一种测量垂直方向地层电导率的阵列感应线圈系的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地球物理测井技术领域，特别涉及一种测量垂直方向地层电导率的阵 列感应线圈系。
【背景技术】
[0002] 贝克-阿特拉斯公司2000年率先推出三分量感应测井仪器，称为3DExplore或 3DEX。3DEX使用不同心布置的三维立体结构，z轴线圈平行于井轴，测得的磁场分量H zz，与 常规探测方法相同；X轴和y轴线圈彼此正交且垂直井轴，测得的磁场分量Hxx和H yy，用于 计算垂直电导率。该仪器采用20?200kHz的10个频率，测量磁场张量的Hxx、H yy、Hzz、Hxy、 Hxz5个分量，使用多频聚焦方法减小井眼影响，处理后的数据，可按无井眼和泥浆侵入的ID 水平层状地层来做资料处理和解释。
[0003] 斯伦贝谢公司2004年推出一种名为Rt-Scanner的三分量感应测井仪器，其线圈 系设计采用了基于阵列感应的三分量结构，使用不同于3DEX消除井眼影响的方式，在线圈 系之间布置金属电极来抑制井眼中的电流，减少井眼效应，使水平磁偶极子的井眼影响降 低到与垂直磁偶极子相同的水平。Rt-Scanner的研制推出为阐释薄层，各向异性储层或者 断层等提供了重要手段，它可以提供地层水平和垂直电阻率的信息以及任意斜度井的方位 角和倾角的信息，用以解释构造。在模拟井中实验表明，减少井眼效应的效果是非常明显 的，但仪器结构复杂。2006年斯仑贝谢正式推出Scanner-Rt成套测井仪设备。
[0004] 国内，中国石油集团测井有限公司生产的阵列感应成像测井仪器（MIT)，具有纵向 分辨率高、径向探测深度大等优点。采用单个发射线圈和多个接收线圈组合，利用软件聚焦 方法得到不同分辨率（0. 3、0. 6和I. 2m)和不同探测深度（5种探测深度：0. 25、0. 50、0. 75、 1. 50和2. 25m)的电阻率曲线。
[0005] 对于三分量感应测井仪的研制来说，国内起步较晚，2012年中国石油集团测井 有限公司陈涛等人的发明专利"一种三维感应测井仪器线圈系的设计方法"，提出了设 计线圈系参数的最优化方法；使用该方法设计了平板型三维感应线圈系，其基本结构与 Scanner-Rt -致。同年，中国石油集团长城钻探工程有限公司肖加奇等人的实用新型专利 "三轴正交线圈系"，提供一种测量水平和垂直电导率的三轴正交线圈系的绕制方法。2013 年，中国海洋石油总公司孙向阳等人的实用新型专利"一种三分量感应测井仪的线圈结 构"，也是在现有三分量感应测井的2发1收子阵列的结构基础上，提供了一种发射-接收 线圈系可在仪器骨架上调节的线圈结构。
[0006] 上述所有的三分量感应测井仪器都是1个发射2个接收的子阵列结构。这种结构 存在严重的井眼影响等问题：井眼和泥浆侵入对水平磁偶极子源测井响应的影响比对垂直 磁偶极子源的影响严重和复杂得多，当泥浆电导率增大时，地层视电导率减小并且出现负 值，测量值不能反映地层信息。
【发明内容】
[0007] 为了克服现有三分量感应测井的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种测量垂直 方向地层电导率的线圈系，设计线圈系结构和发射电路控制，测量井眼周围不同深度的丰 富地层电阻率信息，该信息可以通过二维信号聚焦合成处理，有效消除井眼、趋肤效应和环 境影响，准确获取用户所需的较大电阻率范围的地层信息。
[0008] 为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
[0009] 一种测量垂直方向地层电导率的线圈系，其线圈系结构由缠绕在非导电骨架上的 至少一个子阵列组成，每个子阵列由2个发射线圈和1个接收线圈组成，2个发射线圈分别 为主发射线圈和副发射线圈，所有线圈的法向方向与X轴重合或平行，或者与y轴重合或平 行；2个发射线圈缠绕方向相同，接收线圈位于副发射线圈的一侧，缠绕方向与发射线圈一 致。
[0010] 所述的2个发射线圈和1个接收线圈为一个子阵列，使用时位置布置采用8个 子阵列，需要16个发射线圈，16个发射线圈共用一个接收线圈，所有线圈共同缠绕于非 导电芯棒上，电路设计采用"分时控制"，实现8个子阵列分别完成井眼周围地层电导率 的测量，主发射线圈间距分别为 〇· 15m、-0· 225m、0. 3000m、-0· 3750m、0. 5250m、-0· 6750m、 0· 9750m、I. 8000m ;副发射线圈间距分别为 0· 07482m、-0· 15011m、0. 22389m、-0· 30173m、 0. 3770m、-〇. 52667m、0. 67386m、I. 35145m。
[0011] 发射线圈与接收线圈处于共面或者平行。
[0012] 本发明的优点为：线圈系结构由缠绕在非导电骨架上的8个子阵列组成，每组子 阵列由2个发射线圈和1个接收线圈组成，线圈的法向方向与X轴（或者y轴）重合或平 行，2个发射线圈绕向相同，均施加正弦变化电流源，同时向井眼周围地层媒质发射交变电 磁信号；在距发射线圈一定距离布置一个相同方向绕向的接收线圈，接收来自地层的感应 信号，发射线圈和接收线圈的位置采取对常规三分量感应测井仪器对偶原则得到；主发射 和副发射线圈的匝数根据接收信号聚焦的程度，通过在两发射线圈施加电流的大小来调 整；发射电路分时控制向线圈系提供交变电磁信号，实现不同子阵列测量接收电压而获取 地层信息，进一步研宄地层特征，寻找油气。本发明有效地解决了现有三分量感应测井在仪 器偏心、泥浆电阻率低、侵入带电阻率低、地层电阻率高和各项异性系数大等情况下出现的 负响应问题。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的线圈系布置方式示意图。
[0014] 图2为对应图1的3线圈系子阵列结构示意图。
[0015] 图3为子阵列7在均匀地层电导率为10S/m时的流线图。
[0016] 图4为本发明的子阵列7计算得到的视电导率随副发射线圈匝数和间距变化的二 维图。
[0017] 图5为对应本发明的子阵列7的一维（径向微分）几何因子图。
[0018] 图6为1个发射线圈、2个接收线圈组成的子阵列7的一维（径向微分）几何因子 图。
[0019] 图7为图5和图6两种情况下的几何因子图。
[0020] 图8为在均匀地层中，1个径向源即X方向、2个同方向的径向源即X方向和1个 轴向源即Z方向三种情况下视电导率解析解的对比图。
[0021] 图9为应用本发明线圈系构成的测量垂直方向地层电导率的阵列感应测井仪器 测量地层电阻率示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做详细叙述。
[0023] 一种测量垂直方向地层电导率的线圈系，其线圈系结构由缠绕在非导电骨架上的 至少一个子阵列组成，每个子阵列由2个发射线圈和1个接收线圈组成，2个发射线圈分别 为主发射线圈和副发射线圈，所有线圈的法向方向与X轴重合或平行，或者与y轴重合或平 行，2个发射线圈缠绕方向相同，接收线圈位于副发射线圈的一侧，缠绕方向与发射线圈一 致，测量井眼周围垂直方向的地层电导率。
[0024] 所述的2个发射线圈和1个接收线圈为一个子阵列，使用时位置布置采用8个 子阵列，需要16个发射线圈，16个发射线圈共用一个接收线圈，所有线圈共同缠绕于非 导电芯棒上，电路设计采用"分时控制"，实现8个子阵列分别完成井眼周围地层电导率 的测量，主发射线圈间距分别为 〇· 15m、-0· 225m、0. 3000m、-0· 3750m、0. 5250m、-0· 6750m、 0· 9750m、I. 8000m ;副发射间距分别为 0· 07482m、-0· 1501 lm、0. 22389m、-0· 30173m、 0. 3770m、-〇. 52667m、0. 67386m、I. 35145m。
[0025] 发射线圈与接收线圈处于共面或者平行。
[0026] 本发明的工作原理为：
[0027] 所述的接收线圈接收信号的原理如下：
[0028] 在均匀地层中，根据电磁场理论推导，得到双线圈系的测量电压V、仪器常数和视 电导率σ 3的公式为
【主权项】
1. 一种测量垂直方向地层电导率的线圈系，其特征在于，其线圈系结构由缠绕在非导 电骨架上的至少一个子阵列组成，每个子阵列由2个发射线圈和1个接收线圈组成，2个发 射线圈分别为主发射线圈和副发射线圈，所有线圈的法向方向与x轴重合或平行，或者与y 轴重合或平行；2个发射线圈缠绕方向相同，接收线圈位于副发射线圈的一侧，缠绕方向与 发射线圈一致。
2. 根据权利要求1所述的一种测量垂直方向地层电导率的线圈系，其特征在于，发射 线圈与接收线圈处于共面或者平行。
3. 根据权利要求1或2所述的一种测量垂直方向地层电导率的线圈系，其特征在于，所 述的2个发射线圈和1个接收线圈为一个子阵列，使用时位置布置采用8个子阵列，需要16 个发射线圈，16个发射线圈共用一个接收线圈，所有线圈共同缠绕于非导电芯棒上，电路设 计采用"分时控制"，实现8个子阵列分别完成井眼周围地层电导率的测量，主发射线圈间 距分别为 〇? 15m、-0? 225m、0. 3000m、-0? 3750m、0. 5250m、-0? 6750m、0. 9750m、1. 8000m ;副发 射间距分别为 〇? 〇7482m、-〇. 1501 lm、0. 22389m、-0. 30173m、0. 3770m、-0. 52667m、0. 67386m、 1.35145m〇
【专利摘要】一种测量垂直方向地层电导率的线圈系，线圈系结构由缠绕在非导电骨架上的子阵列组成，每组子阵列由2个发射线圈和1个接收线圈组成，线圈的法向方向与x轴或y轴重合或平行，2个发射线圈绕向相同，均施加正弦变化电流源，同时向井眼周围地层媒质发射交变电磁信号；在距发射线圈一定距离布置一个相同方向绕向的接收线圈，接收来自地层的感应信号，发射线圈和接收线圈的位置采取对常规三分量感应测井仪器对偶原则得到；主发射和副发射线圈的匝数可以根据接收信号聚焦的程度，通过在两发射线圈施加电流的大小来调整。发射电路分时控制向线圈系提供交变电磁信号，实现不同子阵列测量接收电压而获取地层信息，进一步研究地层特征寻找油气。
【IPC分类】E21B49-00
【公开号】CN104612671
【申请号】CN201410850500
【发明人】张妙瑜, 仵杰, 王武习, 解茜草, 赵志峰, 陈延军
【申请人】西安石油大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月31日