智能频谱激发极化测量模块制造技术

本发明专利技术提供一种用于频谱激发极化测量地层的系统。所述系统提供一种用于执行用于地球物理研究或其它方面的频谱激发极化SIP测量的智能模块。所述系统包括一种仪器，其包括经配置以插入到地表开口中的外壳。所述外壳容纳产生激励信号的信号产生器。驱动电极将所述激励信号引导到与所述外壳相邻的物质中。多个电极感测与所述外壳相邻的所述物质中的电压和/或电流且处理器处理所述感测电压和/或电流以测量所述物质的特性。所述系统还提供一种配置，其中经配置以用于频谱激发极化测量的多个仪器经互连以提供通信、同步、共同参考信号或供电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】智能频谱激发极化测量模块相关串请本申请要求2012年11月20日提交的美国临时专利申请第61/728，801号和美国临时专利申请第61/793，941号的优先权。前述申请中的每一者的全部公开内容特此以引用的方式并入。
本专利技术涉及地球物理测井领域。更确切地说，本专利技术涉及一种用于进行用于地球物理研究的频谱激发极化(SIP)测量中的完全集成智能模块。另外，本专利技术涉及使用电阻率、时域激发极化和自发或自行电位法进行的地球物理研究地球物理测井工具通常提供关于地下环境的物理学和化学的关键信息。SIP提供其它技术未提供的信息。近地表地球物理方法的一种应用为评估水文学参数(例如渗透率或液压传导率)。但是，已知地球物理方法并不精确定量跨越大范围条件的此参数的空间变异性。因此，需要提供一种准许非侵入性测量K的地球物理技术。在致力于改进液压参数预测(如K)中，SIP具有独特优势:从SIP测量获取的松弛的长度尺度与定量地下水流动/运移的松弛的长度尺度密切相关。与频率分散的平均松弛相关的时间常量(T)与定义电双层中的离子在施加电流期间所扩散的长度尺度的特征孔隙或粒度的平方有关。界面极化的时间常量(T)的SIP测量可以促进控制如从将渗流理论应用到多孔介质所定义的流体流动的有效特征长度尺度的地电评估。
技术介绍
频谱激发极化(SIP)为一种用于映射地球的电特性中的变化的电方法。SIP是基于当对地面施加电场时，电流流动穿过地球且在矿物-流体界面发生电荷分离的事实。换句话说，矿物-流体界面变为电极化的。SIP系统用于勘测、水资源和环境行业中以研究地球的物理化学特性。SIP系统也使用地球物质的电测量来评估地下的地球化学和生物地球化学过程；SIP方法的现场应用是基于成功的实验室实验。频谱激发极化(SIP)为一种测量地球物质的低频电特性的可接受的方法。1982年11月16日发布的维尼格(Vinegar)和威克斯曼(Waxman) (V&W)的先前专利US4，359，687 “使用频域中的激发极化测定地球地层中的泥质含量和石油的方法和设备(Method and Apparatus for Determining Shaliness and Oil in Earth Format1nsUsing Induced Polarizat1n in the Frequency Domain) ”展不使用 SIP 的探测器和井眼测量系统的配置。1986年4月14日发布的维尼格和威克斯曼US 4，583，046 “用于聚焦电极激发极化测井的设备(Apparatus for the Focused Electrode Induced Polarizat1nLogging) ”包括电流聚焦以改进分辨率。SIP井眼系统，如V&W专利中描述的系统具有许多缺点。举例来说，此类系统具有有限的功能性，因为其需要用于供电、激励生成、数据获取、数据处理、数据存储和控制的外部连接件。另外，V&W系统电子装置取决于电极数目、几何电极空间配置、激励和感测方法和聚焦技术。另外，现有系统不能进行基于完全在探测器内的实时数据采集、数据处理或数据存储的激励和聚焦的闭环控制，所述探测器用于井眼分析或作为放置在地表用于近地表分析的系统的一部分。另外，V&W聚焦电极布置需要电极彼此相距极大距离地定位以及若干电极位于探测器外部。另外，现有聚焦技术和系统一般来说未针对低功率操作最佳化。
技术实现思路
本专利技术为可以集成到探测器中且用于井眼SIP分析的智能SIP测量模块，或放置于地表用于近地表SIP分析的系统。另外，模块具有进行其它类型的近地表和井眼分析，如时域激发极化、电阻率和自发或自行电位测量的灵活性。本专利技术提供在不需要用于各者的以下外部连接中的一些或全部的情况下进行此类测量的能力:i)供电，ii)激励生成，iii)数据获取，iv)数据处理，V)数据存储和vi)控制。另外，本专利技术提供支持在以下各者中变化的配置的灵活性:i)电极数目，ii)电极类型，iii)几何电极空间布局，iv)激励方法，v)感测方法和vi)聚焦技术。另外，本专利技术能够通过将基于实时数据采集、处理和存储的激励和聚焦完全控制在放置于地表的探测器或系统内而自主地进行闭环实验。另外，可以在软件中调适信号产生、信号处理和数据分析算法以适合于本申请。另外，本专利技术可以布置为互连模块的系统以提供i)容错性，ii)较大范围的几何电极空间布局，iii)改进的精确性和分辨率，iv)改进的地层侵彻和iv)改进的速度和通量。另外，本专利技术包括低功率聚焦。【附图说明】本专利技术的优选实施例的前述概述和以下详细描述将在结合附图读取时最佳地理解，在所述附图中:图1为用于地下物质的SIP测量的系统的简图。图2为图1中说明的系统的SIP测量工具的电路的框图。图3为图1中说明的系统的SIP测量工具的简图。图4为图1中说明的系统的SIP测量工具的替代实施例的简图。图5为图1中说明的系统的SIP测量工具的框图，其说明井眼和周围地层中的驱动和保护/聚焦电流。图6为多个互连SIP测量模块的布置的简图。图7为多个互连SIP测量模块和主机系统的布置的简图。【具体实施方式】现参看一般来说的图式和具体来说的图1到4，地球物理测井系统一般指示为10。系统10使用频谱激发极化(SIP)方法测量地下地球介质的低频电特性。智能SIP测量模块或简称模块41与极化或非极化类型的多个电极相连接。确切地说，智能SIP测量模块与用于发射信号的多个电极66、67，用于检测信号的多个非极化电极42、43、64、65以及用于保护/聚焦信号的多个电极60、61、62、63相连接。更确切地说，模块41包括多个接口，包括:与用于将电流感应到探测器周围的区域中的电极66、67的多个接口，与用于检测电流的电极42和用于检测电位的电位电极43、64、65的多个接口和与用于聚焦电场的电极60、61、62、63的多个接口。在本专利技术的情况下，感应电流为含有一个或几个频率的混合物的时变信号且通过分析地层对激磁电流频率中的每一者的响应测量阻抗或向量电阻率。参看图1和图2，井眼工具或探测器40连接到位于地表的主机系统20和电源供应器25。主机系统20和电源供应器25中的任一者或两者为不必要的，探测器40可以替代地在无主机系统20或电源供应器25的情况下，使用其内部电池55或其非易失性存储装置54或两者自主地操作。每一探测器40支持其可以独立操作或通过其脐带-1和脐带-2接口 31与一个或两个其它探测器40、一个或两个主机系统20连接的操作模式。脐带31的接口各自具有通用数字输入和输出(GP1)接口 53、通信接口 57和与电流隔离电源供应器58的连接件。电流隔离电源供应器58为探测器40的模拟和数字分量供电且建立接地电路参考。探测器40具有外部接地参考接口 59，其出于进行多个探测器40被配置成共享外部接地参考的测量的目的可以连接到外部接地参考。另外，电源供应器25可以时可再生能源，如太阳能、风能、地热能或水电能。在本专利技术的情况下，主机系统20为计算机，如个人计算机(PC)或其它能够以数字格式交换数据的元件且电源供应器25为独立DC电源。在本专利技术的情况下，主机系统20和电源供应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于频谱激发极化测量地下物质的系统，其包含：经配置以执行频谱激发极化测量的地下仪器，其中所述仪器经配置以插入到地表开口中且所述仪器包含：外壳；用于提供激励信号的信号产生器，其中所述信号产生器在所述外壳内；用于提供所述激励信号以传播穿过地下物质的驱动电极；用于感测所述地下物质中的电压的电压感测电极；用于感测所述地下物质中的电流的电流感测电极；和用于处理由所述电压感测电极感测的所述电压和由所述电流感测电极感测的所述电流以测量所述地下物质的特性的处理器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·斯拉特，D·恩塔拉吉安尼斯，F·库拉托拉，D·帕帕斯，D·V·列罗伊，K·埃夫多基莫夫，
申请(专利权)人：美国鲁吉斯新泽西州立大学，安塔什埃尔马克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US