测井仪器基础知识

井温测井原理
井温测井是一种辅助测井方法,与其它测井方法综合应用可以判断井筒中 温度变化的位置和原因，并能对井筒中流体的各种参数进行物性分析。 井温测井仪多采用电阻、热电偶、PN结或石英晶体传感器，它们的精度、 灵敏度和时间常数等特性有所不同。注入剖面测井仪的温度传感器一般 用温度系数较大的铂电阻，多采用桥式电路。
在注入剖面中压力测井还可以进行测井质量控制。
磁性定位测量原理
由两个永久磁钢和一个线圈构成仪器的主体及仪器外壳组成。两个磁钢 以同极性相对地方式排列在线圈的两端，并因是在非导磁的（铜或其他 金属）的外壳中，两块磁钢产生一个恒定磁场。
当仪器沿井身移动时，由于仪器周围介质的磁阻 （套管或油管配产、配注管柱壁厚改变）发生变化， 使通过线圈的磁力线重新分布，磁通密度发生变化， 于是使线圈中产生感应电动势。
管内流动截面积的变化，将影响流量测量的精度。
轴承的磨损及每次测井后的维修可能会较大程度地改变
流量计的仪器常数，要定期进行标定。
流量测量——电磁流量计
探头的结构： 采用安装在绝缘管道的点状的四 发射磁极和四接收电极，均匀的 分布于仪器的外侧，在内部安置 了一组线圈，线圈产生的磁场与 井轴垂直。
b
S a'
压力测量原理
压力测量的影响因素
应变压力计的读数主要受温度影响和滞后影响。 温度影响主要是由于作为应变电阻片的镍铬合金丝的电阻率随温度 变化而变化。尽管压力计同一骨架绕有相同的参考线圈和应变线圈 进行温度补偿，但由于温度突然改变后需要一定时间才能达到热平 衡，两个线圈之间会存在温差而导致压力读数的偏差。因为线圈升 温比降温过程容易得多，故应变压力计下放测量比上提测量稳定得 更快。 滞后影响取决于施压方式。压力增加过程中，应变压力计的读数 将有过低的趋势；反之，压力降低过程中，读数有过高的趋势。对 绝大多数应变压力计，滞后影响的最大误差在（±0.069MPa）范围 内。如果压力测井过程中下放测量，滞后影响比上提测量要小。
度v运动时，切割磁力线而产生电场E,关系为: E v B
则在线性长度为L的a和b两点之间产生感应电动势
b
b
ab
EdL
a
( B)dL
a
两接收电极之间的距离L为已知常数,
B为已知的磁场强度。故感应电动势
是ν的函数, 随ν的变化而变化。而
ห้องสมุดไป่ตู้
瞬间流量Q等于流速ν与导管截面积S
(常数)的乘积,因此有: Q K ab
流量测量——涡轮流量计
以霍尔元器件作为传感器的涡轮流量计 霍尔效应在1879年被物理学家霍尔发现，它定 义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传 统的电磁感应完全不同。当电流通过一个位于磁 场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生 一个垂直于电子运动方向上的的作用力（洛伦兹 力），从而在垂直于导体与磁感线的两个方向上 产生电势差。 虽然这个效应多年前就已经被人 们知道并理解，但基于霍尔效应的传感器在材料 工艺获得重大进展前并不实用，直到出现了高强 度的恒定磁体和工作于小电压输出的信号调节电 路。
电阻温度计多采用铂电阻R1作灵敏臂，采用康 铜电阻R2、R3、R4作固定臂（这是因为铂的温 度系数大，对温度变化敏感，而康铜温度系数
小，对温度不敏感），构成图所示的测温电桥。
当温度恒定时，R1=R2=R3=R4，当温度变化时， 固定臂电阻基本不变，而灵敏臂电阻R1将由于 其铂金属材料电阻率的变化而变化，结果电桥
无可动部件，它不受注入液粘度和密度的影响，不影响注
入状态和注入方式，并且可靠耐用、准确性好，对测试环 境无放射性污染，测井实效高，测井成功率大于90%。
不管流体的性质如何，只要其具有微弱的导电性（电导率
大于8×10-5s/m）即可进行测量。
测井时，仪器在井内必须使用扶正器居中。
流量测量——超声流量计
适用于在注清水、聚合物溶液、三元（碱-表面活性剂-聚
合物）复合溶液的条件下的条件下注入介质为单相导电流 体的笼统注入井的注入剖面测量，均能获得准确的注入剖 面测井结果。对笼统注入的上返井不适用。
可以定点测量也可以连续测量，结果给出各注入层段的绝
对注入量和相对注入量。点测流量精度较高，连续测量曲 线可辅助参考。
i
d dt
感应电动势等于磁通量的时间变化率的负值，它的大小与介质磁阻的变 化、测速、磁场的磁感应强度及线圈尺寸有关。
磁性定位测量原理
• 仪器静止时，磁力线分布
稳定，当仪器沿管柱从(a) 到(b)时，如遇接箍、封 隔器等金属变径物体处， 磁力线的分布将发生变化， 通过线圈的磁通量也随之 发生变化，并在线圈中产 生变化的感生电势，成为 仪器的测量信号。
N
N'
a
b'
S'
a-a' b-b' 接收电极 N-N' s-s' 发射电极
在流动实验装置上，配制不同浓 度的聚合物溶液对电磁流量测井 仪进行了标定的结果上看：仪器 的线性很好。
流量测量——电磁流量计
根据电磁感应原理，导体切割磁力线时在导体中产生感生电 动势。电磁流量利用这一原理实现对水和聚合物水溶液等导 电流体流量的测量。 根据电磁感应原理，当导电流体在磁场强度为B的磁场中以速
测井井下仪器基础知识研讨
测试分公司第二大队仪修队 廉建冬
前言
生产测井是指在套管井中完成的各类测井， 包括注采井动态监测、工程测井及储层评 价测井。目的是监测注采动态、井眼的几 何特性及储层的剩余油饱和度等，为油田 科学开发提供动态的理论依据。
目录
• 第二大队仪器基本情况 • 井下参数测量原理 • 产出剖面仪器介绍 • 注入剖面仪器介绍 • 工程测井仪器介绍
• 双频矩形波励磁技术 为了解决智能电磁流量计三值低频矩形波励磁不能同时消除低频
尖峰噪声、液体流动噪声和零点稳定的矛盾，1988年日本横河电机株式会社提出双频 励磁技术来解决含有颗粒的液体(泥浆、纸浆、矿浆等)的测量。不过由于其转换器复杂、 成本增加、功耗大，所以并没有得到广泛应用。
流量测量——电磁流量计
继承了直流励磁不产生涡流效应、正交干扰和同相干扰的优点，而且具有工频正弦波 励磁基本不产生极化效应，便于放大信号处理的优点，同时避免了直流放大器零点漂 移、噪声、稳定性等问题，得到了广泛的应用。
• 三值低频矩形波励磁 它采用工频频率的八分之一为周期，励磁电流按正一零一负一零
一正变化，波形如图。它的最大特点是零点自校准，具有更好的零点稳定性。不过由 于励磁电流积分干扰的影响，该技术在测量含有颗粒的液体(比如泥浆、纸浆、矿浆等) 时表现不足。
石英晶体压力计是目前精度和分辨率最高的井下压力计，它利用石英
晶体的压电效应来检测井下压力及其变化。石英是一种压电晶体，在 外力作用下，其内部正负电荷中心将发生相对位移，产生极化现象， 晶体表面将呈现出与被测压力成正比的束缚电荷，且晶体表面产生的 电荷密度与作用在晶体上的压力成正比，而与晶体的尺寸（厚度、面 积）无关；压力卸出，晶体表面的电荷将自然消失。
这些特性，产生了以下问题：感应电动势在两电极表面形成固定正负极，持续作用与 被测液体，使其电解，在电极表面产生极化现象，这样会使流量信号的感应电动势变 小，信号源内阻变大；同时，直流励磁在电极间所产生的不均衡的电化学干扰电势叠 加在流量信号中，影响测量精度，而且随着时间、被测液体特性以及流体流动状态等 变化而变化；再次，直流励磁存在着零点漂移等问题很难解决。它的上述这些问题决 定了直流励磁目前主要应用在液态金属测量。
的平衡条件被破坏。
电阻温度计的线路图
井温测井原理
温度测井的理论方程为： 式中)：K—仪器常数；
T
T0
K
U I
T0—平衡点温度。
保持电流I 恒定，测出M、N 间的电位差，就可得到变化后
的温度。
井温测井结果常以梯度井温和梯度微差井温的方式 显示。普通井温仪测量井下各深度点流体的温度值， 测量曲线反映了井内温度的变化情况。微差井温曲 线反应井轴上一定距离之间的两点的温度差别情况， 并以较大的比例进行记录，测量结果更能体现井内 局部温度梯度变化情况。
实际影响井温的因素很多，仅用井温资料解释注入 剖面不十分可靠。
温度测井仪的结构
井温测井原理
用流动井温曲线和关井井温曲线估计注入剖面
通常，注入液的温度低于 原始地层温度。在注入井 中，井筒温度与注入液大 致相等，而在所有吸液层 的下部，存在静水柱，温 度与原始地层温度相同。 关井后，对应未吸液层位 的井段迅速升温，而吸液 层处由于大量低温液体进 入地层，井筒温度上升较 慢。关井井温曲线在吸液 层位显示负异常。
井下仪器测量的参数
• 产出剖面：流量、含水率（持水率）、温度、压
力
• 注入剖面：流量、温度、压力 • 深度系统：磁性定位
主要测量方法
• 流量：涡轮流量计、电磁流量计、超声流量计、
同位素标记法
• 温度：铂电阻传感器 • 压力：膜式传感器 • 含水率：阻抗式、电容式、同轴线、阵列探针 • 磁定位：磁性定位器
压力测量原理
压力测井是用电缆将压力计下入井内测取井眼内流体的流动压力、静
止压力以及地层内流体压力及其变化的测井方法。
生产测井常用压力计有应变压力计和石英晶体压力计 应变压力计利用应变电阻片的应变效应测量井下压力及其变化。应变
电阻片受到外力作用，产生机械变形时，其电阻将发生变化，且电阻 变化的大小取决于所受作用力的大小。
超声波在流体中传播时，会受流体特性和流速的影响，特别是流体
流动时的速度，会使超声波的波至即到时发生改变，从而使波列的 相位产生变化，利用这样原理就可检测流体的流速 。
两个超声波换能器相对而放，每个换能器既做发射探头，又作接收
探头，通过电子线路控制，两个换能器同时发射声波脉冲，并且在 发射停歇期接受经过流体传播后的声波脉冲，2束声波脉冲在流体 中传播的距离相等，但是由于1束声波脉冲顺流，1束声波脉冲逆流 传播，受流体流动的影响，到达接收探头时，两束声波在相位上存 在差异。
式中,K为仪器常数。因此,只要通过
电路测得 ,即可得到相应的流量。
流量测量——电磁流量计
电磁流量计测量原理
ξ=B×V×L
感生电动势=磁场强度×导体的速度×长度
感应电动势 测量电路
压频转换
电缆驱动
测
量
探
电缆
头
励磁电路
电源电路
电磁流量计测量原理图
流量测量——电磁流量计
• 直流励磁 直流励磁使用永磁体或给励磁线圈施加直流电来产生固定的磁场。因为它的
流量测量——涡轮流量计
涡轮流量计的特点：
测量精度高，测量范围宽，线性好，灵敏度高。 涡轮的转动受流速、流体粘度和流体密度的影响大。当
流速一定，流体粘度增大，涡轮转速减小；流速一 定，流体密度增大，涡轮转速增大。
井内异物及注入或产出的砂粒可能卡死涡轮。 由于腐蚀导致井壁不光滑以及井下工具位置等因素导致
• 工频正弦波励磁 利用工频50Hz正弦波电源给励磁线圈供电。工频正弦波基本可以消
除电极的极化现象，降低电极电化学现象和传感器内阻； 另外，得到的流量信号也是 工频正弦波信号，便于信号处理。然而，它也存在很多缺点：首先是工频干扰问题， 同时存在电源电压幅值和频率波动干扰。
• 低频矩形波励磁 低频矩形波同时具有直流励磁和工频正弦波励磁的特点，该技术不但
磁性定位应用: 检查套管、油管各种管柱接箍、工具配件的位置。
流量测量——涡轮流量计
测量时用扶正器使仪器位于井轴中央，当流体流过涡轮叶片时， 流体流量作用在涡轮的叶片上，驱使涡轮转动。在井眼内径、测 速和流体粘度一定的条件下，在单相流体中，涡轮的转数与流体 的流速呈线性关系。流量与管截面积、流速的关系为Q=S·V ， 其中Q为流量，S为管截面积，V为流体流速。 涡轮产量计由一个涡轮、随涡轮转动的永久磁钢和 感应线圈组成。当液体流过涡轮时，涡轮转动，磁 钢也随着转动，磁钢每转一周，感应线圈就输出一 个电讯号，经过电缆传输，在地面通过放大、整形、 放大，送入频率计记录。 涡轮流量计同时受到动力矩（流体对叶片的推动力 矩）和阻力矩（涡轮和轴承之间、流体和叶片之间 摩擦力矩和磁电转换器的电磁阻力矩）的作用，导 致涡轮流量计存在流量测量下限。
第二大队仪器基本情况
• 注入剖面
同位素五参数组合测井仪；连续示踪相关流量测井仪；脉 冲中子氧活化测井仪；双示踪测井仪；电磁流量计（集流、 外流）
• 产出剖面
阻抗式环空找水仪；同轴线相位找水仪；阵列探针产出剖 面找水仪；温度压力测井仪
• 工程测井
多臂井径测井仪；射孔质量检测仪；井温噪声测井仪； SBT八扇区水泥胶结测井仪；电磁探伤测井仪