俄罗斯过套管电阻率测井仪U电位波形干扰分析
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实 际应用 中 ， 通过对 比其 他测 量 电极 的波形 图发 现 ， 唯 独 ｕ 电极 电 位 波 形 图在 电流 切 换 瞬 间 出现 了异 常 双
． ＝ Ｋ × Ｂ ０ ＸＡ
层 电阻率的大小将影响测量电极处套管电场电位的电 位 差 ， 图 １ 示 。仪 器 就 是 利用 相 应 测 量 电极 间 的 如 所
２ ２ Ｕ 电位 测量 原理简 述 ．
ｕ电位测量 的是 ｕ电极处套管电场电位相对 于
井 口处 套管 电场 电位 的 电位 差 。具 体 的技 术 细节 是 ： 电缆缆 芯 １ 在地 面 的一 端 接 在 本井 井 口套 管 上 ， 电缆
井下 缆头 。 电缆缆芯 １ 下一 端 的缆 头 电位 同样 会 高 井
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－ ７ ７ １ ５Ｒ ｌ ｌ
电流状态的存在 ， 感应电动势 的方向 由地面缆头指 向 井下 缆头 。对 于缆芯 １ 说 ， 井 下 一 端 的缆 头 电位 来 其
验验证 ， 用模拟 电缆阻值的大功率纯 电阻代替 电缆注入套管供 电电流 ， ｕ电位 双峰 强脉 冲干扰 消失。 关 键 词 ：过套管电阻率 ； Ｕ电位 ；双峰 强脉 冲 ； 干扰 ；缆芯电感
中图 法 分 类 号 ： ６ １８ ４ Ｐ ３ ． 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１０ —１４ ２ １ ）４０ １—３ ０ ４９ ３ （０ １０ —０ ５０
交替的供电电流。由于纯 电阻不存在 电感效应 ， 在整 个供电回路上也就不存在磁场能， 所以套管供电 电流 极 性 更换 时 ， 也就 不会 再产 生感 应 电动势 ， ４中前端 图
Ｕ电极 探 针
运 放 网络 的输入 端 口 １ 始终 处 于与井 口套 管参考 电位 同样 的 电位状 态 ， 参考 电位稳定 了 ， 峰强 脉 冲干扰 也 双 就消失 了 。从 图 ５和 图 ６中可 以看 到 ， 用 模 拟 电 阻 采 后 ， 电位 测量 电极 测 得 的数 据 波 形 图 与其 它 测 量 电 ｕ 极 一样 随着 套管 供 电电流极 性 的更换 而作 相应 的 同步
为 了验 证上 述分 析结 论 ， 行 了下 面实 验 。用 ４ 进 ０
Ｑ大功 率 电阻取 代 了并 联 的 ４５ ６ ７四根 供 电 缆 芯 ， 、、、 也就 是用 ４ ０Ｑ大 功率 电阻模 拟 ４根并 联 电缆 缆 芯 的 电阻， 由地 面 电源经 过 ４ ０Ｑ模 拟 电阻 向套 管 注入正 负
石
油
仪
器
２１ 年 ０１
・
第２ ５卷
第 ４期
ＰＥ＇Ｒ０Ｌ Ｉ ＂ ’ ＥＵＭ Ｉ ＴＲＵＭ ＥＮＴＳ ＮＳ
开发设 计 ・
俄 罗斯过套管 电阻率测 井仪 Ｕ电位波形干扰分析
李永发
（ 城 钻 探 ＿程 有 限 公 司测 井 公 司 辽 宁 盘 锦 ） 长 厂
摘
要 ：俄 罗斯过套管 电阻率测 井仪在测 井时， 需要 向井下套管注入 ６Ａ～ ７Ａ正 负交替 的供 电 电流。 由于供 电电流
石
油
仪
器
Ｐ Ｔ Ｌ Ｍ ＮＳ ＵＭＥ Ｓ Ｅ Ｒ０ ＥＵ Ｉ ＴＲ ＮＴ
２ Ｕ电位波形异常双高峰强脉冲干扰分 析
２ １ 干扰 现 象描述 ．
电电流是 由地面 电源通 过并 联 的 ４５ ６７四根 缆 芯再 、、 、 经 过下井 仪供 电电极 供 下去 的 ， 且供 电 电流很 大 ， 而 一 般 为 ６Ａ～７Ａ。 由于 缠 在 滚 筒 上 的测 井 电缆 具 有 电 感 效应 ， 当供 电 电流极性 更换 时 ， 在所 有缆 芯上 产生 会 很强 的感 应 电动势 ， 个感 应 电动 势 会 在 缆 芯 １上叠 这
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式 中， （ ） ， （ 为 向 电极 系 的上 、 电流 厶） 下
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邻井井 １ ： ３
电极供 电时在 中间测量 电极 同套 管接触 点套 管 电场 的
电位 （ 电极 电位 ） ＡＵ （Ａ） Ａ ｇＭ （Ａ） 向 电 ； Ｍ Ｉ ， Ｕ ． Ｉ 为
么会 出现双高峰干扰呢？下面将做具体分析 。
Ｔｍｅｓ ｄ ２ ｄ ｉ ｅ Ｕ＂ ＮＭ ） Ｕ ＮＭ Ｕ Ｊ １
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２ ：０．５ － ２４ ７ ６ ２ ：４ ７ ６ ２４ ５ － ２ ： ５ － ２４８７ ６
加 在参考 电位之上 ， 最 终 改 变前 端 运 放 网络 输入 端 并
图２ 给出了仪器正常工作时各测量电极测得的数
据波形 图 。从 图 ２中 可 以看 出 ， Ｕ（ Ｍ１ 、Ｕ（ Ｍ２ ｄ Ｎ ）ｄ Ｎ ） 随着 供 电电 极 电流 波 形 Ｊ的 变 化 而 做 相 应 的 同 步 变
化， 唯独 ｕ 电位波形 在供 电电 流极 性 更换 时 出现 了异 常 双高 峰强脉 冲 干扰 。ｕ电位真 正有 效 的数 据 部分 是 双 高峰 强脉 冲 干扰 之后 比较 平 直 的一 段 ， 就 是 图 ３ 也 中的 ０线 波形 部 分 ， 高峰 干扰 部 分 的数 据 是绝 对 不 双 可以参 与公 式 计 算 的。在 ｕ 电位 数 据 波 形 部 分 为什
１ 仪 器 电极 系及 测 量 原 理 简 要 介绍
俄罗斯 过套管 电阻率有 上下两个供 电 电极 Ａ 、 １
Ａ ， ２ 四个 测量 电极 ￡、 、 Ｍ２ 当供 电 电极 向套 管 ，Ｍ】Ⅳ、 。 壁供 给 电流时 ， 层 电阻 和套管 电阻 属于并 联关 系 ， 地 地
最大的技术难点就是需要克服套管屏蔽的影响去获取 地层电阻率信息 ， 为此 ， 俄罗斯 Ｅ Ｏ 仪器采用专利计 ＣＳ 算公 式并 设计 了相 应 的 供 电 电极 和测 量 电极 结 构 ， 通 过正负交替供大电流 的方式获取地层 电阻率信息…。
感应电动势的绝对值 。由于产生的感应电动势远远高
于 ｕ电极 探 针所探 测 到 的探 针处 套 管 电场 电位 ， 终 最 ｕ电位测量 板 测 出 的 ｕ 电位 将 会 出 现很 强 的 负 脉 冲 干扰 （ 双峰 干扰 的前 峰 ） 。 当产生 的感 应 电动 势 由强 变 弱 至快 要 消 失 时 ， 供 电电极 开始 向套 管 供 负 电 流 （ 电瞬 问 ） 上 。这 时 ， 同样 在 电缆 的所 有 缆芯上 将产 生很 强 的感 应 电动势 阻碍 负
电流 的增 大 ， 应 电动 势 的方 向还 是 由地 面缆 头 指 向 感
２０ ０ ０ ，０ ，０ ０
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图 ３ Ｕ 电 位 数 据 采 集 波 形 图
０ 引 言
长城钻探测井公 司 自 ２０ 年引进俄 罗斯过套管 ０６
电阻率测 井 仪 Ｅ Ｏ Ｃ Ｓ一３ —７以来 ， １ 在辽 河 油 田近 ５ ０ 口井的测 试 中进行 了成 功应 用 。过套 管 电阻率测 井仪
高 峰强 脉 冲干扰 。笔 者多方 查找 资料 均未 获得对该 干 扰 的合 理解 释 ， 文 将从 理 论 和 实验 两 方 面 对此 问题 本 进 行剖 析 和解 释 。
， ，
极 系 的上 、 电流 电极供 电时 ， 电极 系的 两个边部 测 下 在 量 电极 同套 管接 触点 之间套 管部 分 电场 电位 的第 一差 分 ； ）△ Ｕ（ａ） 向电极 系 的上 、 电流 电极 △ Ｕ（ ， Ｉ 为 下 供 电时 ， 电极 系的所 有 三 个 测量 电极 同套 管接 触 点 在
缆芯 １ 在井下的一端接在井下仪 ｕ电位测量板 的输 入端 口 ｌ 作为参考电位 ， 井下仪外部 ｕ测量电极探针
接 人 内部 Ｕ电位 测量板 的输 入端 口 ２ 。输 入 端 口 １ 和
于地面一端缆头电位 ， 高出的数值正好 等于感应 电动
势 的绝对值 ， 终 ｕ电位测 量板 测 出 的 ｕ 电位将 会 又 最
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次 出现 很强 的负脉 冲干扰 （ 双峰 干扰 的后峰 ） 。
输人端 口 ２ 作为仪器 内部 ｕ电位测量板前端运算放 大 器差 模信 号 的输入 端 ， 号 经 过 放 大 和模 数 转 换就 信 可 以得 到 Ｕ 电位 数据 ， 图 ４所示 ｌ 。 如 ２ １
３ 实 验 验 证 ＿４ ３ｊ 、
图 ４ Ｕ 电 位 测 量 板 原 理 示 意 图
２ ３ 干 扰分 析 ．
从图 ２ 中可以看 到， ｕ电位异常双高峰干扰 出现 的时刻正好是套管供电电流极性更换的时刻 。套管供
口 １的参 考 电位值 。下 面就 套管供 电电流极 性更 换 时 断电 和上 电瞬 间做进 一步分 析 。 Ｕ 电位 强 脉冲干 扰 的双峰 分别对 应套 管供 电 电流 断电 和 Ｌ电瞬 间。在 实 际 测井 时 ， 一般 都 人 为 通 过 软 件 设定 套 管供 电 电流 极 性 更 换 有 ｌ ｓ的延 时期 。假 设 井下仪 供 电电极 处 于供正 电流状 态 ， 当正 电流断 电 时 ， 为 了维 持缠 在滚 筒上 的 电缆 周 围磁 场 能 的存 在 ， 所 在 有缆 芯上产 生 的感应 电 动势将 会继续 维持 供 电缆 芯正
电位差 通过下 面公 式来 求取 地层 电阻 率 。
△ ｖ（Ａ） ｔ ＋△
。
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（Ａ） △ ｖ（Ａ ｔ ｔ ）＋ＡＵ ． （Ａ） ｆ Ｕ（：‘ ．（。一 Ｎｔ）△ ．（ Ｍ肘 ， Ｎｔ） △ Ｍ ，） Ｕ（ ． 肘 ，） ＼ Ａ Ａ Ａ Ａ。 Ａ＼
．
将 会 高于地 面一 端缆 头 电位 ， 出的 数值 正 好 等 于 感 高 应电 动势 的绝对 值 。这 样 ， ４中前 端 运放 网络 的输 图 入端 口 １的电位将 会 在原 参考 电位值 的基 础上再 加 上
０２ ３ ３ ：２：２ ５
００ ．０
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之间套管部分 电场 电位的第 二差分；４ 为电极系 ，， 的上 、 下电流 电极 同套 管接触点供给 套管 的电流 ； Ｋ
图 ｌ 俄 罗斯过套管 电阻率 电极 系示意 图
为电极 系的 系数 。
第一作者简介 ： 李永发 ， １７ 男，９ ５年生 ， 工程师 ，９ ８年 ７月毕业于大庆石油学院计算机软件专业 ，ＯＯ年 ７月取得 长江大学工程硕士学位 ， １９ ２ｌ 现在长 城钻探工程有 限公 司测井公司仪器维修中心 ， 从事过套管 电阻率 、 ＭＴ 双源距 Ｃ Ｏ） Ｒ （ ／ 等生产井特种仪器维修工作 。邮编 ：２０ ｌ １４ １
大， 缠在 滚筒上的 电缆具有 电感效应 ， 在正 负电流极性 更换瞬 间， 会在 电缆缆芯上产 生很 强的感应 电动势 ， 使得 ｕ 电位波
形 出现 双 峰 强脉 冲 干扰 。俄 罗斯 测 井软 件 提 供 了狈 井数 据 采 集 区 间选 取 功 能 ， 以避 开 双峰 强 脉 冲 干 扰 区 间 。 经 过 实 ｌ 可
． ＝ Ｋ × Ｂ ０ ＸＡ
层 电阻率的大小将影响测量电极处套管电场电位的电 位 差 ， 图 １ 示 。仪 器 就 是 利用 相 应 测 量 电极 间 的 如 所
２ ２ Ｕ 电位 测量 原理简 述 ．
ｕ电位测量 的是 ｕ电极处套管电场电位相对 于
井 口处 套管 电场 电位 的 电位 差 。具 体 的技 术 细节 是 ： 电缆缆 芯 １ 在地 面 的一 端 接 在 本井 井 口套 管 上 ， 电缆
井下 缆头 。 电缆缆芯 １ 下一 端 的缆 头 电位 同样 会 高 井
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电流状态的存在 ， 感应电动势 的方向 由地面缆头指 向 井下 缆头 。对 于缆芯 １ 说 ， 井 下 一 端 的缆 头 电位 来 其
验验证 ， 用模拟 电缆阻值的大功率纯 电阻代替 电缆注入套管供 电电流 ， ｕ电位 双峰 强脉 冲干扰 消失。 关 键 词 ：过套管电阻率 ； Ｕ电位 ；双峰 强脉 冲 ； 干扰 ；缆芯电感
中图 法 分 类 号 ： ６ １８ ４ Ｐ ３ ． 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１０ —１４ ２ １ ）４０ １—３ ０ ４９ ３ （０ １０ —０ ５０
交替的供电电流。由于纯 电阻不存在 电感效应 ， 在整 个供电回路上也就不存在磁场能， 所以套管供电 电流 极 性 更换 时 ， 也就 不会 再产 生感 应 电动势 ， ４中前端 图
Ｕ电极 探 针
运 放 网络 的输入 端 口 １ 始终 处 于与井 口套 管参考 电位 同样 的 电位状 态 ， 参考 电位稳定 了 ， 峰强 脉 冲干扰 也 双 就消失 了 。从 图 ５和 图 ６中可 以看 到 ， 用 模 拟 电 阻 采 后 ， 电位 测量 电极 测 得 的数 据 波 形 图 与其 它 测 量 电 ｕ 极 一样 随着 套管 供 电电流极 性 的更换 而作 相应 的 同步
为 了验 证上 述分 析结 论 ， 行 了下 面实 验 。用 ４ 进 ０
Ｑ大功 率 电阻取 代 了并 联 的 ４５ ６ ７四根 供 电 缆 芯 ， 、、、 也就 是用 ４ ０Ｑ大 功率 电阻模 拟 ４根并 联 电缆 缆 芯 的 电阻， 由地 面 电源经 过 ４ ０Ｑ模 拟 电阻 向套 管 注入正 负
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第２ ５卷
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俄 罗斯过套管 电阻率测 井仪 Ｕ电位波形干扰分析
李永发
（ 城 钻 探 ＿程 有 限 公 司测 井 公 司 辽 宁 盘 锦 ） 长 厂
摘
要 ：俄 罗斯过套管 电阻率测 井仪在测 井时， 需要 向井下套管注入 ６Ａ～ ７Ａ正 负交替 的供 电 电流。 由于供 电电流
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Ｐ Ｔ Ｌ Ｍ ＮＳ ＵＭＥ Ｓ Ｅ Ｒ０ ＥＵ Ｉ ＴＲ ＮＴ
２ Ｕ电位波形异常双高峰强脉冲干扰分 析
２ １ 干扰 现 象描述 ．
电电流是 由地面 电源通 过并 联 的 ４５ ６７四根 缆 芯再 、、 、 经 过下井 仪供 电电极 供 下去 的 ， 且供 电 电流很 大 ， 而 一 般 为 ６Ａ～７Ａ。 由于 缠 在 滚 筒 上 的测 井 电缆 具 有 电 感 效应 ， 当供 电 电流极性 更换 时 ， 在所 有缆 芯上 产生 会 很强 的感 应 电动势 ， 个感 应 电动 势 会 在 缆 芯 １上叠 这
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电极供 电时在 中间测量 电极 同套 管接触 点套 管 电场 的
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么会 出现双高峰干扰呢？下面将做具体分析 。
Ｔｍｅｓ ｄ ２ ｄ ｉ ｅ Ｕ＂ ＮＭ ） Ｕ ＮＭ Ｕ Ｊ １
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加 在参考 电位之上 ， 最 终 改 变前 端 运 放 网络 输入 端 并
图２ 给出了仪器正常工作时各测量电极测得的数
据波形 图 。从 图 ２中 可 以看 出 ， Ｕ（ Ｍ１ 、Ｕ（ Ｍ２ ｄ Ｎ ）ｄ Ｎ ） 随着 供 电电 极 电流 波 形 Ｊ的 变 化 而 做 相 应 的 同 步 变
化， 唯独 ｕ 电位波形 在供 电电 流极 性 更换 时 出现 了异 常 双高 峰强脉 冲 干扰 。ｕ电位真 正有 效 的数 据 部分 是 双 高峰 强脉 冲 干扰 之后 比较 平 直 的一 段 ， 就 是 图 ３ 也 中的 ０线 波形 部 分 ， 高峰 干扰 部 分 的数 据 是绝 对 不 双 可以参 与公 式 计 算 的。在 ｕ 电位 数 据 波 形 部 分 为什
１ 仪 器 电极 系及 测 量 原 理 简 要 介绍
俄罗斯 过套管 电阻率有 上下两个供 电 电极 Ａ 、 １
Ａ ， ２ 四个 测量 电极 ￡、 、 Ｍ２ 当供 电 电极 向套 管 ，Ｍ】Ⅳ、 。 壁供 给 电流时 ， 层 电阻 和套管 电阻 属于并 联关 系 ， 地 地
最大的技术难点就是需要克服套管屏蔽的影响去获取 地层电阻率信息 ， 为此 ， 俄罗斯 Ｅ Ｏ 仪器采用专利计 ＣＳ 算公 式并 设计 了相 应 的 供 电 电极 和测 量 电极 结 构 ， 通 过正负交替供大电流 的方式获取地层 电阻率信息…。
感应电动势的绝对值 。由于产生的感应电动势远远高
于 ｕ电极 探 针所探 测 到 的探 针处 套 管 电场 电位 ， 终 最 ｕ电位测量 板 测 出 的 ｕ 电位 将 会 出 现很 强 的 负 脉 冲 干扰 （ 双峰 干扰 的前 峰 ） 。 当产生 的感 应 电动 势 由强 变 弱 至快 要 消 失 时 ， 供 电电极 开始 向套 管 供 负 电 流 （ 电瞬 问 ） 上 。这 时 ， 同样 在 电缆 的所 有 缆芯上 将产 生很 强 的感 应 电动势 阻碍 负
电流 的增 大 ， 应 电动 势 的方 向还 是 由地 面缆 头 指 向 感
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图 ３ Ｕ 电 位 数 据 采 集 波 形 图
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长城钻探测井公 司 自 ２０ 年引进俄 罗斯过套管 ０６
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高 峰强 脉 冲干扰 。笔 者多方 查找 资料 均未 获得对该 干 扰 的合 理解 释 ， 文 将从 理 论 和 实验 两 方 面 对此 问题 本 进 行剖 析 和解 释 。
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极 系 的上 、 电流 电极供 电时 ， 电极 系的 两个边部 测 下 在 量 电极 同套 管接 触点 之间套 管部 分 电场 电位 的第 一差 分 ； ）△ Ｕ（ａ） 向电极 系 的上 、 电流 电极 △ Ｕ（ ， Ｉ 为 下 供 电时 ， 电极 系的所 有 三 个 测量 电极 同套 管接 触 点 在
缆芯 １ 在井下的一端接在井下仪 ｕ电位测量板 的输 入端 口 ｌ 作为参考电位 ， 井下仪外部 ｕ测量电极探针
接 人 内部 Ｕ电位 测量板 的输 入端 口 ２ 。输 入 端 口 １ 和
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输人端 口 ２ 作为仪器 内部 ｕ电位测量板前端运算放 大 器差 模信 号 的输入 端 ， 号 经 过 放 大 和模 数 转 换就 信 可 以得 到 Ｕ 电位 数据 ， 图 ４所示 ｌ 。 如 ２ １
３ 实 验 验 证 ＿４ ３ｊ 、
图 ４ Ｕ 电 位 测 量 板 原 理 示 意 图
２ ３ 干 扰分 析 ．
从图 ２ 中可以看 到， ｕ电位异常双高峰干扰 出现 的时刻正好是套管供电电流极性更换的时刻 。套管供
口 １的参 考 电位值 。下 面就 套管供 电电流极 性更 换 时 断电 和上 电瞬 间做进 一步分 析 。 Ｕ 电位 强 脉冲干 扰 的双峰 分别对 应套 管供 电 电流 断电 和 Ｌ电瞬 间。在 实 际 测井 时 ， 一般 都 人 为 通 过 软 件 设定 套 管供 电 电流 极 性 更 换 有 ｌ ｓ的延 时期 。假 设 井下仪 供 电电极 处 于供正 电流状 态 ， 当正 电流断 电 时 ， 为 了维 持缠 在滚 筒上 的 电缆 周 围磁 场 能 的存 在 ， 所 在 有缆 芯上产 生 的感应 电 动势将 会继续 维持 供 电缆 芯正
电位差 通过下 面公 式来 求取 地层 电阻 率 。
△ ｖ（Ａ） ｔ ＋△
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将 会 高于地 面一 端缆 头 电位 ， 出的 数值 正 好 等 于 感 高 应电 动势 的绝对 值 。这 样 ， ４中前 端 运放 网络 的输 图 入端 口 １的电位将 会 在原 参考 电位值 的基 础上再 加 上
０２ ３ ３ ：２：２ ５
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之间套管部分 电场 电位的第 二差分；４ 为电极系 ，， 的上 、 下电流 电极 同套 管接触点供给 套管 的电流 ； Ｋ
图 ｌ 俄 罗斯过套管 电阻率 电极 系示意 图
为电极 系的 系数 。
第一作者简介 ： 李永发 ， １７ 男，９ ５年生 ， 工程师 ，９ ８年 ７月毕业于大庆石油学院计算机软件专业 ，ＯＯ年 ７月取得 长江大学工程硕士学位 ， １９ ２ｌ 现在长 城钻探工程有 限公 司测井公司仪器维修中心 ， 从事过套管 电阻率 、 ＭＴ 双源距 Ｃ Ｏ） Ｒ （ ／ 等生产井特种仪器维修工作 。邮编 ：２０ ｌ １４ １
大， 缠在 滚筒上的 电缆具有 电感效应 ， 在正 负电流极性 更换瞬 间， 会在 电缆缆芯上产 生很 强的感应 电动势 ， 使得 ｕ 电位波
形 出现 双 峰 强脉 冲 干扰 。俄 罗斯 测 井软 件 提 供 了狈 井数 据 采 集 区 间选 取 功 能 ， 以避 开 双峰 强 脉 冲 干 扰 区 间 。 经 过 实 ｌ 可