一种用于石油测井的高灵敏度磁场传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种感应式磁场传感器，其包括：磁芯，其用于聚集空间中变化的磁通量；多匝线圈，其用于感应空间中变化的磁场；放大电路，其用于放大微弱的感应信号，使其可被后续设备监测；其中，所述磁芯呈工字型，包括中空的磁芯管和固定于所述磁芯管两端的中空扁平磁通聚集器，所述磁芯管和磁通聚集器的内径相同，所述多匝线圈缠绕在所述磁芯管上，且其两端接所述放大电路。本发明不仅可以串于石油测井电缆之上，方便作业，还可以最大程度的利用井下的有限空间，实现磁场传感器高灵敏度。实际勘探中，通过本发明获取磁场值大小，和电场数据合用，反演岩石的电阻率分布，探明地质情况和石油能源分布。
【专利说明】一种用于石油测井的高灵敏度磁场传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器【技术领域】，尤其涉及一种用于石油测井的高灵敏度磁场传感器。
【背景技术】
[0002]在油气田的勘探和开发阶段，现场地质工作的重要任务之一就是落实地质构造划分钻井地质剖面。通过确定钻井所穿过的各地质时代地层的层序、埋藏深度、地层厚度和岩石性质了解油气生、储、盖层的构造位置、岩性特征及含油气情况等。完成这些任务除通过钻井取心、井壁取心、岩屑录井等地质方法外，再就是通过测井方法，对岩层各种地球物理性质进行研究，间接地确定岩层的地质特性。
[0003]根据岩石的不同的可测量性能，石油测井方法分为很多种。其中，以岩石导电特性为基础的电磁测井方法中，例如电阻率测井，磁场传感器是必不可少的测量仪器之一。实际测量时，将发射线圈和磁场传感器固定于专用测井电缆上，送至井下，测井时绞车滚筒牵引电缆将仪器匀速上提，被测地层物理参数由仪器获取后，经缆芯传送到地面的记录仪器进行记录，将采集的相应物理参数，按一定的深度比例和横向比例记录在记录纸上，并将得到一条或几条连续变化的曲线，即测井曲线。
[0004]近年来，随着石油勘探开发的需要，测井技术发展已愈来愈迅速，各种类型的测井仪器也层出不穷。国外如斯伦贝谢、哈里伯顿、阿特拉斯、康普乐、俄罗斯等公司也不断开发测井新技术和仪器，但关于电磁法测井的仪器较少。且有着线圈结构简单，不包含磁芯，空间利用率低等弊端。国内的测井感应式磁场传感器更是刚刚起步，目前尚无成熟的仪器。
[0005]因此，在石油测井技术方面，感应式磁场传感器是不可或缺的核心技术，直接制约着我国石油测井电磁仪器的发展。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提出了一种用于石油测井的高灵敏度磁场传感器。
[0007]本发明提供的一种感应式磁场传感器，其包括:
[0008]磁芯，其用于聚集空间中变化的磁通量；
[0009]多匝线圈，其用于感应空间中变化的磁场；
[0010]放大电路，其用于放大微弱的感应信号，使其可被后续设备监测；
[0011]其中，所述磁芯呈工字型，包括中空的磁芯管和固定于所述磁芯管两端的中空扁平磁通聚集器，所述磁芯管和磁通聚集器的内径相同，所述多匝线圈缠绕在所述磁芯管上，且其两端接所述放大电路。
[0012]本发明应用以岩石导电特性为基础的众多测量方法中，例如电阻率测井。本发明不仅可以串于石油测井电缆之上，方便作业，还可以最大程度的利用井下的有限空间，实现磁场传感器高灵敏度。实际勘探中，通过本发明获取磁场值大小，和电场数据合用，反演岩石的电阻率分布，探明地质情况和石油能源分布。【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明中用于石油测井的高灵敏度磁场传感器结构示意图；
[0014]图2为本发明中磁芯形状的分解示意图；
[0015]图3为本发明中放大电路第一通道放大模块的电路结构示意图；
[0016]图4为本发明中放大电路第一通道反相模块的电路结构示意图；
[0017]图5为本发明中放大电路第二通道放大模块的电路结构示意图；
[0018]图6为本发明中放大电路第二通道反相模块的电路结构示意图；
[0019]图7示出了本发明中用于石油测井的高灵敏度磁场传感器的频率响应示意图；
[0020]图8示出了本发明中用于石油测井的高灵敏度磁场传感器的本底噪声水平示意图；
[0021]图9示出了本发明用于石油测井的高灵敏度磁场传感器的实物示意图。
【具体实施方式】
[0022]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0023]图1示出了本发明提出的感应式磁场传感器的结构示意图。如图1所示，所述感应式传感器包括:磁芯1、多匝线圈2、低噪声放大电路3。其中，所述磁芯用于聚集空间中变化的磁通量；多匝线圈用于感应空间中变化的磁场；放大电路用于放大微弱的感应信号，使其可被后续设备监测。如图1所示，在一个工字型的磁芯I上，采用工程塑料作为骨架支撑和保护磁芯，在骨架上均匀缠绕多匝线圈2，多匝线圈2的两端连接低噪声放大电路3的输入端，低噪声放大电路3的输出端通过接头输出信号。由于磁芯管的特殊结构，该磁场传感器也呈管状，长度优选为150mm(不包括电路)，内径优选为20mm，外径优选为60mm。通过磁芯、线圈和低噪声放大电路的相互匹配，该磁场传感器的等效输入磁场噪声可达到1pT/ V HzilHz0
[0024]该磁场传感器可以串于外径小于20mm的石油测井系统中轴骨架之上，并可置于内径大于70_的石油测井套管中，适用于适用于井下高温探测环境，极大程度的利用了井下有限的空间，降低了仪器体积与成本。
[0025]该种用于石油测井的高灵敏度磁场传感器在井下工作温度为+180°C，因此该磁场传感器的磁芯、线圈和电路板的工作温度范围为_40°C?210°C。
[0026]具体地，本发明提出的感应式磁场传感器的磁芯I呈工字型，具体由磁芯管11和位于磁芯管11两端的磁通聚集器12构成，中间为细长的中空圆柱体磁芯管(图1中白色为中空部分)，长度Ietffe可选范围为50mm?500mm,优选为118mm,内径Di可选范围为5mm?100mm,优选为24mm,外径D。可选范围为1mm?500mm,优选为30mm,两端为扁平的中空圆柱体磁芯管，长度t可选范围为Imm?20mm,优选为5mm,内径Di可选范围为5mm?100mm,优选为24mm,外径D。可选范围为20mm?500mm,优选为56mm,磁芯管11的内径和磁通聚集器12的内径相同，磁芯管11的外径远小于磁通聚集器12的外径。磁芯管11和磁通聚集器12的形状示意图如图2所示。这三部分磁芯紧密的固定在一起。
[0027]中间细长的圆柱体磁芯，称为磁芯管。具有一定壁厚的磁芯管可替代传统的实心圆柱体磁芯，从而使得整体的磁场传感器呈管状，适用于井下作业的需求。
[0028]两端扁平状圆柱体磁芯环，称为磁通量聚集器，通过采用该技术，较短的磁芯实现与较长磁芯的有效磁导率相等，即在较小的体积内，实现了较高的灵敏度。
[0029]磁芯材料优选地采用软磁铁氧体材料。该材料的初始磁导率高、电导率低，可以在-40°C~210°C实现磁感应强度的无损耗放大，从而达到所需灵敏度。磁芯材料可以用坡莫合金来实现。
[0030]本发明所述感应式磁场传感器的磁芯不同于传统的棒状磁芯。首先，采用两端扁平的圆盘状磁芯，称为磁通量聚集器，增加磁芯聚集的磁通量，提高磁芯表面磁导率，从而在较小的体积内，实现了更高的灵敏度。其次，采用具有一定壁厚的磁芯管替代传统的实心圆柱体磁芯，从而使得整体的磁场传感器呈管状，可穿于石油测井系统中轴骨架之上，适用于井下作业的需求。
[0031]对于传统的棒状磁芯，由于退磁场的存在,磁芯表面磁导率远远小于材料本身的初始磁导率μ ro假设磁芯的等效直径为d，磁芯长度为1。_，则m = lcore/d为磁芯的长径比，其退磁因子(NB)为:
【权利要求】
1.一种感应式磁场传感器，其包括: 磁芯，其用于聚集空间中变化的磁通量； 多匝线圈，其用于感应空间中变化的磁场； 放大电路，其用于放大微弱的感应信号，使其可被后续设备监测； 其中，所述磁芯呈工字型，包括中空的磁芯管和固定于所述磁芯管两端的中空扁平磁通聚集器，所述磁芯管和磁通聚集器的内径相同，所述多匝线圈缠绕在所述磁芯管上，且其两端接所述放大电路。
2.如权利要求1所述的感应式磁场传感器，其特征在于，所述磁通量聚集器用于增加磁芯聚集的磁通量。
3.如权利要求1所述的感应式磁场传感器，其特征在于，所述磁芯管长度为50mm?500mm,内径为5_?100mm,外径为10_?500mm,所述磁通聚集器的长度为1_?20mm,内径为5_?100mm,外径为20_?500mm。
4.如权利要求3所述的感应式磁场传感器，其特征在于，所述磁芯管长度为118_，内径为24mm,外径为30mm,所述磁通聚集器的长度为5mm,内径为24mm,外径为56mm。
5.如权利要求1所述的感应式磁场传感器，其特征在于，所述放大电路包括两个通道，其中第一通道用于将多匝线圈感应信号放大第一预定值后输出第一放大信号，第二通道用于将所述第一放大信号放大所述第一预定值后输出第二放大信号，扩大了传感器动态范围。
6.如权利要求4所述的感应式磁场传感器，其特征在于，所述第一通道和第二通道分别包括放大模块和反相模块，所述放大模块用于将输入信号进行放大输出，所述反相模块用于将放大模块输出的信号进行反相，使得信号差分输出。
7.如权利要求5所述的感应式磁场传感器，其特征在于，所述放大模块采用两级串联的放大芯片实现。
8.如权利要求1-6任一项所述感应式磁场传感器，其特征在于，其适用于井下高温探测环境。
9.如权利要求7所述的感应式磁场传感器，其特征在于，所述磁芯的中空部分适用于穿设在测井系统中轴骨架之上。
【文档编号】G01R33/02GK104035055SQ201410166604
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】闫彬, 朱万华, 刘雷松, 方广有 申请人:中国科学院电子学研究所