第三章阵列感应测井仪器

1、第三章阵列感应测井仪一节阵列感应测井测量原理=-阵列感应测井仪是在普通感应测井仪的基础上 发展起来的具有径向探测能力的一款交流电测 井仪器，它釆用一系列不同线圈距的线圈系对 同一地层进行测量，然后通过硬件或软件聚焦 处理获得不同径向探测深度的地层电导率，从 而更有效地识别油气层。阵列感应测井仪器目前代表性的有斯仑贝谢的 ait、阿特拉斯的hdil和哈里伯顿的hral本 章以阿特拉斯的hdil为例来介绍阵列感应测井 仪器。ait独立的8对接收线圈共用一 个发射线圈。三种工作频率：26.325khz. 52.65khz、105.3khz测量28个原始实分量和虚 厶畠隹号个对诛首号發不同話权值进行

2、软律聚焦。 得到三种纵向分辨率(1ft. 2ft、4ft)，六条不同探测 深度的电阻率曲线ait-h球88transmitter旱叡摊寸radius （们）rflw 20jw 3qm eoflm 8类寸10 in 20 in min 60 in min(10in、20in、30in 60in、 90in、120in)ohdil-主接收线圈间距从6in.至94in.，按对数等间隔 布置7个阵列。所有子阵列同时接收包含八个 频率率0、30、50、70、90、110、130和 150khz）的时间序列波形，波形数字化后送到 地面，地面用傅立叶变换将波形分解为实部和 虚部信号，总共得到7*8*2=11

3、2个信号。该仪 器可以为用户提供6种探测深度（10、20、30、 60、90和120in.）曲线和3组分辨率（1、2和4ft） 曲线以及传统双感应测井的合成曲线。图31 hdil阵列感应线圈排列 2线圈系特性hdil线圈系结构如下图所示，其上各线圈的具体参数列 于下表。t bl r1 b2 r2 b3 r3 b4 r4 b5 r5 b6 r6 b7 r7号1234567接收线11匝数1221335182128200源距/m0. 1520.2540. 3990. 6220.9781. 5242. 388去直耦匝数-6-10-15-21-31-47-70线圈源距/m0. 1210. 1980. 3

4、070. 4630. 7071.0911. 683表3-11 hdil线圈系参及10/2ztnche/z/z/-丄/ /11/ /匕/0204060so1001201401601802000. 80. 70. 40. 30. 2半径(inch)0. 6om 0. 5线圈系的径向探测特性如上图所示，不同的三线圈组合具有不同的径向探测深度array 6hdil解释处理流程图in.in.、七个阵列径向探测 深度合成adaptive borehole :orrectior曲线校正八个频率trueresolutionfocusina表0 inlin.20 in.10 in.vertical resolu

5、tion纵向分辨率匹配1 ft2 ft4 ftarray 0阵列感应测井资料的应用真电阻率与侵入半径反演rxoli-原状地层电阻率纵向分辨率.探测深度.真电阻率及侵入半径反演 .侵述直观觀華径向电阻率变化径向侵入及径向饱和度-滤液侵入体积分析侧向m圈质性rk =w 饥）“ .1 .j 4ll4l m3 .r*e* iii ”卜r wm i,ii lit测井资料的电阻率成像(左) 饱和度成像(右)对比. . 11% -，为说lt皿11 ve e g， 3.wia4seal piwvim11皿v：9 hvin.丄91 mlva. jipitv j网n 11：3 wtime.t寸r、3.软件聚焦合成

6、原理阵列感应测井仪器的不同探测深度是采用若干不同线圈距的线圈系通过软件聚焦的技术实现 的。在软件聚焦中，通过几个简单线圈系测量 信号，然后将得到的信号通过软件组合以达到聚焦的目的。聚焦的过程实际上是把事先设计兰好的滤波器应用到原始信号上为结果获得一个 更加理想的二维几何因子。合成原理：在一定的电导率范围内，感应测井仪的第n组线圈系测 量值相当于地层各部分电导率的加权平均(3 - 1)b： = j g何,z z) b(r，z)drdz式中，权函数g（厶z-z）为第n组线圈系在给定频率 下信号的响应。阵列感应测井给出的合成曲线相当于所有阵列线圈系原 始信号(经过井眼影响校正后)的加权和：n znm

7、x叫z）（3-2）式中，b魄为阵列感应测井曲线；矿为第n组线圈系测量的 电导率；n为测量线圈系的总数；con(z)为每组线圈系的加权值。-经过处理后得岀的阵列感应测井曲线不同于任何一组线圈系的 响应函数。实际上，它相当于阵列感应测井每组线圈系响应函 数的加权和（相应工作频率下所有线圈系组的信号）。阵列感应测-井曲线与地层电导率的关系用下式表示：（z） = jglog（r,z z） b（尸，z）drdz （3.3） 其中n?iog = x 口（z）g（厶z-z）（3-4）=1 zfm式中，恥g为阵列感应测井的综合响应函数，g，z-z）也可称为 几何因子，它是每组线圈系数函数的加权平均值。.确定权

8、系数气侦）是阵列感应测井的关键和主要任务，考虑到合 成曲线的径向和纵向分辨率匹配的综合要求，下面给岀二维条 件下，求解权系数吃s）的整体过程。(z)幻(e z)t -min 根据式(34),给定目标函数表达式n 7 - j|gx，(e) = 2l (z)g(r，z-z) (3 - 5)=1 z，fin式(3-5)对r积分得到n inaxb(z) = (z)gv (z z)(3 6)=1 zfin式(3-5)对z积分可得到nmaxn)=、g)(3 -7)tz-min在确定加权系数的过程中，有两个约束条件： 一个是所有的权系数之和为1,即归一化条件? nax=1 zf n-另一个约束条件是响应的探

9、测深度等于某一预 先设定值，如满足通常探测深度定义的条件是nj2成)財)=。5”=1fin(3 -9)。成(小是指半径为,。的径向积分几何因子。-目标函数wz)可以为一矩形窗口函数或高斯函 数。联立方程(36)方程(3-9),得到一线性代数 方程组。考虑到未知量(加权系数)个数与方程 的个数通常是不相同的，可以用无约束的最小 二乘法完成加权系数勺求解；得到s(n) 后，利用式(3-4)经过简单的计算可以得到合 成的测井曲线。通过合成处整理后，合成的曲 线有六种探测深度。第二节 阵列感应测井仪hdil仪器电路工作原理hdil阵列感应测井仪器组成如图33所示， 主要由dsp (c30)主控电路、控

10、制发射电路、发射驱动电路、接收信号预处理电路、 信号采集电路、接口电路以及发射线圈阵列 和接收线圈阵列组成。仪器首先向地层发送 电磁场，然后由各组阵列线圈接收。接收到 信号经井下仪器处理后遥传至地面计算机。c30接.传路，主 控 电 路）控制发射电路，发射驱动电路“1信号采集电路”n信号处理电路，发 射 线 圈 專 列，图3-3 hdil阵列感应测井仪器组成框图接 收 线 圈列，1、仅-器头铲帽2、匸t3適传矩节3、抹正器4-.仪器电亍原短节5、dsf数据釆果短节ti、的宣缺六界7、扶正部s .钱匿i辛。、圧力平衡短节i c .左身寸电略短节经由地层传来的r-信号由多组线圈接收。每组线圈，包括

11、 发送线圈，都是测量部分的子阵列，发射线圈是所有子阵 列的基础。仪器共有7个子阵列。都具有靠近发射线圈的接 收线圈。每组接收线圈都由两个线圈组成，一个线圈是辅 助线圈停近发射线圈），另一个线圈是主接收线圈，图34 给出了莓个子阵列的工作方式。发射地层mrt图34子阵列的工作方式发射线圈产生电磁场，经与地层传播形成r信号，另外由发射线直接耦合形成x-信号，x-信号是无用信号，设置辅助线圈的主要日的就是用来消除x信号。每个子阵列都包含有一个独立的预处理通道，如图35所 示，每个预处理通道由输入放大器、带通滤波器、输出驱 动器三部分组成。nmmet预处理模数转换堆垛处理图3-5子阵列处理框图每个子阵

12、列的信号经预处理通道处理后 经屏蔽双绞线传送到其上部的ea短节， 然后由ea短节中的七个dsp采集模块对 每个子阵列的信号进行采集和处理，这 个处理过程形象的称之为“栈式存储”， 从而得到对应每个子阵列的七个特性信 息，每个特性信息占用96个缓冲区，每 个缓冲区字长为32位。“栈式存储”的工作流程栈丿弋存储倍打的波形12396发射单元循环产生发射信号，接收信号中既包含有特别关注的地层信息， 也包含着噪声，由于噪声信号是随机的，我们可以将每次得到的接收信号 予以累加（图3-6中1+2+3+.+n表示采集到的接收信号序列），从而提高信 噪比，突出有用信息，累加次数越多，有用信息越“清晰”。由于受到

13、测 井速度和存储器容量的限制，因此通常采用存储累加信号的存储方式。发 射信号的循环周期是96|js,在每个发射信号的循环周期内釆集模块对接收 信号釆样96次，即采集模块的采样频率为1 mhzo将每个循环周期内的96次采样信号予以对应累加以提高信噪比。ow詞在主控制板，使用dsp芯片来完成所有信号的串行采 集。dsp芯片有很强的数据运算能力和很高的处理速 度，指令周期仅为60 ns,每秒执行3300万次浮点运算, 具有单周期双数据读取能力，保证了高速数据处理， 因此能更有效的完成实时的数据采集及运算处理。主控制板的功能有：(1) 与地面计算机通信(包括对控制命令的解码、发送和 接收数据)。(2)

14、 采集信号并处理。(3) 与发射电路通信。二、主要电路分析 1.发送控制电路 2.预处理电路 3.发射驱动电路 4.通信接口电路 5.信号采集电路. 6. c30主控制电路线接收控制命羽去触发ea短节中的dsp启动adcu8；：线发射驱动整l达林放大温度传感器其它控制及反馈模数转换给主控板信号图37发送控制电路=2 .预处理电路预处理电路板的输入信号可以有三种类型：(1) 子阵列接收线圈的信号；(2) cal信号，它是由发送短节产生的，经衰减 后连接到预处理电路的参考信号；(3) zero”信号，此时预处理电路的输入信号就 是仪器的外壳，即参考地。3jk2.讹lnop 朋 pl iis3倒後e

15、cpf470停*wfa 枷12li：3s 2.57x预处理电路中的道黯普籍體點雅讒讒無其體瞥讎略中 ch6oi就聽理髒皺駐簿电孫靜鵜皺鬣競不同的，距离发射线圈较远的子阵列通道的放大增益也较大。为提高信号传输过程中的抗干扰能力，前端调理电路的第三个 环节是使用高速差分输出放大器ssm2142(u6)作为输出驱动器。 这样输出驱动器将单端信号转换成差分信号，便于双绞线传输, 提高抗干扰能力，有效抵消共模噪声、抑制em,同时增加信号 的驱劫能力。3jklnop 朋 pl iis3.实kecpfl470停*wfa 枷12 -ml 02li：3s 2.57x预处理电路中的道若是带通滤波器，则问题：（1）

16、 10khz150khz,何 个频率各一通道？由低通和高通组成的带通（从电路 结构上看不像）？-是低通滤波器（四阶贝塞尔滤波器，截止频率为 200khz）,有不足：低频干扰没有得到抑制，如何改 进？3.发射驱动电路发射信号为脉冲信号|对管驱动开关r25 10k05vt-q2 j i repd3|mufly5d7mur mo/out u2 vinl*ur140:b gnd comp l5i c11c16c33w82ufc7.c9r lishic1432ufc4b2uf12100uiz im74?riowv.20r9*lin-c582039ufmnijr415=r 039uf亠d215 nur41

17、5e55wjai40?3二82ufpb gmd (w lsvout u2 vin td1071mt061w100rt82ufr11humq :津*15vc12 55v电源电路wdce_f, ：ztkt缓冲器t w4.通信接口电路7)啊叮d0 ?)p43?j)包2；z)star1岫swpclm 评ifs okxie16h12-vw,a1!a2v3，w/u8u3i*a42v：2a1m2a2to2a3zy42a410vss2g0s74fct2244ats0j1710：9dtq clkr1 fsr120!3 w% 77=! li 巧， j jsupoksv. t:08iif从发射控制板来asyctxd

18、gnd16收发器，rx2oto 7、_归”i.22krg u9kxn:、wjj.hiiain vccia2iy3ia3ihm2v12a12y22a22y3u32*42a418-svtoiwtvccstgmo題tolu2rsivocntftu6inaoutaiiw-inb*outbim8-outcimc4ouwinc-ehableiho*wleds26ls3；j rd-12m t7u67iqu6i09u6?asycw jsxplk_i3530b，9urst2 (，于踞、jw：理旺.7吋resei wwi 岫a5d*t_25eoc 26rseialeeapcckpi 0h2p0 cpi l12expt 2 pxfmpo 1 ph ?pl 3/txd1rv. xpo 3pi 4rtm?2pn xpi 5.7wt3p0 5pi 6/tih4po 6p1.7 tmt5m 7p2.0*2 *tdgndstart，5v2?亓sg-615p-u mm)pl ipl 2p2 3w 4pl 5pl 6p2.7x1al1xtal231w87c520m.o.wo p3 1 txm p3 2 wop3 3/tmt1p3 4 to二3611 辽 苻 7?startin 5.4ip3 6/wrp3 7 rou117itu71tr1trqiresei101rxtttcx1