《测井仪器原理》(一),第2章,2008课件

1、 2.1 2.1 测量原理测量原理 2.2 2.2 DIT-DDIT-D双感应测井仪双感应测井仪 2.3 2.3 15031503双感应测井仪双感应测井仪 2.4 2.4 国产双感应测井仪国产双感应测井仪 2.5 2.5 感应测井刻度感应测井刻度 2.6 2.6 思考题思考题第二章第二章 感应测井仪器感应测井仪器2* 2.1.1 2.1.1 基本测量原理基本测量原理 2.1.2 2.1.2 几何因子理论几何因子理论 2.1.3 2.1.3 线圈系特性及设计原理线圈系特性及设计原理 2.1.4 2.1.4 反褶积校正反褶积校正 2.1.5 2.1.5 传播效应校正传播效应校正2.1 2.1 测量

2、原理测量原理3*TTLRiMMdtdiMjMdtdiMe)( 2TTXiMjdtdiMeTTLMijdtdiMetjTeIi0 在二次交变电磁场作用下，接收线圈中产生与地层电导率相关的感应电动势eR ，且相位滞后 因直接耦合产生的与地层电导率无关感应电势ex ，相位滞后/2，必须设法消除2.1.1 基本测量原理基本测量原理4*dSKgdSllrLLiSSnndeRTTRTRTR3332224LiSSnnKTRTRT422232323223333)2()2(22ZLrZLrrLllrLgRT上式中 K只和线圈系的结构参数有关，称为仪器常数或线圈系系数 g是地层单元环空间几何位置的函数，称为地层单

3、元环几何因子，且全空间地层单元环几何因子总和为12.1.2 几何因子理论几何因子理论5* 双线圈系的径向特性说明感应测井信号受井眼及井眼附近地层影响较大 双线圈系的纵向特性说明感应测井信号受围岩影响较大 双线圈系不能很好的消除直耦信号双线圈系 加入与主接收线圈反向串联的补偿接收线圈可以较好的消除井眼影响 加入与主接收和主发射线圈反向串联的一对聚焦线圈可以较好的消除围岩影响多线圈系2.1.3 线圈系特性及多线圈系设计原理线圈系特性及多线圈系设计原理6* 多线圈系总直耦电动势X应尽可能小 多线圈系在改善径、纵向探测特性的同时，也损失了一些有用信号，关键是通过合理设计来改善信噪比 要有合理的探测深度

4、 加入补偿接收线圈时保持纵向特性的对称性 双感应测井仪中公用的发射线圈组对深、浅接收线圈组的综合影响因此，多线圈系结构设计是一个复杂的问题Xxx0TRTRTxiLnnSSj30000002nmjiijjilNNX,0,3000LLlnnNnnNijijRRjjTTii；KKR01 , ,0,KlNNKnmjiijji00202LPXKPHXRXKHHQ0KNNLLjie0TjTiZZ)(jiCnnRjTi2.1.3 （续（续1）其它必须考虑的因素其它必须考虑的因素7* 线圈系排列如下： -0.067 1 -0.25 -0.25 1 -0.067(相对圈数) T2 R0 R1 T1 T0 R2

5、0.727 0.25 0.5 0.25 0.727 （m） 径向探测特性明显改善，井眼附近的几何因子已近似于零 纵向探测特性改善，以GD=0.5估算探测深度，探测深度已达1.62m2.1.3 （续（续2）国产国产6ILD-16ILD-1深感应线圈系探测特性深感应线圈系探测特性8* 因感应线圈系纵向探测特性（几何因子GZ）的非理想化使地层受围岩影响畸变成为A 采用A与反几何因子GZ-1的褶积运算（即反褶积），能够校正围岩的影响 工程应用中从各种因素考虑，采用最简单的三点反褶积处理三点反褶积处理AdZGZZA)()()(22812221)(2LLLLLGZ=GZ-1*AAinniZiAZGdZGZ

6、)()()()(11221100)(wwwZ1210 ww1)22()22()2(10abGbaGwaGwZZZ（w1=w2） Schlumberger的DIT-D（b=78”） A=1.100-0.051-0.052 Atlas3600的1503（b=80”） A=1.160-0.081-0.0822.1.4 反褶积校正原理反褶积校正原理9* Atlas仪器非计算机化处理的缺点是电路复杂，模拟计算误差大，对不同的深度采样间隔缺乏灵活性w1=w2=-1.6k/20k=-0.08w0=11.6k/10k= （续）（续） 15031503双感应测井仪三点反褶积处理双感应测井仪三点

7、反褶积处理10*)(0rtjareeEEfadS11)15232(532 pppjeemRLaLLp2 CSU数控测井系统采用计算机处理 Atlas数字测井系统采用非线性模拟运算)00004816. 0(20739. 1aa Usr很小时，D1，D2截止 Usr增到i（r2r3）0.7V时 Usr增到ir30.7V时)(321rrriUsc)(11321rirrriUsc818321)(RURrriiD)()(21211321rririrrriUsc72732RURiriD2.1.5 传播效应校正传播效应校正11*2.2 DIT-D2.2 DIT-D双感应测井仪双感应测井仪2.2.1 2.2.

8、1 仪器工作原理仪器工作原理2.2.2 2.2.2 主要电路分析主要电路分析2.2.3 2.2.3 地面接口电路地面接口电路2.2.4 2.2.4 小结小结12*2.2.1 2.2.1 仪器工作仪器工作原理原理DIT-D双感应测井仪采用不对称线圈系，深探测为7线圈系，中探测的为9线圈系。接收信号回路串接X变感器实时抵消X信号分量，串接误差校正变压器进行线圈系误差校正和温度补偿，该变压器在内刻度时引入刻度信号。深、中感应接收信号经高倍选频放大器放大到4V/S。可对下井仪进行两点（内）刻度。由车载计算机对双感应信号进行三点反褶积计算、线圈系误差校正以及传播效应校正。13*DIT-D信号处理流程图信

9、号处理流程图DIT-D结构原理及信号处理流程图结构原理及信号处理流程图DIT-D结构原理结构原理框图框图14*DLT-DDLT-D电路原理框图电路原理框图15* Schlumberger的DIT-D是一种设计的比较完善，性能非常稳定的双感应测井仪，其下井仪由深、中感应信号放大器信号放大器R、X参考信号放大器参考信号放大器R、X相敏检波器相敏检波器20kHz20kHz主振荡器主振荡器X变感器及其它辅助电路，变感器及其它辅助电路，等组成。2.2.2 2.2.2 主要电路分析主要电路分析16*414133124133122221)()()()(ZZZZZZZZZZZZZZYYF）（）（）（）（pqq

10、pjpqpjF1111020020)()(1)()(pKpFpKpKCf0=19.6K20.56KHzKC606616131715141317)(1CRCRRRCKC信号放大器信号放大器17*RZZKFC1)/1(813RCZF991RCZ参考信号放大器参考信号放大器X相移网络18*变压器偶合全波R-PSD变压器偶合半波X-PSD相敏检波器相敏检波器19*ALC 变压器偶合自激推挽式振荡器，输出电流1.578A，功率约20W 频率微调至2000025Hz Q3等组成ALC电路，稳定幅度可调 用电流互感器提供200mV的参考信号20kHz20kHz主振荡器主振荡器20*相移网络至接收线圈变感变压

11、器误差校正、温度补偿变压器模拟线圈变感器及误差校正、内刻度电路变感器及误差校正、内刻度电路21*2.2.3 2.2.3 地面接口地面接口电路电路 感应测井接口插板IEM是CSU系统中下井仪器接口单元TIU的一部分， IEM由：插板有效性检测电路插板有效性检测电路CPU对IEM作8位地址寻址，如成功说明IEM已插入TIU；信号放大、滤波电路信号放大、滤波电路三道滤波电路分别处理深感应、中感应和球形聚焦（或八侧向）测井信号；井下继电器控制电路井下继电器控制电路通过IEM插板S1和CPU写入命令，控制下井仪处于“测井”、“内刻度-零”或“内刻度-刻度”三个状态之一，等组成。22*地面接口电路框图地面

12、接口电路框图23*插板有效性检测电路信号放大、滤波电路井下继电器控制电路地面接口电路图组地面接口电路图组24*2.2.4 2.2.4 小结小结DIT-D双感应测井仪的一个显著特点是通过精心设计来避免使用数字逻辑信号，对提高系统的信噪比起了重要作用；对于所有传统测井仪来说，感应测井仪输入信号是最弱的（约在数十uV量级）用X变感器串入输入回路，使X信号在放大之前就被抑制掉大部分；否则X信号在到达PSD之前就可能使放大器饱和为克服非对称线圈系制造误差产生的影响，输入回路中串入误差校正、温度补偿变压器；DIT-D有很宽的工作温度范围，因此仪器对使用的元器件性能要求很高，否则不可能保证诸多相位处理的效果

13、；主要指RC器件的精度和温度系数DIT-D的主要计算处理均由车载计算机完成，处理精度较高。25*2.3.1 2.3.1 仪器工作原理仪器工作原理2.3.2 2.3.2 主要电路分析主要电路分析2.3.3 2.3.3 地面仪电路地面仪电路2.3.4 2.3.4 小结小结2.3 15032.3 1503双感应测井仪双感应测井仪26*2.3.1 2.3.1 仪器工作仪器工作原理原理1503双感应测井仪的深感应为对称的6线圈系，深感应为不对称的8线圈系采用20kHz发射频率从参考信号放大电路取出一可调信号抵消残余的基值信号（X信号和线圈误差信号等）相敏检波器检出深、中感应的R信号后送到地面进一步处理下

14、井仪也设有内刻度电路用与仪器的校验深感应的三点反褶积处理及传播效应校正处理由地面仪（面板）中的非线性模拟运算电路完成，中感应不作这类处理27*1503双感应测井仪电路原理框图双感应测井仪电路原理框图28*2.3.2 2.3.2 主要电路分析主要电路分析 发射电路发射电路 接收前置放大器接收前置放大器 信号放大器、参考信号放大器信号放大器、参考信号放大器 内刻度电路内刻度电路 相敏检波电路相敏检波电路29*振荡器滤波放大电路在电极系内发射电路、接收前置放大器发射电路、接收前置放大器30*参考信号放大器PSD选频信号放大器内刻度深、中感应信号放大器、参考信号放大器和相敏检波器深、中感应信号放大器、

15、参考信号放大器和相敏检波器31*2.3.3 2.3.3 地面仪电路地面仪电路配合1503双感应测井仪的地面仪为3600数字测井系统的34563456感应测感应测井专用面板井专用面板3456面板共有四道测量电路，其中C C道专用于处理深感应信号道专用于处理深感应信号，电路最为复杂3456面板采用了多个非线性模拟运算电路非线性模拟运算电路来处理传播效应校正、对数放大、倒数处理等3456面板三三点反褶积运算电路复杂，性能不高32*3456感应测井地面面板框图感应测井地面面板框图33*传播效应校正二级BPF对数放大指数放大至褶积器反向器34563456面板面板C C道处理电路原理图道处理电路原理图34

16、*200)(111)(QjjF212101CCRR122111221CRCRCRCRQ对数、反对数非线性模拟运算电路213430ebebVVRRRe0111lnIIeKTVCeb122340ln1RReeeKTRRei）（ rrCCebebeRReeKTIIIIeKTVVRRRe00010221214331lnln0222lnIIeKTVCeb)(ln4331100KTeRRReRReerrKTeRRReRReerr433100lnARRReeKTRRRAeei21234301ln)ln(irrARReerreRRRAReeeRReei0212)ln(00122倒数运算3456面板中的有源面板

17、中的有源BPF及及对数、反对数非线性模拟运算电路对数、反对数非线性模拟运算电路35*2.3.4 2.3.4 小结小结1503在前置放大器的输出端和信号放大器输入端之间引入一可调信号来抵消残余基值信号，内刻度操作也在该点进行；与DIT-D相比，1503的电路简单实用，但仪器的技术指标也低一些；感应测井信号的地面处理面板采用了多个非线性模拟运算电路处理传播效应校正、对数标尺、电导率电阻率标尺，电路复杂，性能不高且造价昂贵。36*2.4 2.4 国产双感应测井仪国产双感应测井仪2.4.1 2.4.1 仪器工作原理仪器工作原理2.4.2 2.4.2 主要电路分析主要电路分析主振荡、放大电路主振荡、放大

18、电路发射恒流电路发射恒流电路井下接收电路井下接收电路2.4.3 2.4.3 小结小结37*2.4.1 2.4.1 仪器工作原理仪器工作原理国产双感应测井仪深感应为对称六线圈系，线圈距为1m；中感应为非对称的七线圈，线圈距0.85m；井下发射回路中增加一恒流控制电路维持发射电流的稳定。38*主振荡器LPFOCL功率放大器主振荡、放大电路主振荡、放大电路39*饱和差动放大PSD开关比例积分放大器发射电流调节器双稳触发器0010RIkUUn发射恒流电路发射恒流电路40*比例微分放大器移相器全波PSD移相器原理： U0=k0（U3-U2）7731CRjUUi2/ )()(098802iiiiUUURR

19、RUUUU)21(07700UUCRjUkUii1177770CRjCRjUUkiF1Fk)(221771771CRtgCRtg井下接收电路井下接收电路41*2.4.3 2.4.3 小结小结国产双感应测井仪采用晶体振荡器获得高的频率稳定性；通过对发射回路的稳流控制以提高仪器的测量精度；通过调节改变测量信号的相位使通过PSD的全部为R信号。42*2.5.1 2.5.1 测井仪器刻度的基本概念测井仪器刻度的基本概念2.5.2 2.5.2 感应测井刻度原理感应测井刻度原理2.5.3 2.5.3 最佳刻度环直径和最佳刻度点最佳刻度环直径和最佳刻度点2.5 2.5 感应测井刻度感应测井刻度43*测井刻度

20、的作用是建立测井响应值与测井工程值之间的对应关系测井响应值测井响应值：如对声波时差、核测井脉冲或地层电阻率探测后产生的信号（模拟电压电流或数字编码）测井工程值测井工程值：地层声波时差、密度、中子孔隙度或电阻率、电导率等刻度可按以下分类2.5.1 2.5.1 测井仪器刻度的基本概念测井仪器刻度的基本概念内刻度 刻度 模拟刻度外刻度 实体刻度刻度时测量电路与探头断开，因此输出结果不反映仪器的真实响应，是一种“假”刻度，一般仅用于检查仪器是否正常工作刻度时测量电路探头连接，但不提供实际的地层环境，因此仪器输出结果反映的是在模拟环境下的响应，如感应测井仪用刻度环刻度、密度测井仪用刻度块刻度，一般仅作为

21、三级刻度用于测井现场对仪器的测前或测后标定。模拟刻度必须通过精确的理论计算和、或由更高的标准或实体刻度来传递。测井仪器获得在真实的地质环境下的响应，准确、可靠，如密度仪器在核标准刻度井群或感应仪器在大水池中的刻度等。缺点是造价昂贵，刻度电少和使用不便。44*感应测井采用刻度环作为模拟式外刻度。当刻度环套在线圈系记录点且环平面与线圈系垂直时：2.5.2 2.5.2 感应测井刻度原理感应测井刻度原理miTiriTCrxnsirje123222)(2jCCCeZeZeI1,1,2,1,2,1,222RRRnmjiijijnmjiijijnmjiijijjRjeegKZXrjgKZRrgKeZre 刻度环感应电流接收线圈中产生感应电势nmjiijnmjiijijKgKZRr,1,1,22CnmjiijnmjiijijKZRrgZRKgKZRr22,1,1,22222)2(2XKKRCC 关键要找到用集中参数R代替分布参数时的对应关系 “补偿法”依据上式考虑到电抗的影响；“自然法” 用R=KC简化，忽略X的影响；而“谐振法”通过串接电容电抗为零的方式使刻度线性范围最大，是感应测井的首选刻度方法。45* 求解刻度系数KC的关键是解出刻度环相对于复合线圈系的几何因子g，可得到点状法计算的刻度系数为KDnmjiijnmjiijijCKgKrrgK,1,1