《測(cè)井儀器原理》(一),第2章,2008

2.1測(cè)量原理2.2DIT-D雙感應(yīng)測(cè)井儀2.31503雙感應(yīng)測(cè)井儀2.4國(guó)產(chǎn)雙感應(yīng)測(cè)井儀2.5感應(yīng)測(cè)井刻度2.6

思考題第二章感應(yīng)測(cè)井儀器1*2.1.1基本測(cè)量原理2.1.2幾何因子理論2.1.3線圈系特性及設(shè)計(jì)原理2.1.4反褶積校正2.1.5傳播效應(yīng)校正2.1測(cè)量原理2*σ在二次交變電磁場(chǎng)作用下，接收線圈中產(chǎn)生與地層電導(dǎo)率σ相關(guān)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eR

，且相位滯后π

因直接耦合產(chǎn)生的與地層電導(dǎo)率無關(guān)感應(yīng)電勢(shì)ex，相位滯后π/2，必須設(shè)法消除2.1.1基本測(cè)量原理3*上式中

K只和線圈系的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，稱為儀器常數(shù)或線圈系系數(shù)

g是地層單元環(huán)空間幾何位置的函數(shù)，稱為地層單元環(huán)幾何因子，且全空間地層單元環(huán)幾何因子總和為12.1.2幾何因子理論4*

雙線圈系的徑向特性說明感應(yīng)測(cè)井信號(hào)受井眼及井眼附近地層影響較大

雙線圈系的縱向特性說明感應(yīng)測(cè)井信號(hào)受圍巖影響較大

雙線圈系不能很好的消除直耦信號(hào)雙線圈系加入與主接收線圈反向串聯(lián)的補(bǔ)償接收線圈可以較好的消除井眼影響加入與主接收和主發(fā)射線圈反向串聯(lián)的一對(duì)聚焦線圈可以較好的消除圍巖影響多線圈系2.1.3線圈系特性及多線圈系設(shè)計(jì)原理5*多線圈系總直耦電動(dòng)勢(shì)X應(yīng)盡可能小多線圈系在改善徑、縱向探測(cè)特性的同時(shí)，也損失了一些有用信號(hào)，關(guān)鍵是通過合理設(shè)計(jì)來改善信噪比要有合理的探測(cè)深度加入補(bǔ)償接收線圈時(shí)保持縱向特性的對(duì)稱性雙感應(yīng)測(cè)井儀中公用的發(fā)射線圈組對(duì)深、淺接收線圈組的綜合影響因此，多線圈系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的問題2.1.3（續(xù)1）其它必須考慮的因素6*線圈系排列如下：

-0.0671-0.25-0.251-0.067(相對(duì)圈數(shù))

T2R0R1T1T0R20.7270.250.50.250.727（m）

徑向探測(cè)特性明顯改善，井眼附近的幾何因子已近似于零縱向探測(cè)特性改善，以GD=0.5估算探測(cè)深度，探測(cè)深度已達(dá)1.62m2.1.3（續(xù)2）國(guó)產(chǎn)6ILD-1深感應(yīng)線圈系探測(cè)特性7*因感應(yīng)線圈系縱向探測(cè)特性（幾何因子GZ）的非理想化使地層受圍巖影響畸變成為A

采用A與反幾何因子GZ-1的褶積運(yùn)算（即反褶積），能夠校正圍巖的影響工程應(yīng)用中從各種因素考慮，采用最簡(jiǎn)單的三點(diǎn)反褶積處理A=GZ-1*A（w1=w2）

Schlumberger的DIT-D（b=78”）

σA=1.10σ0-0.05σ1-0.05σ2Atlas3600的1503（b=80”）

σA=1.16σ0-0.08σ1-0.08σ22.1.4反褶積校正原理8*

Atlas儀器非計(jì)算機(jī)化處理的缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，模擬計(jì)算誤差大，對(duì)不同的深度采樣間隔缺乏靈活性w1=w2=-1.6k/20k=-0.08w0=1＋1.6k/10k=1.162.1.4（續(xù)）

1503雙感應(yīng)測(cè)井儀三點(diǎn)反褶積處理9*

CSU數(shù)控測(cè)井系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)處理

Atlas數(shù)字測(cè)井系統(tǒng)采用非線性模擬運(yùn)算

Usr很小時(shí)，D1，D2截止

Usr增到i（r2＋r3）>0.7V時(shí)

Usr增到ir3>0.7V時(shí)2.1.5傳播效應(yīng)校正10*2.2DIT-D雙感應(yīng)測(cè)井儀2.2.1儀器工作原理2.2.2主要電路分析2.2.3地面接口電路2.2.4小結(jié)11*2.2.1儀器工作原理DIT-D雙感應(yīng)測(cè)井儀采用不對(duì)稱線圈系，深探測(cè)為7線圈系，中探測(cè)的為9線圈系。接收信號(hào)回路串接X變感器實(shí)時(shí)抵消X信號(hào)分量，串接誤差校正變壓器進(jìn)行線圈系誤差校正和溫度補(bǔ)償，該變壓器在內(nèi)刻度時(shí)引入刻度信號(hào)。深、中感應(yīng)接收信號(hào)經(jīng)高倍選頻放大器放大到4V/S?？蓪?duì)下井儀進(jìn)行兩點(diǎn)（內(nèi)）刻度。由車載計(jì)算機(jī)對(duì)雙感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行三點(diǎn)反褶積計(jì)算、線圈系誤差校正以及傳播效應(yīng)校正。12*DIT-D信號(hào)處理流程圖DIT-D結(jié)構(gòu)原理及信號(hào)處理流程圖DIT-D結(jié)構(gòu)原理框圖13*DLT-D電路原理框圖14*

Schlumberger的DIT-D是一種設(shè)計(jì)的比較完善，性能非常穩(wěn)定的雙感應(yīng)測(cè)井儀，其下井儀由深、中感應(yīng)信號(hào)放大器R、X參考信號(hào)放大器R、X相敏檢波器20kHz主振蕩器X變感器及其它輔助電路，等組成。2.2.2主要電路分析15*f0=19.6K～20.56KHzKC≈60～66信號(hào)放大器16*R參考信號(hào)放大器X相移網(wǎng)絡(luò)17*變壓器偶合全波R-PSD變壓器偶合半波X-PSD相敏檢波器18*ALC變壓器偶合自激推挽式振蕩器，輸出電流1.578A，功率約20W

頻率微調(diào)至20000±25HzQ3等組成ALC電路，穩(wěn)定幅度可調(diào)用電流互感器提供200mV的參考信號(hào)20kHz主振蕩器19*相移網(wǎng)絡(luò)至接收線圈變感變壓器誤差校正、溫度補(bǔ)償變壓器模擬線圈變感器及誤差校正、內(nèi)刻度電路20*2.2.3地面接口電路感應(yīng)測(cè)井接口插板IEM是CSU系統(tǒng)中下井儀器接口單元TIU的一部分，IEM由：插板有效性檢測(cè)電路

CPU對(duì)IEM作8位地址尋址，如成功說明IEM已插入TIU；信號(hào)放大、濾波電路

三道濾波電路分別處理深感應(yīng)、中感應(yīng)和球形聚焦（或八側(cè)向）測(cè)井信號(hào)；井下繼電器控制電路 通過IEM插板S1和CPU寫入命令，控制下井儀處于“測(cè)井”、“內(nèi)刻度-零”或“內(nèi)刻度-刻度”三個(gè)狀態(tài)之一，等組成。21*地面接口電路框圖22*插板有效性檢測(cè)電路信號(hào)放大、濾波電路井下繼電器控制電路地面接口電路圖組23*2.2.4小結(jié)DIT-D雙感應(yīng)測(cè)井儀的一個(gè)顯著特點(diǎn)是通過精心設(shè)計(jì)來避免使用數(shù)字邏輯信號(hào)，對(duì)提高系統(tǒng)的信噪比起了重要作用；

對(duì)于所有傳統(tǒng)測(cè)井儀來說，感應(yīng)測(cè)井儀輸入信號(hào)是最弱的（約在數(shù)十uV量級(jí)）用X變感器串入輸入回路，使X信號(hào)在放大之前就被抑制掉大部分； 否則X信號(hào)在到達(dá)PSD之前就可能使放大器飽和為克服非對(duì)稱線圈系制造誤差產(chǎn)生的影響，輸入回路中串入誤差校正、溫度補(bǔ)償變壓器；DIT-D有很寬的工作溫度范圍，因此儀器對(duì)使用的元器件性能要求很高，否則不可能保證諸多相位處理的效果； 主要指RC器件的精度和溫度系數(shù)DIT-D的主要計(jì)算處理均由車載計(jì)算機(jī)完成，處理精度較高。24*2.3.1儀器工作原理2.3.2主要電路分析2.3.3地面儀電路2.3.4小結(jié)2.31503雙感應(yīng)測(cè)井儀25*2.3.1儀器工作原理1503雙感應(yīng)測(cè)井儀的深感應(yīng)為對(duì)稱的6線圈系，深感應(yīng)為不對(duì)稱的8線圈系采用20kHz發(fā)射頻率從參考信號(hào)放大電路取出一可調(diào)信號(hào)抵消殘余的基值信號(hào)（X信號(hào)和線圈誤差信號(hào)等）相敏檢波器檢出深、中感應(yīng)的R信號(hào)后送到地面進(jìn)一步處理下井儀也設(shè)有內(nèi)刻度電路用與儀器的校驗(yàn)深感應(yīng)的三點(diǎn)反褶積處理及傳播效應(yīng)校正處理由地面儀（面板）中的非線性模擬運(yùn)算電路完成，中感應(yīng)不作這類處理26*1503雙感應(yīng)測(cè)井儀電路原理框圖27*2.3.2主要電路分析發(fā)射電路接收前置放大器信號(hào)放大器、參考信號(hào)放大器內(nèi)刻度電路相敏檢波電路28*振蕩器濾波放大電路在電極系內(nèi)發(fā)射電路、接收前置放大器29*參考信號(hào)放大器PSD選頻信號(hào)放大器內(nèi)刻度深、中感應(yīng)信號(hào)放大器、參考信號(hào)放大器和相敏檢波器30*2.3.3地面儀電路配合1503雙感應(yīng)測(cè)井儀的地面儀為3600數(shù)字測(cè)井系統(tǒng)的3456感應(yīng)測(cè)井專用面板3456面板共有四道測(cè)量電路，其中C道專用于處理深感應(yīng)信號(hào)，電路最為復(fù)雜3456面板采用了多個(gè)非線性模擬運(yùn)算電路來處理傳播效應(yīng)校正、對(duì)數(shù)放大、倒數(shù)處理等3456面板三點(diǎn)反褶積運(yùn)算電路復(fù)雜，性能不高31*3456感應(yīng)測(cè)井地面面板框圖32*傳播效應(yīng)校正二級(jí)BPF對(duì)數(shù)放大指數(shù)放大至褶積器反向器3456面板C道處理電路原理圖33*對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)非線性模擬運(yùn)算電路倒數(shù)運(yùn)算3456面板中的有源BPF及對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)非線性模擬運(yùn)算電路34*2.3.4小結(jié)1503在前置放大器的輸出端和信號(hào)放大器輸入端之間引入一可調(diào)信號(hào)來抵消殘余基值信號(hào)，內(nèi)刻度操作也在該點(diǎn)進(jìn)行；與DIT-D相比，1503的電路簡(jiǎn)單實(shí)用，但儀器的技術(shù)指標(biāo)也低一些；感應(yīng)測(cè)井信號(hào)的地面處理面板采用了多個(gè)非線性模擬運(yùn)算電路處理傳播效應(yīng)校正、對(duì)數(shù)標(biāo)尺、電導(dǎo)率電阻率標(biāo)尺，電路復(fù)雜，性能不高且造價(jià)昂貴。35*2.4國(guó)產(chǎn)雙感應(yīng)測(cè)井儀2.4.1儀器工作原理2.4.2主要電路分析

主振蕩、放大電路

發(fā)射恒流電路

井下接收電路2.4.3小結(jié)36*2.4.1

儀器工作原理國(guó)產(chǎn)雙感應(yīng)測(cè)井儀深感應(yīng)為對(duì)稱六線圈系，線圈距為1m；中感應(yīng)為非對(duì)稱的七線圈，線圈距0.85m；井下發(fā)射回路中增加一恒流控制電路維持發(fā)射電流的穩(wěn)定。37*主振蕩器LPFOCL功率放大器主振蕩、放大電路38*飽和差動(dòng)放大PSD開關(guān)比例積分放大器發(fā)射電流調(diào)節(jié)器雙穩(wěn)觸發(fā)器發(fā)射恒流電路39*比例微分放大器移相器全波PSD移相器原理：

U0=k0（U3-U2）井下接收電路40*2.4.3小結(jié)國(guó)產(chǎn)雙感應(yīng)測(cè)井儀采用晶體振蕩器獲得高的頻率穩(wěn)定性；通過對(duì)發(fā)射回路的穩(wěn)流控制以提高儀器的測(cè)量精度；通過調(diào)節(jié)改變測(cè)量信號(hào)的相位使通過PSD的全部為R信號(hào)。41*2.5.1測(cè)井儀器刻度的基本概念2.5.2感應(yīng)測(cè)井刻度原理2.5.3最佳刻度環(huán)直徑和最佳刻度點(diǎn)2.5感應(yīng)測(cè)井刻度42*測(cè)井刻度的作用是建立測(cè)井響應(yīng)值與測(cè)井工程值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

測(cè)井響應(yīng)值：如對(duì)聲波時(shí)差、核測(cè)井脈沖或地層電阻率探測(cè)后產(chǎn)生的信號(hào)（模擬電壓電流或數(shù)字編碼）

測(cè)井工程值：地層聲波時(shí)差、密度、中子孔隙度或電阻率、電導(dǎo)率等刻度可按以下分類2.5.1測(cè)井儀器刻度的基本概念 內(nèi)刻度 刻度 模擬刻度 外刻度 實(shí)體刻度刻度時(shí)測(cè)量電路與探頭斷開，因此輸出結(jié)果不反映儀器的真實(shí)響應(yīng)，是一種“假”刻度，一般僅用于檢查儀器是否正常工作刻度時(shí)測(cè)量電路探頭連接，但不提供實(shí)際的地層環(huán)境，因此儀器輸出結(jié)果反映的是在模擬環(huán)境下的響應(yīng)，如感應(yīng)測(cè)井儀用刻度環(huán)刻度、密度測(cè)井儀用刻度塊刻度，一般僅作為三級(jí)刻度用于測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)對(duì)儀器的測(cè)前或測(cè)后標(biāo)定。模擬刻度必須通過精確的理論計(jì)算和、或由更高的標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶓w刻度來傳遞。測(cè)井儀器獲得在真實(shí)的地質(zhì)環(huán)境下的響應(yīng)，準(zhǔn)確、可靠，如密度儀器在核標(biāo)準(zhǔn)刻度井群或感應(yīng)儀器在大水池中的刻度等。缺點(diǎn)是造價(jià)昂貴，刻度電少和使用不便。43*感應(yīng)測(cè)井采用刻度環(huán)作為模擬式外刻度。當(dāng)刻度環(huán)套在線圈系記錄點(diǎn)且環(huán)平面與線圈系垂直時(shí)：2.5.2感應(yīng)測(cè)井刻度原理刻度環(huán)感應(yīng)電流接收線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)關(guān)鍵要找到用集中參數(shù)R代替分布參數(shù)σ時(shí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系“補(bǔ)償法”依據(jù)上式考慮到電抗的影響；“自然法”用R=ρKC簡(jiǎn)化，忽略X的影響；而“諧振法”通過串接電容電抗為零的方式使刻度線性范圍最大，是感應(yīng)測(cè)井的首選刻度方法。44*求解刻度系數(shù)KC的關(guān)鍵是解出刻度環(huán)相對(duì)于復(fù)合線圈系的幾何因子g，可得到點(diǎn)狀法計(jì)算的刻度系數(shù)為KD積分法計(jì)算的刻度系數(shù)更KI接近實(shí)際的KC感應(yīng)測(cè)井刻度環(huán)刻度系數(shù)計(jì)算方法45*2.5.3最佳刻度環(huán)直徑和最佳刻度點(diǎn)通過對(duì)刻度環(huán)直徑及其在線圈系位置的選取，使刻度系數(shù)最大化的同時(shí)保證因刻度直徑的微小變化和刻度環(huán)位置微小變化引起刻度系數(shù)KC的變化最小，稱為選取最佳刻度環(huán)直徑和最佳刻度點(diǎn)6ILD-0.8線圈系g在Z-r平面的等值線圖6ILD-0.8線圈系K-Z關(guān)系圖6ILD-1線圈系K-Z關(guān)系