专利名称：一种高分辨率自然电位测井方法及测井仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及油田进行测井作业时所使用的一种方法以及为实施这一方法而专门设计的测井仪器，尤其是涉及一种具有较高分辨率的自然电位测井方法及测井仪器。
背景技术：
自然电位测井是最早用于地层评价的测井方法之一，至今仍是划分岩性、评价储集层、确定地层水矿化度的重要手段，是完井测井的必测项目。石油钻井过程中，使用的泥浆一般为水基泥浆，由于地层水电阻率与钻井泥浆电阻率不同，引起离子扩散作用和岩石颗粒对离子的吸附作用，产生扩散吸附电位。实验表明，纯泥岩的扩散吸附电位系数是59mv，纯砂岩地层的扩散吸附电位系数是-11.6mv。因此根据自然电位曲线，可以判断岩性和计算地层水矿化度。常规的自然电位测井方法采用地面电极作为参考电极，利用记录仪记录井下连续移动的测量电极相对于地面参考电极之间的电位变化，从而得到自然电位曲线。采用该方法获得自然电位曲线的缺点是这种测量方法由于采用地面电极作为参考电极，不可避免的要受到井场电场的干扰以及电缆传输的干扰，使信噪比降低，从而导致对薄油层的分辨率降低；此外。由于采用地面作为参考电极，电位要经过围岩和复杂的地层与地面电极之间形成回路，因此受到邻近围岩的影响，使信号幅度降低。
发明内容
为了解决常规自然电位测井方法采用地面电极作为参考电极导致分辨率低、信号幅度受围岩影响大、测量易受井场电磁场干扰等问题，本发明提供一种高分辨率自然电位测井方法以及为实施该方法而专门设计的一种测井仪器，该方法实施后，具有分辨率高、信号幅度稳定、测量不易受井场电磁场干扰等特点。
本发明的技术方案是该种高分辨率自然电位测井方法，其主要步骤为选择距离待测地层点最近的泥岩作为参考电极，测量待测地层点与此参考电极之间的电位差，将此电位差记录下来上传至地面测井数据记录仪，得到自然电位曲线。
如何选择距离待测地层点最近的泥岩，需要借助于专门设计的测井仪器，这种测井仪器包括仪器外壳、仪器骨架、尾帽以及电源变压器。该仪器的核心部分如下在所述仪器外壳内包含有一个31芯接头、一块采集电路及控制电路板，在仪器外壳外连接一个以橡胶为载体镶嵌有16个电极的电极系以及马笼头。所述采集电路及控制电路板上包括多路选通电路、比较电路、模数转换电路、数据上传电路、单片机采集控制电路、单片机复位电路。所述电极系从上到下分别被称为电极N15～N1、M，其中电极M为测量电极，电极N1～N15为参考电极，各个电极之间相互绝缘，分别通过31芯接头与仪器外壳内的多路选通电路中的多路信号输入端相连。其中单片机采集控制电路中的晶体振荡器向单片机提供时钟脉冲，单片机采集控制电路向多路选通电路发送选通信号，多路选通电路将选通后的参考电极连入比较电路的一输入端，与另一输入端上连通的测量电极M进行差动测量。由此比较电路输出的电位差信号，进入模数转换电路，在单片机采集控制电路的控制下，模数转换电路完成数据转换后，由单片机采集控制电路采集数据，并放入单片机内部数据存储器，然后发送选通信号选择下一通道。单片机通过数据上传电路将数据传输到上位机，电源供电线和通讯线通过31芯接头与马笼头相连，再通过电缆连接到地面仪器上。
本发明具有如下有益效果由于采取上述方案后，取消了地面参考电极，全部电极系放在井下，因此抗干扰能力强，测量值稳定，在薄层上的幅度明显高于常规方法下测得的自然电位曲线，比常规曲线更接近于静自然电位值。通过实验证实采用本种方法后测井曲线分辨率高，纵向分辨率能够达到0.2米，并且与岩性剖面吻合很好。
图1是本发明中所涉及的高分辨率自然电位测井仪器的结构示意图。
图2是本发明中所涉及的高分辨率自然电位测井仪器的电气原理图。
图3是本发明中所涉及的高分辨率自然电位测井仪器中单片机的软件流程图。
图4是应用本发明所述方法后获得的高分辨率自然电位曲线与岩性剖面对比图。
图5是应用本发明所述方法后获得的高分辨率自然电位曲线与常规自然电位曲线对比图。
图中1-31芯接头，2-电源变压器，3-采集电路和控制电路板，4-仪器骨架，5-仪器外壳，6-尾帽，7-马笼头，S1-多路选通电路，S2-比较电路，S3-模数转换电路，S4-数据上传电路，S5-单片机采集控制电路，S6-单片机复位电路。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明本发明中所述方法之所以具有实用性是基于实验室的岩心分析结果。泥质砂岩地层的自然电位主要是扩散吸附电位，纯泥岩的扩散吸附电位系数是59mv，纯砂岩地层的扩散吸附电位系数是-11.6mv，因为测量电极M与落在泥岩地层的电极Ni之间电位差一定最小，因此选择Ni为参考电极，测量M、Ni之间的电位差，就可以得到地层的自然电位值。
由此构造了本发明中所述的一种高分辨率自然电位测井方法，即利用一种测井仪器选择距离待测地层点最近的泥岩作为参考电极，测量待测地层点与此参考电极之间的电位差，将此电位差记录下来上传至地面测井数据记录仪，沿井筒慢慢上提该仪器，可测得不同地层的自然电位值，最终得到一条完整的自然电位曲线。
图1是这种高分辨率自然电位测井仪器的结构示意图，其主要部分为仪器测量部分和电极系部分。电极系部分的结构为在一个绝缘的橡胶载体上，镶嵌16个电极，从上到下分别为N15～N1、M，M为测量电极，N1～N15为参考电极。电极M、N1～N15每个电极之间相互绝缘。仪器测量部分包括仪器外壳5、仪器骨架4、尾帽6以及电源变压器2；在仪器外壳5内包含有一个31芯接头、一块采集电路及控制电路板3，仪器测量部分上端通过31芯接头与电极系相连。所述采集电路及控制电路板3上包括多路选通电路S1、比较电路S2、模数转换电路S3、数据上传电路S4、单片机采集控制电路S5、单片机复位电路S6，其电气原理图如图2所示。其中单片机采集控制电路S5中的晶体振荡器向单片机提供时钟脉冲，单片机采集控制电路S5向多路选通电路S1发送选通信号，多路选通电路S1将选通后的参考电极连入比较电路S2的一输入端，与另一输入端上连通的测量电极M进行差动测量。由此比较电路S2输出的电位差信号，进入模数转换电路S3，在单片机采集控制电路S5的控制下，模数转换电路S3完成数据转换后，由单片机采集控制电路S5采集数据，并放入单片机内部数据存储器，然后发送选通信号选择下一通道。单片机通过数据上传电路S4将数据传输到上位机，电源供电线和通讯线通过31芯接头与马笼头相连，再通过电缆连接到地面仪器上。
图3是本发明中所涉及的高分辨率自然电位测井仪器中单片机的软件流程图，工作过程为单片机首先初始化系统，并设置VMN＝0，设置i＝15就是选择电极N15，测量电极M和N15的电位差VMN15，判断VMN15是否小于VMN，如果是就用VMN15的值取代VMN的值，并开始测量14号电极的测量；如果否，就直接开始下一电极测量。以此类推，每个电极都要进行比较，这是测量完全部电极后，这时的VMN的值就是最小的电位差值，将数据写入存储器，这个值就是我们测量的电极M点相对最佳泥岩参考点的自然电位值。
应用本发明后具体工作过程如下测井仪器通过测井铠装电缆下放到充满水基泥浆的井筒，仪器下放到测量目的层后，通过电缆向仪器供交流180v交流电，经过整流滤波获得仪器需要的工作电压，仪器开始工作。
首先，系统上电后，晶体振荡器Y1向单片机提供时钟脉冲，由MAX813组成的看门狗电路向单片机89C51发送复位信号，单片机复位后，对系统初始化，并进入控制采集过程。首先单片机向16选一开关ADG406发送选通信号，选通通道15，使通道15的N15电极连入由ICL7560组成的差动放大器的一输入端，与另一输入端的M电极进行差动测量，得到两点之间的电位差VMN15，进入由AD574组成的模数转换电路，在单片机的控制下，模数转换电路完成数据转换后，由单片机采集数据，并放入内部数据存储器。然后发送选通信号选择通道14，同样测量电位差VMN14，与VMN15进行比较，选择电位差最小的数据存入内部数据存储器，依此类推，全部数据测量完成后，通过比较获得了该测量点最小VMni值，该值就是该测量点的自然电位值。单片机通过串行通讯接口MAX485将数据传输到上位机，完成了该点的测量，然后沿井筒向上移动开始下一点的测量，在经过不同的地层时，测井仪器内的单片计算机同样控制多路选择开关。
图4是应用本发明所述方法后获得的高分辨率自然电位曲线与岩性剖面对比图。通过与岩性剖面资料对比，曲线的分辨率达到0.2米，对于0.1米的地层有显示，这表明应用本发明后有利于划分薄层、薄互层和层内细分。此外图4显示的是一口井的测井资料，该层段岩性复杂，孔隙度差，薄互层发育，地层非均质；多数岩心为泥质粉砂岩和含钙粉砂岩，常规自然电位曲线无法分辨地层的变化，而显然本发明应用后得到的曲线相对真实地反映了地层的变化，与岩性剖面吻合很好。
图5是应用本发明所述方法后获得的高分辨率自然电位曲线与常规自然电位曲线对比图，将高分辨率自然电位曲线称为GSP曲线。GSP曲线在厚层的幅度与常规自然电位曲线一致，在薄层上的幅度明显高于常规自然电位曲线，这说明GSP曲线受围堰影响小，幅度真实，比常规曲线更接近于静自然电位值。在应用这种方法后，改变了常规自然电位测量方法采用地面作为参考电极的方式，将全部电极系放在井下，因此测井时不易受到井场电磁干扰和电缆传输干扰，使得仪器具有较强的抗干扰能力，所得到的测量值稳定。从以上的资料可以证明，本发明中所述高分辨自然电位测井仪器及方法的应用效果明显好于常规自然电位测井方法，实现了本发明的目的。
权利要求
1.一种高分辨率自然电位测井仪器，包括仪器外壳(5)、仪器骨架(4)、尾帽(6)和电源变压器(2)，其特征在于在所述仪器外壳(5)内包含有一个31芯接头、一块采集电路及控制电路板，在仪器外壳(5)外连接一个以橡胶为载体镶嵌有16个电极的电极系以及马笼头；所述采集电路及控制电路板上包括多路选通电路(S1)、比较电路(S2)、模数转换电路(S3)、数据上传电路(S4)、单片机采集控制电路(S5)、单片机复位电路(S6)；所述电极系从上到下分别为电极N15～N1、M，其中电极M为测量电极，电极N1～N15为参考电极，各个电极之间相互绝缘，分别通过31芯接头与仪器外壳内的多路选通电路(S1)中的多路信号输入端相连；其中单片机采集控制电路(S5)中的晶体振荡器向单片机提供时钟脉冲，单片机采集控制电路(S5)向多路选通电路(S1)发送选通信号，多路选通电路(S1)将选通后的参考电极连入比较电路(S2)的一输入端，与另一输入端上连通的测量电极M进行差动测量，由此比较电路(S2)输出的电位差信号，进入模数转换电路(S3)，在单片机采集控制电路(S5)的控制下，模数转换电路(S3)完成数据转换后，由单片机采集控制电路(S5)采集数据，并放入单片机内部数据存储器，然后发送选通信号选择下一通道，单片机通过数据上传电路(S4)将数据传输到上位机，电源供电线和通讯线通过31芯接头与马笼头相连，再通过电缆连接到地面仪器上。
2.一种高分辨率自然电位测井方法，其特征在于使用权利要求1中所述高分辨率自然电位测井仪器选择距离待测地层点最近的泥岩作为参考电极，测量待测地层点与此参考电极之间的电位差，将此电位差记录下来上传至地面测井数据记录仪，得到自然电位曲线。
3.根据权利要求2中所述高分辨率自然电位测井方法，其特征在于此测井仪器内单片机采集控制电路(S5)中的单片机控制多路选通电路(S1)中的多路选择开关，依次测量电极M和电极N1～N15间的电位差，通过比较选择出电位差最小的电极，此时参考电极Ni的位置即是最佳的泥岩参考点，测量并记录M与Ni之间的电位差，这个电位差就是电极M点所在地层的自然电位，将此高分辨率自然电位测井仪器沿井筒向上移动，边移动边测量不同地层的自然电位值，获得完整的一条自然电位曲线。
全文摘要
一种高分辨率自然电位测井方法及为实施该方法而专门设计的测井仪器。主要解决常规自然电位测井方法采用地面电极作为参考电极导致分辨率低、信号幅度受围岩影响大、测量易受井场电磁场干扰等问题。其特征在于在所述仪器外壳(5)内包含有一个31芯接头、一块采集电路及控制电路板，在仪器外壳(5)外连接一个以橡胶为载体包含16个彼此绝缘电极的电极系，使用此种仪器在单片机的控制下选择距离待测地层点最近的泥岩作为参考电极，测量待测地层点与此参考电极之间的电位差，将此电位差记录下来上传至地面测井数据记录仪，得到自然电位曲线。具有分辨率高、信号幅度稳定、测量不易受井场电磁场干扰等特点。
文档编号G01V3/26GK1916360SQ20061015272
公开日2007年2月21日 申请日期2006年9月26日 优先权日2006年9月26日
发明者王伟男, 姜亦忠, 丁柱, 陈强 申请人:大庆石油管理局