过套管测井

V1 R1 In

V2 R2 In

过套管测井原理—泄漏电流模式
泄漏电流模式
~
G
电路
B
A C D E J
V
V1 V2
电流Im从电极A注入，回路电 极在B极。通过测量C和D间的电压 V1、D和E间的电压V2来估计泄露 到地层的电流△Ｉ。 V1 V2 I R1 R2 地层视电阻率由下式计算：
技术成果—信号采集处理软件
目 录
国内外技术现状 过套管测井原理 技术方案 研究历程 技术成果 实验结果 下一步的研究方向
实验结果—采集到的信号波形
实验结果—直接测量信号的量级
微弱电压信号的量级（激励电流：2.97A）
66.0000 65.5000
V1(μ V)
V1 V2
下一步的研究方向
改进低噪声前放和数字信号处理方法，进 一步抑制噪声、使微弱信号检测分辨率达 到2nV 完善模拟实验装置，增大模拟地层电阻率 的动态范围(1Ω·m~100Ω·m) 设计井下仪器机械和电路结构，使模拟实 验尽量接近真实的测井状态
谢谢各位专家！
过套管电阻率测井 微弱信号检测研究
目 录
国内外技术现状 过套管测井原理 技术方案 研究历程 技术成果 实验结论 下一步的研究方向
国内外技术现状－国外
2000年阿特拉斯（Baker Atlas）研制出现场测试 样机TCRT（Through Casing Resistivity Tool） 过套管电阻率测井仪。 1995年斯伦贝谢（Schlumberger）在评价顺磁 PML (Para Magnetic Logging)技术的基础上继续 开发过套管地层电阻率测井仪器CHFR（Cased Hole Formation Resitivity）。 并很快在全球开展 CHFR测量服务。 2000年斯伦贝谢公司推广CHFR仪器，同年4月 在中国申请专利。 2002年该公司又推出CHFR-PLUS，对第一代仪 器做了较大地改进。
d I I
视电阻率的测量误差主要来源于V1、 V1’、V2、V2’、的测量误差
研究历程—数字信号处理方法仿真
累加平均 累加平均是利用噪声信号均值为零的特性，对同一 样点进行多次采样累加平均来压制噪声，提高信噪比。 信号：x(t)=s(t)+N(t)； s(t)=Asin(wt+φ) N(t)为均值为零的加性高斯白噪声信号
目 录
国内外技术现状 过套管测井原理 技术方案 研究历程 技术成果 实验结果 下一步的研究方向
过套管测井原理—原理
G
回路电极 套管电流Iz
T
B
IC
I L I(Z)dZ
Z1 Z2
金属套管
Z+dZ I2
M D
Z2 I I I(z)dz ZZdZ I Z 2 L I L ( I )1 dj
x(n) A sin[2fn f s ] N(n )
1 M 1 x(m) x(i ) M i 0
研究历程—数字信号处理方法仿真
相敏检波
Asin(ωt+φ) 积分
2 n
平方
X(t) 输入
累加 平均
数字 滤波
sinωt Cosωt
d(t )
0
x
2
∑
2 n
幅度 变换
输出A
X(t)=S(t)+N(t) S(t)=Asin(ωt+φ) N(t)-加性高斯白噪声 Asin(ωt+φ)
d(t )
0
x
2
积分
平方
研究历程—大电流发射装置设计调试
研究历程—前放电路设计调试
研究历程—数据采集电路仿真与实现
（1）利用评估板进行 软硬件仿真调试 （2）设计完成目标硬 件电路
目 录
国内外技术现状 过套管测井原理 技术方案 研究历程 技术成果 实验结果 下一步的研究方向
技术方案—总体方案
24位A/D 大电流 发射装置 套管 24位A/D 数字信 号处理
低噪声前放
信号采集与处理
技术方案—大电流发射装置
大功率压控电流源
高精度 正弦信号源
Vi
RL
V Q Io
V
J F
过套管测井原理—套管电阻模式
套管电阻模式
~ 电路
B A
C D E J F
V
V1’ V2’
测量电极C和D以及D和E间电 阻。在这种测量模式下，从A极注 入电流In ，回路电极在F极。此时 极间泄露到地层的电流可以被忽略， ， 这时测量C和D间的电压 V1’和V2’， 计算出极间套管的电阻分别为 ：
漏电流IL,mA VR/△I 电阻率实测值
测量的相对误差% 拟合方程
634 35.24 11.5
0.20
630.5 36.34 11.9
2.38
649 43.36 14.5
-2.65
598 65.27 22.7
0.43
Y=K(VR/△I)+b,K=0.3758,b=-1.7875
实验结果—成果
取得的成果
测量次数
△I(mA)
40
50
60
△I的标准偏差：σ△I =0.47mA , △I的测量不确定度：±1.41mA
实验结果—漏电流线性测试
激励电流与漏电流线性测试
200.00
实测曲线
y = 53.415x + 9.3808
线性拟合线
150.00
漏电流△I(mA)
100.00
Fra Baidu bibliotek
50.00
0.00 1.00
Im a KQ In V V 1 2 V1 V2
1
F
过套管测井原理—信号的水平
噪声电平 侧向测井仪器
感应测井仪器
过套管电测井 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3
millivolt
10-2
nanovolt
microvolt
2.00 激励电流I 0 (A)
3.00
实验结果—漏电流线性测试数据
激励电流 I0（峰值，A） 3.12 2.60 2.08 1.48 漏电流 △I（mA） 173.17 150.67 122.39 90.53 线性拟合值 非线性误差 (mA) (%) 176.30 148.35 120.41 88.69 -1.78 1.56 1.65 2.08
a

a dV a dI dV dI = V a I a V I
1 V1' V2 1 ' V2 V1 dV1 dV1' 1 ' ' V V1 1 1 V2 V1 V1' V2 dV2 dV2' dI n V V' I n 2 2
过套管测井原理—信号的水平
R1、R2 ΔI ΔV
-10 -9 -8 -7
V1、V2
-6
过套管测井 信号量级
10 10 10-5 10-4 10-3 10-2 10 10 10
过套管测井原理—直接测量对象
频率已知正弦信号， 信号频率范围1~10Hz， 信号幅度：μV级 信号中叠加了加性噪声干扰 幅度检测精度要求高，分辨率达到nV级
G
电路
B A C D E J F
G
电路
B
A C D E J F
V
V1 V2
V
V1 V2
V0
J F
过套管测井原理—参考电压模式
参考电压模式
~
G
电路
B A
C D E
电流从电极A注入电流I 0 ,从 地面的回路电极B返回 ,这时测量 J相对应参考电极G的电位 V ,这 时测量部分套管和地层的总电阻 为
缩短了开发周期，节约 了人力物力成本
研究历程—室内模拟实验
研究历程—利用模拟装置进行实验
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国内外技术现状 过套管测井原理 技术方案 研究历程 技术成果 实验结果 下一步的研究方向
技术成果—完成的硬件
大电流发射装置 微弱信号采集处理电路
技术成果—信号采集处理软件
完成了过套管电阻率测井大电流发射装置及微
弱信号检测软硬件系统 微弱正弦电压检测分辨率小于20nV 完成了模拟实验装置检测实验，视电阻率测量 非线性误差小于±3%（10Ω·m~25Ω·m），验 证了过套管电阻率测井的可行性
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国内外技术现状 过套管测井原理 技术方案 研究历程 技术成果 实验结果 下一步的研究方向
V1的标准偏差：σV1=4.07nV V1的测量不确定度：±12.21nV V2的标准偏差：σV2=5.94nV V2的测量不确定度：±17.82nV
实验结果—漏电流测量不确定度
漏电流测量不确定度
△I
0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0 0 10 20 30
Z1
Z2

Z1
V Z
U
Z2 Z1
I1
R
V0
泄漏电流IL
注入总电流
A
被测地层
过套管测井原理—原理
如果在长度为△Z的套管上漏入地层的 电流为△I，则地层的视电阻率可用下式计 算
V0 a k z I
过套管测井原理—三种测量模式
参考电压模式
~
套管电阻模式
~
泄漏电流模式
~
G
电路
B A
C D E
65.0000 64.5000 64.0000 63.5000 0 10 20 30 40 50 测量次数 60 70 80 90 100
实验结果—直接测量信号的不确定度
微弱电压信号的测量不确定度
V1 V2
25.0 20.0 15.0 10.0
V1、V2(nV)
5.0 0.0 -5.0 -10.0 -15.0 -20.0 -25.0 0 10 20 30 测量次数 40 50 60
视电阻率测量线性测试
24.0 22.0 视电阻率实测值 视电阻率标准值
实测值(Ω ·m)
20.0 18.0 16.0 14.0 12.0 10.0 10 12 14 16 18 20 标准值(Ω ·m) 22 24
实验结果—视电阻率测量线性测试数据
介质电阻率Ra,（Ω· m） 参考电位VR,V 11.43 22.34 11.59 22.91 14.90 28.14 22.64 39.03
i
R
Vi i R
技术方案—低噪声前置放大器
低噪声前置 放大电路
二阶压控滤波电路 （低通、高通）
中间级 放大电路
信号的隔离与输出
技术方案—信号采集与处理
Vref A1P Ch1P Ch1N Ch2P Ch2N GND OPA1632 A2N SCLK A2P Vref ADS1271 OPA1632 A1N ADS1271 DOUT DRDY/ SCLK DIN DR0 RFS0 SCLK0 ADSP2189 DT1 DR1 RS232 收发器 DT DR 1 2 3 4 5 6 7 8 9
研究历程—测量参数的选取
激励信号：正弦交流信号 信号频率：1~10Hz 功率管选择 低噪声前放选择 前放电路参数选择（增益、通频带、传递 函数）
研究历程—测量误差分析
V a K I
d a
V1 V2 I R1 R2
R1
V1 In

V2 R2 In
国内外技术现状－国内
1996年江汉石油学院中石油集团公司（CNPC） 青年基金项目立项，从事方法研究。 1996年西安石油大学发表了关于采用纯电阻网格 法模拟过套管电阻率测井方法的文章，并完成对 相关资料的调研工作。 1997年北京石油大学和江苏油田进行了简易物理 模型试验，在测井技术上发表文章。 1998年原江汉测井研究所开展了部分调研工作， 利用套管井测井传输线模型，考察了测井响应。 2005年CNPC储备基础项目开始立项研究。
1.03
61.50
64.52
-4.68
实验结果—仪器常数K测试
仪器常数K测试
实测计算值 24 线性拟合 y = 0.3758x - 1.7875
电阻率（Ω ·m）
22 20 18 16 14 12 10 30.00 40.00 50.00 V/△I（Ω ） 60.00 70.00
实验结果—视电阻率测量线性测试
DOUT
RS232
斩波器
24位△-Σ A/D转换
DSP
计算机
目 录
国内外技术现状 过套管测井原理 技术方案 研究历程 技术成果 实验结果 下一步的研究方向
研究历程—影响测量的因素分析
激励信号类型 激励信号频率 趋肤深度 激励电流源功率 信号水平 噪声水平