一種測量垂直方向地層電導率的陣列感應線圈系的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及地球物理測井技術領域，特別涉及一種測量垂直方向地層電導率的陣 列感應線圈系。
【背景技術】
[0002] 貝克-阿特拉斯公司2000年率先推出三分量感應測井儀器，稱為3DExplore或 3DEX。3DEX使用不同心布置的三維立體結構，z軸線圈平行于井軸，測得的磁場分量H zz，與 常規(guī)探測方法相同；X軸和y軸線圈彼此正交且垂直井軸，測得的磁場分量Hxx和H yy，用于 計算垂直電導率。該儀器采用20?200kHz的10個頻率，測量磁場張量的Hxx、H yy、Hzz、Hxy、 Hxz5個分量，使用多頻聚焦方法減小井眼影響，處理后的數(shù)據，可按無井眼和泥漿侵入的ID 水平層狀地層來做資料處理和解釋。
[0003] 斯倫貝謝公司2004年推出一種名為Rt-Scanner的三分量感應測井儀器，其線圈 系設計采用了基于陣列感應的三分量結構，使用不同于3DEX消除井眼影響的方式，在線圈 系之間布置金屬電極來抑制井眼中的電流，減少井眼效應，使水平磁偶極子的井眼影響降 低到與垂直磁偶極子相同的水平。Rt-Scanner的研制推出為闡釋薄層，各向異性儲層或者 斷層等提供了重要手段，它可以提供地層水平和垂直電阻率的信息以及任意斜度井的方位 角和傾角的信息，用以解釋構造。在模擬井中實驗表明，減少井眼效應的效果是非常明顯 的，但儀器結構復雜。2006年斯侖貝謝正式推出Scanner-Rt成套測井儀設備。
[0004] 國內，中國石油集團測井有限公司生產的陣列感應成像測井儀器（MIT)，具有縱向 分辨率高、徑向探測深度大等優(yōu)點。采用單個發(fā)射線圈和多個接收線圈組合，利用軟件聚焦 方法得到不同分辨率（0. 3、0. 6和I. 2m)和不同探測深度（5種探測深度：0. 25、0. 50、0. 75、 1. 50和2. 25m)的電阻率曲線。
[0005] 對于三分量感應測井儀的研制來說，國內起步較晚，2012年中國石油集團測井 有限公司陳濤等人的發(fā)明專利"一種三維感應測井儀器線圈系的設計方法"，提出了設 計線圈系參數(shù)的最優(yōu)化方法；使用該方法設計了平板型三維感應線圈系，其基本結構與 Scanner-Rt -致。同年，中國石油集團長城鉆探工程有限公司肖加奇等人的實用新型專利 "三軸正交線圈系"，提供一種測量水平和垂直電導率的三軸正交線圈系的繞制方法。2013 年，中國海洋石油總公司孫向陽等人的實用新型專利"一種三分量感應測井儀的線圈結 構"，也是在現(xiàn)有三分量感應測井的2發(fā)1收子陣列的結構基礎上，提供了一種發(fā)射-接收 線圈系可在儀器骨架上調節(jié)的線圈結構。
[0006] 上述所有的三分量感應測井儀器都是1個發(fā)射2個接收的子陣列結構。這種結構 存在嚴重的井眼影響等問題：井眼和泥漿侵入對水平磁偶極子源測井響應的影響比對垂直 磁偶極子源的影響嚴重和復雜得多，當泥漿電導率增大時，地層視電導率減小并且出現(xiàn)負 值，測量值不能反映地層信息。

【發(fā)明內容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有三分量感應測井的技術缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種測量垂直 方向地層電導率的線圈系，設計線圈系結構和發(fā)射電路控制，測量井眼周圍不同深度的豐 富地層電阻率信息，該信息可以通過二維信號聚焦合成處理，有效消除井眼、趨膚效應和環(huán) 境影響，準確獲取用戶所需的較大電阻率范圍的地層信息。
[0008] 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為：
[0009] 一種測量垂直方向地層電導率的線圈系，其線圈系結構由纏繞在非導電骨架上的 至少一個子陣列組成，每個子陣列由2個發(fā)射線圈和1個接收線圈組成，2個發(fā)射線圈分別 為主發(fā)射線圈和副發(fā)射線圈，所有線圈的法向方向與X軸重合或平行，或者與y軸重合或平 行；2個發(fā)射線圈纏繞方向相同，接收線圈位于副發(fā)射線圈的一側，纏繞方向與發(fā)射線圈一 致。
[0010] 所述的2個發(fā)射線圈和1個接收線圈為一個子陣列，使用時位置布置采用8個 子陣列，需要16個發(fā)射線圈，16個發(fā)射線圈共用一個接收線圈，所有線圈共同纏繞于非 導電芯棒上，電路設計采用"分時控制"，實現(xiàn)8個子陣列分別完成井眼周圍地層電導率 的測量，主發(fā)射線圈間距分別為 〇· 15m、-0· 225m、0. 3000m、-0· 3750m、0. 5250m、-0· 6750m、 0· 9750m、I. 8000m ;副發(fā)射線圈間距分別為 0· 07482m、-0· 15011m、0. 22389m、-0· 30173m、 0. 3770m、-〇. 52667m、0. 67386m、I. 35145m。
[0011] 發(fā)射線圈與接收線圈處于共面或者平行。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點為：線圈系結構由纏繞在非導電骨架上的8個子陣列組成，每組子 陣列由2個發(fā)射線圈和1個接收線圈組成，線圈的法向方向與X軸（或者y軸）重合或平 行，2個發(fā)射線圈繞向相同，均施加正弦變化電流源，同時向井眼周圍地層媒質發(fā)射交變電 磁信號；在距發(fā)射線圈一定距離布置一個相同方向繞向的接收線圈，接收來自地層的感應 信號，發(fā)射線圈和接收線圈的位置采取對常規(guī)三分量感應測井儀器對偶原則得到；主發(fā)射 和副發(fā)射線圈的匝數(shù)根據接收信號聚焦的程度，通過在兩發(fā)射線圈施加電流的大小來調 整；發(fā)射電路分時控制向線圈系提供交變電磁信號，實現(xiàn)不同子陣列測量接收電壓而獲取 地層信息，進一步研宄地層特征，尋找油氣。本發(fā)明有效地解決了現(xiàn)有三分量感應測井在儀 器偏心、泥漿電阻率低、侵入帶電阻率低、地層電阻率高和各項異性系數(shù)大等情況下出現(xiàn)的 負響應問題。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的線圈系布置方式示意圖。
[0014] 圖2為對應圖1的3線圈系子陣列結構示意圖。
[0015] 圖3為子陣列7在均勻地層電導率為10S/m時的流線圖。
[0016] 圖4為本發(fā)明的子陣列7計算得到的視電導率隨副發(fā)射線圈匝數(shù)和間距變化的二 維圖。
[0017] 圖5為對應本發(fā)明的子陣列7的一維（徑向微分）幾何因子圖。
[0018] 圖6為1個發(fā)射線圈、2個接收線圈組成的子陣列7的一維（徑向微分）幾何因子 圖。
[0019] 圖7為圖5和圖6兩種情況下的幾何因子圖。
[0020] 圖8為在均勻地層中，1個徑向源即X方向、2個同方向的徑向源即X方向和1個 軸向源即Z方向三種情況下視電導率解析解的對比圖。
[0021] 圖9為應用本發(fā)明線圈系構成的測量垂直方向地層電導率的陣列感應測井儀器 測量地層電阻率示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做詳細敘述。
[0023] 一種測量垂直方向地層電導率的線圈系，其線圈系結構由纏繞在非導電骨架上的 至少一個子陣列組成，每個子陣列由2個發(fā)射線圈和1個接收線圈組成，2個發(fā)射線圈分別 為主發(fā)射線圈和副發(fā)射線圈，所有線圈的法向方向與X軸重合或平行，或者與y軸重合或平 行，2個發(fā)射線圈纏繞方向相同，接收線圈位于副發(fā)射線圈的一側，纏繞方向與發(fā)射線圈一 致，測量井眼周圍垂直方向的地層電導率。
[0024] 所述的2個發(fā)射線圈和1個接收線圈為一個子陣列，使用時位置布置采用8個 子陣列，需要16個發(fā)射線圈，16個發(fā)射線圈共用一個接收線圈，所有線圈共同纏繞于非 導電芯棒上，電路設計采用"分時控制"，實現(xiàn)8個子陣列分別完成井眼周圍地層電導率 的測量，主發(fā)射線圈間距分別為 〇· 15m、-0· 225m、0. 3000m、-0· 3750m、0. 5250m、-0· 6750m、 0· 9750m、I. 8000m ;副發(fā)射間距分別為 0· 07482m、-0· 1501 lm、0. 22389m、-0· 30173m、 0. 3770m、-〇. 52667m、0. 67386m、I. 35145m。
[0025] 發(fā)射線圈與接收線圈處于共面或者平行。
[0026] 本發(fā)明的工作原理為：
[0027] 所述的接收線圈接收信號的原理如下：
[0028] 在均勻地層中，根據電磁場理論推導，得到雙線圈系的測量電壓V、儀器常數(shù)和視 電導率σ 3的公式為
【主權項】
1. 一種測量垂直方向地層電導率的線圈系，其特征在于，其線圈系結構由纏繞在非導 電骨架上的至少一個子陣列組成，每個子陣列由2個發(fā)射線圈和1個接收線圈組成，2個發(fā) 射線圈分別為主發(fā)射線圈和副發(fā)射線圈，所有線圈的法向方向與x軸重合或平行，或者與y 軸重合或平行；2個發(fā)射線圈纏繞方向相同，接收線圈位于副發(fā)射線圈的一側，纏繞方向與 發(fā)射線圈一致。
2. 根據權利要求1所述的一種測量垂直方向地層電導率的線圈系，其特征在于，發(fā)射 線圈與接收線圈處于共面或者平行。
3. 根據權利要求1或2所述的一種測量垂直方向地層電導率的線圈系，其特征在于，所 述的2個發(fā)射線圈和1個接收線圈為一個子陣列，使用時位置布置采用8個子陣列，需要16 個發(fā)射線圈，16個發(fā)射線圈共用一個接收線圈，所有線圈共同纏繞于非導電芯棒上，電路設 計采用"分時控制"，實現(xiàn)8個子陣列分別完成井眼周圍地層電導率的測量，主發(fā)射線圈間 距分別為 〇? 15m、-0? 225m、0. 3000m、-0? 3750m、0. 5250m、-0? 6750m、0. 9750m、1. 8000m ;副發(fā) 射間距分別為 〇? 〇7482m、-〇. 1501 lm、0. 22389m、-0. 30173m、0. 3770m、-0. 52667m、0. 67386m、 1.35145m〇
【專利摘要】一種測量垂直方向地層電導率的線圈系，線圈系結構由纏繞在非導電骨架上的子陣列組成，每組子陣列由2個發(fā)射線圈和1個接收線圈組成，線圈的法向方向與x軸或y軸重合或平行，2個發(fā)射線圈繞向相同，均施加正弦變化電流源，同時向井眼周圍地層媒質發(fā)射交變電磁信號；在距發(fā)射線圈一定距離布置一個相同方向繞向的接收線圈，接收來自地層的感應信號，發(fā)射線圈和接收線圈的位置采取對常規(guī)三分量感應測井儀器對偶原則得到；主發(fā)射和副發(fā)射線圈的匝數(shù)可以根據接收信號聚焦的程度，通過在兩發(fā)射線圈施加電流的大小來調整。發(fā)射電路分時控制向線圈系提供交變電磁信號，實現(xiàn)不同子陣列測量接收電壓而獲取地層信息，進一步研究地層特征尋找油氣。
【IPC分類】E21B49-00
【公開號】CN104612671
【申請?zhí)枴緾N201410850500
【發(fā)明人】張妙瑜, 仵杰, 王武習, 解茜草, 趙志峰, 陳延軍
【申請人】西安石油大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月31日