一种测量地层电阻率的阵列感应测井线圈系制造技术

本发明专利技术涉及一种测量地层电阻率的阵列感应测井线圈系，线圈系由一个发射线圈和７组屏蔽和主接线圈构成的双接收线圈组成，发射线圈与每组双接收线圈构成一个子阵列，所有１５个线圈均缠绕在非导电骨架上，屏蔽线圈与主接收线圈串联但缠绕方向相反，主接收线圈位置设置考虑径向探测深度、纵向分辨率和信号聚焦合成处理要求，屏蔽线圈布置在发射线圈与主接收线圈之间，其位置和匝数满足抵消直耦信号、改变径向探测深度和纵向分辨率，满足信噪比为２～４；７个子阵列线圈中的屏蔽线圈除第一个子阵列线圈外，其余与前一个子阵列的主接收线圈中心位置重合；电阻率探测范围宽，能更精确的测量出地层的电阻率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于探测裸眼井周围地层电阻率的阵列感应测井线圈系，属于地 球物理测井技术。
技术介绍
在目前现有的测井仪器中，Schlumberger的阵列感应测井仪器AIT，当按接射线 圈间距从短到长排列时，各间距不再具有对数等间距关系，各子阵列之间具有较多的径向 和纵向重复信息；7个子阵列的探测深度包含了 3个合成探测深度(10、20和30in.)，但是 60in.和90in.却在第七子阵列和第八子阵列之间，一旦第八个子阵列测不准，探测深度 60in.和90in.均不可靠；长子阵列8的实部信号工作范围太小(小于3. lS/m)，必须使用 虚部信号，同时使用实部和虚部信号，处理复杂，要解决虚部测不准等问题。Baker Atlas的阵列感应测井仪器HDIL中，主接收线圈和屏蔽线圈与发射线圈 的间距与采样间距之间不是整数倍关系；最长子阵列7的实部工作范围较小，低频时为 4. 82S/m。Halliburton的阵列感应测井仪器HRAI中，子阵列的间距不具有对数等间距关 系，各子阵列之间有较多的重复信息；最短子阵列(18in.)太长，其探测深度(0.44m)比要 合成的探测深度0.25m大得多，实际信号合成很难得到该曲线。长子阵列的高频工作范围 1.9S/m，太窄，不宜于双频趋肤效应校正。其改进型ACRt只有6个子阵列，一旦子阵列1由 于井眼影响严重，处理将较困难，频率为12kHz、36kHz和72kHz，相互之间不是同倍数，电路 设计复杂。3线圈系由一个发射线圈、一个主接收线圈和一个屏蔽线圈组成。屏蔽线圈的 作用是抵消发射与主接收之间的直耦电压。3线圈系是多阵列感应仪器的基本子阵列。 Zhou (1994)给出了 3线圈系井眼影响和径向分辨率特性，Beste (2000)分析了其纵向分辨 率特性。本专利技术提出屏蔽线圈设计要满足信噪比关系。根据感应测井基本理论，3线圈系的 总直耦电压Vm为_6] Vffl = VfflTE+VfflTB(1)式⑴中，VmTK和VmTB为发射分别与主接收和屏蔽线圈的直耦电压，它们由如下公 式确定。rmmi V i ①MItAtAr NtNrVmTR =---·~β~⑶ν ωμ!τΑτΑΒ NtNbVmTB =---·—5~⑶式⑵和(3)中，It为发射线圈中的发射电流强度；AT、4和4分别为发射、主接 收和屏蔽线圈的面积，由于3个线圈均缠绕在同一芯棒上，因此，三个面积完全相等。NT、Ne 和Nb分别为发射、主接收和屏蔽线圈的匝数；Ltk和Ltb为发射分别与主接收和屏蔽的距离， 定义比例因子α = 。设Lte = LJj Ltk = α L。当总直耦信号式⑴等于0时，将式(2)和(3)代入，整理得到主接收与屏蔽线圈的匝数之间的关系为Nb =-α 3Nk，负号表明屏蔽线 圈的缠绕方向与主接收线圈反向。在空气中，式(2)对应仪器的测量信号，式(3)对应于噪 声，定义3线圈系的信噪比为S = j^(4)^mTB将式⑵和⑶代入，并整理得S = \(5)a式(5)表明，信噪比与比例因子α的平方成反比。当要求信号比在2 4之间时， α应取0.707 0.500。这就是屏蔽线圈设计时要满足的信噪比关系。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种测量地层电阻率的阵列感应线圈系，利用布置多个不同 间距、不对称的子阵列线圈系，接收不同频率的信号，测量井眼周围不同深度的地层电阻率 信息，然后通过二维信号处理消除井眼、趋肤效应和环境影响，提取用户所需的地层信息。本专利技术所述的一种测量地层电阻率的阵列感应线圈系由一个发射线圈和7组双 接收线圈组成；发射线圈与两个接收线圈构成一个子阵列，每个子阵列的两个接收线圈中， 一个为主接收线圈，另一个为屏蔽线圈，所有15个线圈均缠绕在非导电骨架上，屏蔽线圈 与主接收线圈串联但缠绕方向相反，屏蔽线圈布置在发射线圈与主接收线圈之间，主接收 线圈的位置设置考虑径向探测深度、纵向分辨率和信号聚焦和成处理需要，屏蔽线圈的位 置和匝数满足抵消直耦信号、改变径向探测深度和纵向分辨率，满足信噪比为2 4 ；主接收线圈与发射线圈的间距分别为0. 150m、0. 225m、0. 375m、0. 600m、0. 900m、 1. 35m 和 2. 025m ；7个子阵列线圈中的屏蔽线圈除第一个子阵列线圈外，其余与前一个子阵列的主 接收线圈中心位置重合；施加到发射线圈上的频率信号为IOkHz、20kHz、40kHz和80kHz，所有7个子阵列同 时接收4个频率的实部和虚部信号。本专利技术提出了一种多阵列线圈系结构设计方案，该方案的设计步骤和设计方法如 下。(1)子阵列的个数选择。子阵列的个数首先要多于信号处理要合成探测深度曲线 数目。为了增加高分辨率信息和便于井眼校正，增加短间距子阵列数目。本专利技术中确定7 个子阵列，要合成5种探测深度(0. 25m、0. 50m、0. 75m、1. 5m,2. 25m)的3组分辨率(0. 3m、 0. 6m、1. 2m)曲线。(2)确定最短子阵列。最短子阵列要提供足够的纵向高分辨率信息、合理的径向探 测深度信息和井眼信息。当合成最高分辨率为0. 3m(90%的信号来源于0. 3m范围内)时， 原始分辨率应小于1. 2m。径向探测深度小于最小合成探测深度0.25m。二维响应中，井眼 的信息足够多，但负值要尽量小。本专利技术确定为0. 15m，对应纵向分辨率和径向探测深度分 别为 1. 02m 和 0. 19m。(3)确定最长子阵列。最长阵列的探测深度要大于最大合成探测深度 (它依据测井中常见的泥浆侵入深度确定)，考虑运输和测井环境(如组合测井、水平井测井)，不能太 长。本专利技术确定最长子阵列为2. 025m。(4)中间子阵列布置。首先，各子阵列的主接收间距满足对数等间距关系，使径向 重复信息最少。其次，要使要合成的探测深度在各子阵列的探测深度之间。第三，主接收线 圈位置必须是仪器采样间距的整数倍。根据以上方法本专利技术确定的7个子阵列的间距分别为0. 150、0. 225、0. 375、0.600,0. 900、1. 350 和 2. 125m频率选择方法是多频多阵列感应测井仪器设计的另一个主要内容。AIT中，考虑不 同子阵列在不同频率时趋肤效应不一样，不同间距子阵列选择了不同工作频率，这种接收 频率不一致将不利于趋肤效应校正处理，同时使具有趋肤效应影响数据的井眼校正和信号 合成滤波器设计十分复杂费时。HDIL中，采用8个工作频率，所有7个子阵列均接收8个频 率信号，测量数据频率一致，能够先采用多频率趋肤效应校正然后再井眼校正和合成处理， 极大减少了计算工作量，同时提高处理效果和精度，但是最长子阵列的间距太长，最低工作 频率IOkHz仍然较高，其实部地层电导率工作范围小于4. 82S/m。HRAI中，所有10个子阵列 同时接收8kHz和32kHz频率信号，仪器最初设计两频率的目的是使仪器工作在较宽地层电 阻率范围。地层电阻率低时使用低频信号，电阻率高时使用高频信号，中等电阻率地层同时 使用两种频率。径向合成改进探测深度和纵向围岩效应校正分开进行，这种方法对于阵列 感应的实际数据处理将带来错误的结果。在后来的信号处理改进中，由于使用了双频率趋 肤效应校正方法，降低了地层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量地层电阻率的阵列感应线圈系，由一个发射线圈和７组双接收线圈组成，其特征在于：发射线圈与两个接收线圈构成一个子阵列，每个子阵列的两个接收线圈中，一个为主接收线圈，另一个为屏蔽线圈，所有１５个线圈均缠绕在非导电骨架上，屏蔽线圈与主接收线圈串联但缠绕方向相反，屏蔽线圈布置在发射线圈与主接收线圈之间，主接收线圈的位置设置考虑径向探测深度、纵向分辨率和信号聚焦和成处理需要，屏蔽线圈的位置和匝数满足抵消直耦信号、改变径向探测深度和纵向分辨率，满足信噪比为２～４；主接收线圈与发射线圈的间距分别为：０．１５０ｍ、０．２２５ｍ、０．３７５ｍ、０．６００ｍ、０．９００ｍ、１．３５ｍ和２．０２５ｍ；７个子阵列线圈中的屏蔽线圈除第一个子阵列线圈外，其余与前一个子阵列的主接收线圈中心位置重合；施加到发射线圈上的频率信号为１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ和８０ｋＨｚ，所有７个子阵列同时接收４个频率的实部和虚部信号。

【技术特征摘要】
1.一种测量地层电阻率的阵列感应线圈系，由一个发射线圈和7组双接收线圈组成， 其特征在于发射线圈与两个接收线圈构成一个子阵列，每个子阵列的两个接收线圈中，一个为主 接收线圈，另一个为屏蔽线圈，所有15个线圈均缠绕在非导电骨架上，屏蔽线圈与主接收 线圈串联但缠绕方向相反，屏蔽线圈布置在发射线圈与主接收线圈之间，主接收线圈的位 置设置考虑径向探测深度、纵向分辨率和信号聚焦和成处理需要，屏蔽线圈的位置和匝数 满足抵消直耦信号、改变径向探测深度和纵向分辨率，满足信噪比为2 4 ；主接收线圈与发射线圈的间距分别为:0. 150m、0. 225m、0. 375m、0. 600m、0. 900m、l. 35m 和 2. 025m ；7个子阵列线圈中的屏蔽线圈除第一个子阵列线圈外，其余与前一个子阵列的主接收 线圈中心位...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长文，仵杰，周军，陈涛，李梦春，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团测井有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]