第一章-电流聚焦测井仪器解析课件

第一章第一章 电流聚焦测井仪器电流聚焦测井仪器1.1 1.1 测量原理及工作方式测量原理及工作方式1.2 1.2 12291229双侧向测井仪双侧向测井仪1.3 1.3 DLT-EDLT-E双侧向测井仪双侧向测井仪1.4 1.4 习题习题1第一章 电流聚焦测井仪器1.1 测量原理及工作方式11岩石样品电阻率的测量原理1.1.1 地层电阻率的测量原理地层电阻率的测量原理2岩石样品电阻率的测量原理1.1.1 地层电阻率的测量原理22地层电阻率测量方法：地层电阻率测量方法：根据地层特点和测量环境，设计探测电磁场 向井内供给电流，激发人工电磁场 测量井下电磁场的分布，求出地层电阻率普通电阻率测量方法：普通电阻率测量方法：采用稳定电流（有源无旋场）欧姆定律：基尔霍夫定律：div j=0 E=R j均匀介质中的电阻率测井3地层电阻率测量方法：E=R j均匀介质中的电阻率测井33ANM测量电场中任一点的电位，得到该点处介质的电阻率4ANM测量电场中任一点的电位，得到该点处介质的电阻率44电位电极系：电位电极系：电位电极系数电位电极系数5电位电极系：电位电极系数55梯度电极系数梯度电极系数梯度电极系：梯度电极系：6梯度电极系数梯度电极系：66电阻率曲线获得：从井底到井口测量一条 曲线，经变化后得到地层的井剖面电阻率。电极系数测量电流7电阻率曲线获得：从井底到井口测量一条 7根据点电极的电位计算公式，则测量电极的电位是 盐水泥浆和膏盐剖面中由于受泥浆分流的严重影响，普通电阻率测井无法定量测量，因此开发出了电流聚焦测井。采用电屏蔽方法，使主电流聚焦后水平流入地层，减小了井眼和围岩影响。电流聚焦测井的主电流线沿井轴径向成饼状流入地层，也称侧向测井。侧向测井仪器是一个大家族，按构成电极系的电极数目划分，有三侧向三侧向，七侧七侧向向、八侧向和九侧向（即双侧向双侧向），按探测深度划分有深、浅之分。双侧向的仪器性能。探测深度、分层能力、测量动态范围都优于三、七侧向，微球形聚焦的探测特性也比微侧向和邻近侧向好。目前，理想的侧向测井组合是双侧向加微球形聚焦，这种深、中、浅组合可以较准确地确定地层电阻率、冲洗带电阻率和侵入带直径，这些是计算地层含油饱和度、判断地层含油性的重要参数。侧向电阻率测井原理8根据点电极的电位计算公式，则测量电极的电位是 盐水泥浆和膏盐81.1.2 侧向测井仪器测量原理侧向测井仪器测量原理侧向测井与普通电阻率测井的主要区别是测量电流（主电流）是被聚焦以流入地层。电极系的主电极A0位于电极系中心，两端有屏蔽电极A1、A2，呈对称排列。三侧向三侧向测井仪结构如下式中 主电极实际长；bA0与A1或A2之间绝缘环厚度；L三侧向电极系长度；L0电极视长度；电极系直径。91.1.2 侧向测井仪器测量原理侧向测井与普通电阻率测井的主9三侧向测井仪电路原理框图三侧向测井仪电路原理框图10三侧向测井仪电路原理框图1010 主电极A0，屏蔽电极A1、A2，两对监督电极M1N1和M2N2；Um1Un1或Um2Un2，使主电流沿水平方向流入地层。四个参数来表示电极系结构和特性：电极系长度L0，电极距L，分布比S，聚焦系数q。七侧向七侧向测井仪结构测井仪结构11 主电极A0，屏蔽电极A1、A2，两对监督电极M1N1和11七侧向测井仪电路原理框图七侧向测井仪电路原理框图12七侧向测井仪电路原理框图1212 斯仑贝谢公司1972年研制成功。（双双侧向 可同时获得深、浅两条电阻率曲线的侧向测井仪）双侧向电极系由9个电极组成，第二屏蔽电极A1、A2有着双重的作用。双侧向中采用了由跟踪屏流来产生主电流，或由跟踪主电流来产生屏流。R0RRmRmcRiRt十Ru双侧向测井仪结构双侧向测井仪结构13 斯仑贝谢公司1972年研制成功。（双侧向 可同时获得131.1.3 侧向测井仪器工作方式侧向测井仪器工作方式恒流式 保持主电流恒定，测量主电极（通常用监督电极M1或M2代替）至远处电极N之间的电位差。地层的电阻率越高测量电压信号越大，相对测量误差越小，适于对高阻地层高阻地层的测量。电路简单，测量动态范围小。恒压式 保持主电极电位恒定，测量主电流。地层的电阻率越低测量电流信号越大，相对测量误差越小，适于对低阻地层低阻地层的测量。电路简单，测量动态范围小。自由式 电流和电压按一定规律浮动，同时测量电流、电压两个量，因此可以得到较宽的测量动态范围宽的测量动态范围。测量、控制电路较复杂。恒功率式或可控功率式 测量过程中使最高和最低电阻率的两个极点保持功率（IU乘积）不变，让测量电压和电流保持在仪器可测量的范围之内（不被限幅）。比自由式仪器有更宽的测量动态范围更宽的测量动态范围。141.1.3 侧向测井仪器工作方式恒流式14141.2 12291.2 1229双侧向测井仪双侧向测井仪1.2.1 1.2.1 仪器工作原理仪器工作原理1.2.2 1.2.2 主要电路分析主要电路分析1.2.3 1.2.3 仪器刻度和校验仪器刻度和校验151.2 1229双侧向测井仪1.2.1 仪器工作原理15151.2.1 1.2.1 仪器工作原理仪器工作原理Atlas公司12291229双侧向测井仪双侧向测井仪的特点是：频分供电式，深、浅侧向供电频率分别为3232Hz和128128Hz 系统激励为屏流主动式屏流主动式 可与自然伽马、声波、微侧向组合测井 采用了数字编码传输数字编码传输1229双侧向测井仪主要由：深侧向屏流源深侧向屏流源（B框部分）浅侧向屏流源浅侧向屏流源（C框部分）平衡放大混合电路平衡放大混合电路（A框部分）深、浅侧向电压检测电路深、浅侧向电压检测电路（D框部分）深、浅侧向电流检测电路深、浅侧向电流检测电路（E框部分）控制信号发生器控制信号发生器（F框部分）直流稳压电源直流稳压电源 等七个部分组成。161.2.1 仪器工作原理Atlas公司1229双侧向测井仪的16Atlas1229双侧双侧向仪向仪器电器电路原路原理框理框图图U1、U2为固定参考电平，用于主控屏流大小17Atlas1229双侧向仪器电路原理框图U1、U2为固定参考17有源BPF斩波式调制放大器功率放大器深侧向屏流源（深侧向屏流源（VCISVCIS）输出信号幅度由U2D控制，频率有FD控制。使电流、电压均适中。使电流、电压均适中。调节过程：调节过程：（仅含深侧向率）深侧向电压18有源BPF斩波式调制放大器功率放大器深侧向屏流源（VCIS）18功率放大器有源BPF斩波式调制放大器浅侧向屏流源（浅侧向屏流源（VCVSVCVS）CUs上升，上升，Is少降些，二者均适中。少降些，二者均适中。调节过程：调节过程：（仅含浅侧向率）浅侧向电压19功率放大器有源BPF斩波式调制放大器浅侧向屏流源（VCVS）19功率放大有源BPF仪器放大器平衡放大混合集成电路（平衡放大混合集成电路（VCVSVCVS）产生主电极电流产生主电极电流I0I0A（包含深浅两频率）20功率放大有源BPF仪器放大器平衡放大混合集成电路（VCVS）20深、浅侧向电压检测电路浅侧向电压检测电路相敏检波滤波浅滤波包含三套相敏检波包含三套相敏检波+滤波电路，一个仪表放大及一个前置放大电路。滤波电路，一个仪表放大及一个前置放大电路。深侧向差动放大浅侧向前置放大去控制屏流输出21深、浅侧向电压检测电路相敏检波滤波浅滤波包含三套相敏检波+滤21深、浅侧向电流检测电路深、浅侧向电流检测电路电流采样22深、浅侧向电流检测电路电流采样22221.2.2 1.2.2 主要电路分析主要电路分析斩波式调制放大器斩波式调制放大器有源带通滤波器有源带通滤波器功率放大器功率放大器平衡放大电路：高输入阻抗差动放大器平衡放大电路：高输入阻抗差动放大器相敏检波器相敏检波器231.2.2 主要电路分析斩波式调制放大器2323斩波式调制放大器斩波式调制放大器当13、14端为高电平，11、12端为低电平时，它的1、3端跟2、4、6、8端接通，而5、7端悬空：当13、14端为低电平，11、12端为高电平时，它的1、3端悬空，而5、7端跟2、4、6、8端接通。24斩波式调制放大器当13、14端为高电平，11、12端为低电平24节点联立方程：简化后：有源带通滤波器有源带通滤波器25节点联立方程：简化后：有源带通滤波器2525恒流输出功率放大器恒压输出功率放大器功率放大器功率放大器26恒流输出功率放大器恒压输出功率放大器功率放大器2626功率放大有源BPF仪器放大器平衡放大混合电路（主电流电路）平衡放大混合电路（主电流电路）27功率放大有源BPF仪器放大器平衡放大混合电路（主电流电路）227全波相敏检波器全波相敏检波器等效电路相敏检波器相敏检波器当3、4端为高电平，5、6端为低电平时，它的14、16端跟9、11、13、15端接通，而10、12端悬空：当3、4端为低电平，5、6端为高电平时，它的14、16端悬空，而10、12端跟9、11、13、15端接通。28全波相敏检波器全波相敏检波器等效电路相敏检波器当3、4端为高281.2.3 1.2.3 仪器刻度和校验仪器刻度和校验内校验，电路与电极系断开，CAL和ZERO两挡校验外校验，仪器位于LOG挡，电路与电极系接通，刻度电阻盒连接电极系，可模拟0.01m和0.1m泥浆电阻率时的1、10、100、1000 m地层电阻率。深屏流输出A0M1M1A1深、浅电压检测公共端内刻度电零点291.2.3 仪器刻度和校验内校验，电路与电极系断开，CAL和291.3.1 1.3.1 仪器工作原理仪器工作原理1.3.2 1.3.2 主要电路分析主要电路分析1.3 DLT-E1.3 DLT-E双侧向测井仪双侧向测井仪301.3.1 仪器工作原理1.3 DLT-E双侧向测井仪30301.3.1 1.3.1 仪器工作原理仪器工作原理频分式（8倍），可控功率（550nW363W），测量动态范围宽增加第一屏蔽电极A1、A2的取样电极A1*、A2*和辅助监控回路，改善深侧向屏蔽效果深屏流由计算机设定，地面接口电路提供311.3.1 仪器工作原理频分式（8倍），可控功率（550nW31DLC-LLS原理框图NDLC-LLD原理框图BDLC-LLS、LLD原理框图原理框图N加长电极32DLC-LLS原理框图NDLC-LLD原理框图BDLC-LL32内刻度电路内刻度电路线路短节线路短节DLC电路原理框图电路原理框图33内刻度电路线路短节DLC电路原理框图3333数字、遥测数字、遥测接口电路接口电路测量电路测量电路主监控回路主监控回路辅助监控回路辅助监控回路相位参考电路相位参考电路280Hz280Hz电流源、指数调制器电流源、指数调制器1.3.2 1.3.2 主要电路分析主要电路分析34数字、遥测接口电路1.3.2 主要电路分析3434 数字接口是一由多路开关和A/D转换器等组成的井下数据采集系统，将双侧向和微球形聚焦组合获得的9个模拟测量数据量化后由电缆通讯控制电路CCC送到地面CSU系统处理数字电路接口框图数字电路接口框图35 数字接口是一由多路开关和A/D转换器等组成的井下数据采集系35 CCS是CSU系统早期的全双工数据遥测接口，速率100（下行20+上行80）kbps。CCS由地面的LCM和井下的CCC两部分组成。CCC接收和译码由地面发来的指令，并将井下测量数据发送至地面。遥测电路接口框图遥测电路接口框图36 CCS是CSU系统早期的全双工数据遥测接口，速率100（下36无变压器PSD有源BPF测量/刻度开关(当前为刻度档位)宽带放大器 DLT-E共有五个测量电路，分别测量深、浅电压，格罗宁根电压U0G和深、浅电流，这些电路结构相同但电路参数不同U U0D0D、U U0S0S测量电路图测量电路图信号37无变压器PSD有源BPF测量/刻度开关宽带放大器 DLT-E37 主监控回路通过取样监督电极M1和M1之间电位差来控制主电流I0D、I0S的大小，实现主电流聚焦进入地层加法器+互补功率放大器输出深、浅高Q值BPF主监控回路电路主监控回路电路信号38 主监控回路通过取样监督电极M1和M1之间电位差来控制主电38 辅助监督回路取样A1*和A1之间的35Hz深屏蔽信号，通过对流过A1电极的深屏流的控制使A1和A1*电极对深屏蔽电位近似相等。深高Q值BPF互补功率放大器辅助监控回路电路辅助监控回路电路39 辅助监督回路取样A1*和A1之间的35Hz深屏蔽信号，通39 相位参考电路将深、浅侧向正弦波电流非线性放大至+12V CMOS逻辑电平后作为PDS电子开关的控制信号双向对数放大器（倍程大）积分放大器（用于消除直流偏移）深、浅整型放大器（比较器）相位参考电路相位参考电路35Hz下井信号差动放大器280Hz信号40 相位参考电路将深、浅侧向正弦波电流非线性放大至+12V C40即：280Hz相移式振荡器指数调制器甲类推挽功率放大器280Hz280Hz电流源、指数调制器电路电流源、指数调制器电路41即：280Hz相移式振荡器指数调制器甲类推挽功率放大器280411.4 1.4 习题习题1、双侧向测井仪有哪四种不同的工作方式？它们各自的优缺点式什么？2、1229双侧向测井仪器的主电流与屏蔽电流是如何平衡的？3、试看图推导一阶低通滤波器的传递函数，并描述其功能。4、试看图分析恒流式三侧向测井仪器的工作原理。5、试看图分析1229双侧向测井仪器中的平衡放大混合电路工作原理。6、试看图分析1229双侧向测井仪器中的电流测量道电路工作原理。7、试看图分析1229双侧向测井仪器中的电压测量道电路工作原理。8、试分析1229仪器中全波相敏检波电路工作原理。9、试分析1229仪器中斩波调制放大器工作原理。10、试分析1229仪器中带通有源滤波器工作原理。421.4 习题1、双侧向测井仪有哪四种不同的工作方式？它们各自42