實的地質(zhì)環(huán)境下的響應，準確、可靠，如密度儀器在核標準刻度井群或感應儀器在大水池中的刻度等。缺點是造價昂貴，刻度電少和使用不便。43*感應測井采用刻度環(huán)作為模擬式外刻度。當刻度環(huán)套在線圈系記錄點且環(huán)平面與線圈系垂直時：2.5.2感應測井刻度原理刻度環(huán)感應電流接收線圈中產(chǎn)生感應電勢關(guān)鍵要找到用集中參數(shù)R代替分布參數(shù)σ時的對應關(guān)系“補償法”依據(jù)上式考慮到電抗的影響；“自然法”用R=ρKC簡化，忽略X的影響；而“諧振法”通過串接電容電抗為零的方式使刻度線性范圍最大，是感應測井的首選刻度方法。44*求解刻度系數(shù)KC的關(guān)鍵是解出刻度環(huán)相對于復合線圈系的幾何因子g，可得到點狀法計算的刻度系數(shù)為KD積分法計算的刻度系數(shù)更KI接近實際的KC感應測井刻度環(huán)刻度系數(shù)計算方法45*2.5.3最佳刻度環(huán)直徑和最佳刻度點通過對刻度環(huán)直徑及其在線圈系位置的選取，使刻度系數(shù)最大化的同時保證因刻度直徑的微小變化和刻度環(huán)位置微小變化引起刻度系數(shù)KC的變化最小，稱為選取最佳刻度環(huán)直徑和最佳刻度點6ILD-0.8線圈系g在Z-r平面的等值線圖6ILD-0.8線圈系K-Z關(guān)系圖6ILD-1線圈系K-Z關(guān)系