《测井仪器原理》第一章 电流聚焦测井仪器

平衡放大混合集成电路（VCVS）产生主电极电流I0
A
功率放大
有源BPF
（包含深浅两频率） j Uh 0 K 2 1 Ug 1 ( ) j 0 0 Q
仪器放大器
U g (1 2 R2 ) K PU M 1M 1' R1 R1 K) R1 R2
Z ic 2Z i (1
功率放大器
恒流输出功率放大器
恒压输出功率放大器
平衡放大混合电路（主电流电路）
C5 C2 0 .0 1 F
17 10 19 20 21
C1 0 .0 1 F
22
15V
C7
5 6 11
10 F
16
R10
i
R7 A3
e
R4 c
4
823
A6 R12 C6
R11
k
R8
g
A1 823 R2 R3
深侧向电压
0
调节过程：
a UD U2D Ua I D UD 使电流、电压均适中。
浅侧向屏流源（VCVS）
C
斩波式调制放大器
Ua
有源BPF
（仅含浅侧向率）
功率放大器
(-U1 2U2D)
浅侧向电压
调节过程：
a UD U2D Ua IS US Us上升，Is少降些，二者均适中。
当FD 0, b点接地时 A=
R10 R6 R9 10 4.99 4.99 1 R6 R7 R8 R9 4.99 3 4.99
有源带通滤波器
节点联立方程：
Y4 U b Y5 U 0 0

简化后：
KP

j
(Y1 Y2 Y3 Y4 )U b Y1 U i Y2 U o 0
R6
10 k
9 10 11 12 13 14 15 16

1.0μF
A2


4.99 K
215
R8
R5

15V
100 K
Fs Fs
100
R19
15V
来自I0
C5 0.22μF R16
113K
8 7 6 5 4 3 2 1
IC2
R17
1k
9 10 11 12 13 14 15 16
1.2 1229双侧向测井仪
1.2.1 仪器工作原理
1.2.2 主要电路分析
1.2.3 仪器刻度和校验
1.2.1 仪器工作原理
• Atlas公司1229双侧向测井仪的特点是：
频分供电式，深、浅侧向供电频率分别为32Hz和128Hz 系统激励为屏流主动式 可与自然伽马、声波、微侧向组合测井 采用了数字编码传输
2 1
U 2D
IC1
R15
9 10 11 12 13 14 15 16
IC2
9 10 11 12 13 14 15 16
相敏检波
R13
去 控 制 屏 流
1k
C3
15V
100 K
Fs
Fs
b d c
15V
T4
滤波
C5
R14
100 k
4.99K
R8
4.99 K
R10
20 K

R6 R4
0 2f 0
1 ,K R8 R10C1C2
R8 R10C1C2 R10C1 ,Q R8C1 R10C2 R8 R10C1C2
20
C ' MR
2 R2 R1 2( R2 R3 )
15V
FD
FD
15V
15V
FD
FD
15V
8 7 6 5 4 3
2 1
8 7 6 5 4 3
A
3

100 K
N

R 2 8.87.k
f
A5

R . 18 225 R19 R7
4.99K
4.99 K

R3 R5
8.87.k
10k
R1
100
A2
4 2 4
8


R26
100 K
UD
Us
M1
输 出
浅滤波
5.49 k
BB3629


3
100 K
" A1' ( A2 )
U1、U2为固 定参考电平， 用于主控屏 流大小
A
' 1
fs
D带通 滤波器 调制 放大器
U1
差动 放大器
C
功率 放大器
S带通 滤波器
相敏 检波器
fD
5
T3
功率 放大器 相敏 检波器
IS UD
脉 码 发 送 器
Atlas 1229 双侧 A 向仪 器电 路原 M 理框 图
相敏 检波器
US
ID
1
4
N
深侧向电压 放大器 浅侧向电压 放大器 S带通 滤波器
七侧向测井仪电路原理框图
G0 T1 N 测量电压放 大检波器 B RP 相敏参考电 压放大器
1
515Hz振荡器 2 A1 3 N1 R1 M1 R2 A0 平衡放大器 相敏检波器 T2
M2 R N2 A2 T3
有源滤波
可控功率 放大器 B
调制放大器
双侧向测井仪结构
斯仑贝谢公司1972年研制成功。（双侧向 可同时获得深、浅两条电阻率曲线 的侧向测井仪） 双侧向电极系由9个电极组成，第二屏蔽电极A1’、A2’有着双重的作用。 双侧向中采用了由跟踪屏流来产生主电流，或由跟踪主电流来产生屏流。
1.1.2 侧向测井仪器测量原理
• 侧向测井与普通电阻率测井的主要区别是测量电流（主电流）是被聚 焦以流入地层。电极系的主电极A0位于电极系中心，两端有屏蔽电极A1、 A2，呈对称排列。 • 三侧向测井仪结构如下
U a K I0
2
2L0 K 2L lg

式中 L0 Lm 3 b －主电极实际长； b－A0与A1或A2之间绝缘环厚度； L－三侧向电极系长度； L0－电极视长度； －电极系直径。
a K
U I0
a KR0
R0＝R＋Rm＋Rmc＋Ri＋Rt十Ru
1.1.3 侧向测井仪器工作方式
• 恒流式
保持主电流恒定，测量主电极（通常用监督电极M1或M2代替）至远 处电极N之间的电位差。地层的电阻率越高测量电压信号越大，相对 测量误差越小，适于对高阻地层的测量。电路简单，测量动态范围 小。
fs
D
' 1
3
电压 放大器 功率 放大器
B
A
M1
2
R
+15V稳压电源
fD
A0
1
T0
E
主电流 放大器 D带通 滤波器 S带通 滤波器 相敏 检波器 相敏 检波器
振荡器
分频器
fs fD
128Hz 32Hz
fs
深侧向屏流源（VCIS）
（仅含深侧向率）
功率放大器
U 恒流值I D T 3 R17
KP
U RK I
电极系数 测量电流
从井底到井口测量一条 U 曲线， 经变化后得到地层的井剖面电阻率。
7
侧向电阻率测井原理
• 根据点电极的电位计算公式，则测量电极的电位是
wenku.baidu.comK
U MN I
K
4 AM AN MN
• 盐水泥浆和膏盐剖面中由于受泥浆分流的严重影响，普通电阻率测井 无法定量测量，因此开发出了电流聚焦测井。
a
M 1'
3
10 F
C8
A5
A4
j
R1
b
1 2
R9
9 8 7 13 10
R6
f R5
M1
d
A2
14
15V
24 12
至 A0
15
K1
C4 0.47 F
C30.47 F
三侧向测井仪电路原理框图
七侧向测井仪结构
主电极A0，屏蔽电极A1、A2，两对监督电极M1N1和M2N2；Um1＝Un1或Um2＝ Un2，使主电流沿水平方向流入地层。 四个参数来表示电极系结构和特性：电极系长度L0，电极距L，分布 比S，聚焦系数q。
UM a K I0
K
4 A0 M 1 A0 N1 ( A0 M 1 A0 N1 ) ( A0 A1 ) 2 A0 M 1 A0 N1
R2 R13
4.99 K
R0
0.025
C6
0.22μF
255
2.1k
至主电极A0
电 流 采 样
R3
4.99 K
C4

T5
f
A5

A1

R14

100
R15
100 K
R4
R1
30K
ID
Is
1.2.2 主要电路分析
• 斩波式调制放大器
• 有源带通滤波器 • 功率放大器 • 平衡放大电路：高输入阻抗差动放大器 • 相敏检波器
• 1229双侧向测井仪主要由：
深侧向屏流源（B框部分） 浅侧向屏流源（C框部分） 平衡放大混合电路（A框部分） 深、浅侧向电压检测电路（D框部分） 深、浅侧向电流检测电路（E框部分） 控制信号发生器（F框部分） 直流稳压电源 等七个部分组成。
fD
U2
B
差动 放大器
B
调制 放大器
U 2D
CLS地面仪器
斩波式调制放大器
当13、14端为高电 平，11、12端为低 电平时，它的1、3 端跟2、4、6、8端 接通，而5、7端悬 空： 当13、14端为低电 平，11、12端为高 电平时，它的1、3 端悬空，而5、7端 跟2、4、6、 8端接 通。
当FD 1, c点接地时 A=
R10 10 1 R5 R6 4.99 4.99
Y1Y4 KP (Y1 Y2 Y3 Y4 )Y5 Y2Y4




1 1 ( )2 j( ) 0 0 Q
0
( R13 R14 ) R16C3C4 Q (C3 C4 ) R16
K
0
K
1 ( R13 R14 ) R16C3C4 R13C3 ( R13 R14 ) R16C3C4

有源BPF
j 1 (
斩波式调制放大器
K
2 1 ) j( ) 0 0 Q
0
Ua (U2 2U 2 D )
输出信号幅度由U2D控 制，频率有FD控制。
K R13C3 ( R13 R14 ) R16C3C4
Q
( R13 R14 ) R16C3C4 (C3 C4 ) R16 1 ( R13 R14 ) R16C3C4
• 恒压式
保持主电极电位恒定，测量主电流。地层的电阻率越低测量电流信 号越大，相对测量误差越小，适于对低阻地层的测量。电路简单， 测量动态范围小。
• 自由式
电流和电压按一定规律浮动，同时测量电流、电压两个量，因此可 以得到较宽的测量动态范围。测量、控制电路较复杂。
• 恒功率式或可控功率式
测量过程中使最高和最低电阻率的两个极点保持功率（IU乘积）不 变，让测量电压和电流保持在仪器可测量的范围之内（不被限幅）。 比自由式仪器有更宽的测量动态范围。
2
均匀介质中的电阻率测井
地层电阻率测量方法：
根据地层特点和测量环境，设计探测电磁场 向井内供给电流，激发人工电磁场 测量井下电磁场的分布，求出地层电阻率
普通电阻率测量方法：采用稳定电流（有源无旋场）
欧姆定律： 基尔霍夫定律：
E=Rj
div j = 0
3
A M N
电流强度 I I 电流密度j 横截面积 球面积 4 r 2
第一章 电流聚焦测井仪器
• 1.1 测量原理及工作方式 • 1.2 1229双侧向测井仪 • 1.3 DLT-E双侧向测井仪 • 1.4 思考题
1.1.1 地层电阻率的测量原理
岩石样品电阻率的测量原理
L r S U U S K L I I r U I
采用电屏蔽方法，使主电流聚焦后水平流 入地层，减小了井眼和围岩影响。电流聚 焦测井的主电流线沿井轴径向成饼状流入 地层，也称侧向测井。 侧向测井仪器是一个大家族，按构成电 极系的电极数目划分，有三侧向，七侧 向、八侧向和九侧向（即双侧向），按 探测深度划分有深、浅之分。
• 双侧向的仪器性能。探测深度、分层能力、测量动态范围都优于三、 七侧向，微球形聚焦的探测特性也比微侧向和邻近侧向好。 • 目前，理想的侧向测井组合是双侧向加微球形聚焦，这种深、中、浅 组合可以较准确地确定地层电阻率、冲洗带电阻率和侵入带直径，这些 是计算地层含油饱和度、判断地层含油性的重要参数。
测量电场中任一点的电位，得到该点处介质的电阻率
U ER U R R 4 r 2 2 4 r 4 r I
4
I
I
电位电极系：
UM R 4 AM I
____
电位电极系数
5
梯度电极系：
____ ____
4 AM AN U MN R _____ I MN
梯度电极系数
6
电阻率曲线获得：
包含三套相敏检波+滤波电路，一个仪表放大及一个前置放大电路。
深、浅侧向电压检测电路
浅侧向前置放大
100 K
深、浅侧向电流检测电路
15V
FD
FD
15V
8 7 6 5 4 3 2 1
IC1
R11
1k
C3
C2 1.0μF C1 T b 4 f c R10 100K A5 R7
75K
4.99 K
深侧向差 动放大
R9
4.99 K
b c R11
4.99 K
A4
6 .6 5 k
8 7 6 5 4 3
2 1
R12
R25 A1

IC3
R16
1k
9 10 11 12 13 14 15 16
C2
0.22 F
4.99 K
C4

T5
R20 1 1 3.K

C1
0.22 F