三分量感应测井仪的线圈系结构设计

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(2) 既可用于竖井 ,也可用于斜井和水平井 ,其探 测性能不会因井眼方向的变化而下降 。
(3) 所探测到的地层电阻率为张量 ,能够体现出地 层的各向异性 。
(4) 可同时感应出多路信号 ,提供了丰富的地层信 息。
三分量感应测井系统正是基于其线圈系布局的上 述优越性 ,能够在三维剖面上描述各向异性地层的宏 观和微观特性 ,为人们准确认识各向异性地层 ,进行 油 、气储层评价提供了一种新的有效的方法 ,使油气资 源的勘探开发进入了一个新的时代 。
σ = 0 σy 0
(3)
0 0 σz 在各向同性地层中 ,有σx =σy =σz ,代回上式就得
到了常规测井解释中所假设的地层模型 。
2 线圈系结构设计
在线圈系的研究中 ,必须要消除直接耦合的影响 , 因此就必须在主线圈的基础上引入屏蔽线圈 ,即采用 复合线圈系 。传统仪器的线圈系轴线是与井眼轴线重 合或平行的 ,而且同一个发射线圈对所有的接收线圈 都将产生直接耦合信号 。而对于三分量感应测井仪 , 平行于井轴的 z 方向仍可以采用传统的聚焦线圈系结 构 ,但对 x 、y 方向的线圈及 xy 、xz 平面内的线圈的聚 焦则需要进行专门的匹配关系研究 。尤其是 xy 、xz 线 圈的直接耦合将来自于 x 、y 、z 三个方向的发射信号 , 这种耦合方式比常规线圈的耦合更加复杂 。这就需要 针对三分量感应测井仪的独特要求 , 设计一种独特的 聚焦线圈系 。
式 (1) 中各元素下角标的两个字符 ,第一个表示发 射线圈的方位 ,第二个表示接收线圈的方位 。该矩阵
基金项目 : 1. CNPC 中青年创新基金 (04E7043) 2. 陕西省教育厅专项科研项目 (05J K283) 第一作者简介 : 党瑞荣 ,男 ,1957 年生 ,博士 、教授 、博士生导师 ,西安石油大学校级学术带头人 ,1991 年毕业于南京理工大学 ,获博士学位 ,现主要
[2 ] 覃世银 ,王昌学 ,杨韦华 ,等. 各向异性地层中电磁散射 响应的计算及应用[J ] . 测井技术 ,2004 ,28 (3)
[3 ] Stanislav Forgang , Otto N Fanini , Leonty A Tabarovsky. Method and apparatus for transverse electromagnetic induc2 tion well logging[ P ] . United States :5 ,781 ,436. 1998
参考文献
[1 ] J H Schoen ,Liming Yu ,D T Georgi . Aspects of Multi2com2 ponent Resistivity Data and Macroscopic Resistivity Anisotropy[ C ] . 2001 ,SPE 74334
(上接第 28 页) 垂直电阻率 ,地层倾角和仪器方位 ,以及各向异性地层 模型的两种含水 (油) 饱和度等丰富的地层信息 。
3 结 论
三分量感应测井仪这种独特的线圈布局结构 ,具 有以下优点 :
(1) 能够有效地解决径向探测深度和纵向分辨率 之间的矛盾 : z 方向的线圈系的布局可保证足够的水 平探测深度 , x 、y 方向的线圈系的布局可保证很好的 分层能力 。
了不同的地层 ,又因为其涡流的大小主要取决于相邻 的低电导率地层 ,从而保证了不会漏测含碳氢化合物 的油气储层 。三分量感应测井仪的线圈系基本结构布 局如图 1 所示[1 ] 。
Tx 、Ty 和 Tz 分别为三 个方向的发射线圈 , Rx 、Ry 和 Rz 分别为三个方向的接 收线圈 。发射线圈发射一 定频率的交流电 , 接收线圈 接收各个方向的地层信息 可得到 9 个磁场分量 , 经过 一定的数据处理可得到 9 个电导 率 分 量 。这 三 组 互 图 1 线圈系结构布局 相垂直的发射 - 接收线圈 , 可测量平行于井轴的常规 磁场分量 Hzz , 和两个垂直于井轴的磁场分量 Hxx 和 Hyy 。此外 , 由于 xy 和 xz 平面内也设有接收线圈 , 可 测量用以确定磁倾角和仪器方位角的两个交叉磁场分 量 Hxy和 Hxz 。其中每组三个方向的接收线圈组成基 本接收单元 ,测量来自三个方向的二次感生电动势 ,多 组基本接收单元构成阵列测量系列[2] 。每组接收单元 测得的信号经刻度后可得到九个磁场分量 , 即磁场张 量 H 通过式 (1) 求得 。
关 键 词 : 三分量 ; 感应测井仪 ; 线圈系
中图法分类号 : P631. 8 + 11 文献标识码 : B 文章编号 : 100429134 (2007) 0120027202
0 引 言
传统的感应测井研究大多都建立在电性各向同性 介质基础上 ,但地层的各向异性是客观存在的 ,尤其是 在砂岩和泥岩组成的薄交互层中 ,各向异性现象更为 明显 。据统计 ,世界上大约 30 %的油气存在于砂泥岩 薄互层 ,在我国 ,各向异性油气田所占的比例也非常 高 。因此 ,准确地认识这些地层的特性对于油气资源 的探测和合理开发有着重要的意义 。三分量感应测井 系统可以很好的解决上述问题 ,它是一种全新的地层 结构探测系统 ,可以识别地层的三维特性 ,能够探测传 统方法难以探测到的薄储层 、低渗透率储层 。因此 ,目 前有关三分量测井仪器的研制及相关的理论和实验研 究是国内外的前沿课题 ,引起了测井界的普遍关注和 重视 。
特征向量即可定义仪器轴的相对方位以及电导率张量
主轴 。对应的 ,由九个磁场分量经过转换可得到九个
视电导率分量 ,定义电导率张量为 :
σxx σxy σxz
σ源自文库= σyx σyy σyz
(2)
σzx σzy σzz 式 (2) 中元素的下标表示测量方向 。
对于垂直井眼和水平地层 ,上式可简化为 :
σx 0 0
(收稿日期 :2006 - 07 - 18 编辑 : 刘雅铭)
从事数字信号处理及测井技术领域的教学与科研工作 。邮编 :710065
·28 ·
石 油
PETROL EUM
仪 器 INSTRUMENTS
2007

02

Hxx Hxy Hxz
H = Hyx Hyy Hyz
(1)
Hzx Hzy Hzz
的三个特征值就决定了测量视电导率的三个主分量 ,
于交叉分量 , 我们采用接收
聚焦的方法 。因此对交叉
接收线圈 Cxy 、Cxz分别设置 了聚焦线圈 B xy 、B xz 。由于 交叉接收线圈 Cxy及其聚焦 线圈 B xy位于 xy 平面内 , Tx 和 Ty 都可在 Cxy 上产生直 接耦 合 信 号 , 因 此 需 要 对
Tx 、Ty 分 别 聚 焦 。而 同 一 线圈 B xy 的匝数固定后 , 不 可能对 Tx 和 Ty 同时聚焦 。 为此 , 对于聚焦线圈 B xy 需 设计 两 个 引 出 端 , 分 别 为
[ 2 ] 汲长松. 核辐射探测器及其实验技术手册 [M ] . 北京 :原 子能出版社 ,1990
[ 3 ] ORTEC MAESTRO - 32 A65 - B32 Software User′s Mannu2 al . 2001 (资料)
(收稿日期 :2006 - 10 - 31 编辑 : 刘雅铭)
2007


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1

石 油
PETROL EUM
仪 器 INSTRUMENTS
·开发设计·
三分量感应测井仪的线圈系结构设计
·27 ·
党瑞荣 秦 瑶 谢 雁
(西安石油大学 ,陕西省光电传感与测井重点实验室 陕西 西安)
摘 要 : 三分量感应测井系统是一种全新的地层结构探测系统 ,它可以识别地层的三维特性 ,是人们认识地层特性 , 进行油 、气储层评价的非常有效的方法 。三分量感应测井仪通过布置三组相互垂直的发射 - 接收线圈对 ,可直接测量地 层的水平电阻率和垂直电阻率 ,通过测量两个交叉分量还可得出地层的倾角和方位 。文章主要从三分量感应系统线圈 系的聚焦理论和方法出发 ,为了消除线圈间的直接耦合 ,提出了一套全新的线圈系结构设计方案 ,并对其进行了详细阐 述。
对 He3 管中子探测器的全能谱测量还可以有效地 解决补偿中子测井仪调校中放大倍数的选择和比较器 门坎电压的确定问题 ,从而为仪器调校提供了方便 ,提 高了生产效率 。因此 ,He3 管检测装置的设计研制 ,对 于补偿中子测井仪有着极其重要的意义 。
参考文献
[1 ] 黄隆基. 放射性测井原理 [M ] . 北京 :石油工业出版社 , 1993
1 三分量感应测井仪的原理与特性
三分量感应测井仪与以往的感应测井仪最主要的 区别就在于其线圈系的设计 。以往的感应测井仪的线 圈系布局都是在平行于井轴的平面内 ,因而只能测量 垂直方向的电导率 。而三分量感应测井仪按照 x 、y 、z 三个方向分别布局发射和接收线圈 , 可以同时探测多 个方向的电导率 。其中 , z 方向为井轴方向 , 其探测性 能与传统方法相同 , x 方向和 y 方向的有用信号穿越
图 2 线圈系具体结构
线圈的输出信号 Rx 、Ry 、Rz ,以及交叉接收线圈的输出 信号 Cxyx 、Cxyy 、Cxzx 和 Cxzz 。这 7 路信号经过放大 、采 集等一系列后续的处理之后 ,可得到地层水平电阻率 、
(下转第 31 页)
2007 年 第 21 卷 第 1 期 李 科等 :He3 管检测系统的设计研制
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出脉冲 。
图 5 He3 管全能谱图
通过线性放大器可以调节能峰的位置 ,从而展开 能谱图 。根据能谱图和线性放大器的放大倍数 ,就可 以给出在补偿中子仪器调校时的仪器放大倍数和比较 器门坎的选择范围 。
7 结束语
通过对 He3 管检测装置设计研制 ,我们提出了一
套严格的 He3 管检测方案 ,可以为目前 EILog - 05 组 合测井仪中补偿中子测井仪的热中子探测器的可靠性 提供有力的保障 。
发射线圈 Tx 、Ty 、Tz 串联在 一起 。由于聚焦取决于线
圈匝数和线圈间的距离 , 而
接收 线 圈 Rx 、Ry 、Rz 与 交 叉接收线圈 Cxy 、Cxz 的位置 不同 , 所以发射聚焦中 B x 可对 Rx 聚焦 , 但不能对交 叉接收线圈同时实现聚焦 。
所以 ,必须设置单独的线圈
对交叉分量进行聚焦 。对
常用的聚焦方法有两种 :一是发射聚焦 ,即在发射 线圈上串接聚焦线圈 ;二是接收聚焦 ,即在接收线圈上 串接聚焦线圈 ,两种方法的作用是相同的 。本文对 x 、 y 、z 方向的线圈对采用发射聚焦方式 ,对交叉分量则 采用接收聚焦的方法 。具体结构设计如图 2 所示[3 ] 。 其中 :
Tx 、Ty 、Tz 分别表示 x 、y 、z 方向的发射线圈 ; Rx 、Ry 、Rz 分别表示 x 、y 、z 方向的接收线圈 ; Cxy 、Cxz 分别表示 xy 平面和 xz 平面内的接收线 圈; B xy 、B xz分别表示接收线圈 Cxy 、Cxz的聚焦线圈 。 由于对 x 、y 、z 方向采用了发射聚焦的方法 , 因此分别 布置三个聚焦线圈 B x 、B y 、Bz , 分别与 x 、y 、z 方向的
B xyx和 B xyy , 其中 B xyx 可对
Tx 聚焦 , B xyy 可对 Ty 聚焦 。 因此 , 对应于发射线圈 Tx 和 Ty , 交叉分量 Cxy 的输出 也有两个 , 分别记为 Cxyx 、 Cxyy 。
交叉接收线圈 Cxz及与 之对应的聚焦线圈 B xz的情 况与 Cxy及 B xy 的情况类同 , 聚焦线圈 Cxz也设计为两个 引出端 ,分别为 B xzx和 B xzy , 其中 B xzx可对 Tx 聚焦 , B xzy 可对 Ty 聚焦 。对应于发射 线圈 Tx 和 Ty , Cxz的两组输 出信 号 相 应 地 记 为 Cxzx 和 Cxzz 。综 上 所 述 , 此 线 圈 系 结构可输出 7 路信号 , 接收
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