基于网络并行电法技术的方位电测井装置及其测量方法与流程

技术领域

本发明属于地球物理勘探测量方法领域，特别是岩土工程领域的测井技术领域，具体涉及一种基于网络并行电法技术的方位电测井装置及其测量方法。

背景技术：

电测井是利用岩层的电化学特性、导电特性来评价岩层岩性、渗透性、裂隙发育特性的地球物理测井方法，采用一定的电极装置沿钻孔记录岩层的自然电位、视电阻率变化称为电法测井，目前的岩土工程勘察领域，随着基础建设工程的快速发展，电法测井技术的需求上升较快，目前工程测井仪器在实际使用存在诸多不足，主要表现在：

1）工程电测井多不配备测斜系统，钻孔轨迹路径偏差较大，给测井数据定位带来误差；

2）工程钻孔在潜水位以上时，孔内无水；地下空间的仰角孔，孔内无水；井内无水耦合时不能进行电测井；

3）工程电测井一般为4个电极构成，不能对钻孔周边进行电性细分；

4）测井数据处理结果简单，多为自然电位和视电阻率2条曲线；且难以给出孔壁深度范围情况。

技术实现要素：

针对上述工程测井仪器存在的不足，本发明将并行电法技术与测斜仪器相融合，来解决现有技术中的问题。并行电法技术是基于国家发明专利 “分布式并行智能电极电位差信号采集方法”（ 发明专利号：ZL200410014020）与网络系统集成技术构建，其优点主要是探测效率高：几分钟内可以获取其他电法仪几个小时的数据量；获取参数多：一次探测可以获取自然电位，一次场，二次场等信息；采集数据量大：包含各种装置数据，同时还包含不等间距的数据；采集信号的信噪比高：为一次供电，所有测量电极同步测量，获取整个电场信号等，将并行电法运用到测井中可提高测井的现场工作效率。同时在钻孔测斜模块装置加入方位角、倾角和横滚角（横滚角是描述探管在钻孔内转动的参数）等参数，可直观准确的对钻孔进行测斜，便于后期的成果表达。

本发明为实现其目的所采取的技术方案：基于网络并行电法技术的方位电测井装置，包括手持控制端和探管装置；所述手持控制端由装备进尺对时打点功能软件的手持机，无线信号传输系统及显示装置组成；所述的探管装置包括钻孔测斜模块装置和并行电法模块装置，电极通过弹片或弹簧球安装固定于探管的外周；所述钻孔测斜模块装置包括钻孔测斜仪及其配套的数据传输装置；所述并行电法模块装置实现并行电法电位差测量、电流发射及通过配套的传输装置传输数据。

所述探管装置安装在与探管装置直径配套的作为推送装置的钻机或推送杆上。

所述电极在探管径向剖面外周以对应个数布设，构成剖面测量系，确保电极与孔壁的接触，；所述剖面测量系沿探管长度方向布置若干个，且各剖面测量系之间等距间隔布设；所述剖面测量系按其在探管外的个数可分为单剖面测量系、双剖面测量系、三剖面测量系、四剖面测量系、五剖面测量系或六剖面测量系。所述每个剖面测量系的电极的个数n为4~64，其中可以有2个电极不在钻孔内，一个为供电电极B，另一个为公共电极N。

钻孔测斜模块装置中的高精度罗盘，用于测量探管在钻孔中的方位角、倾角和横滚角。

本发明的系统数据采集方式采用的是一种点电源供电并行采集的AM技术，探测效率极高。即除掉两个供电电极外，其他电极同时采集电位信号，整个采集过程中没有闲置电极。

所述探管装置一端安装在与探管装置直径配套的钻机或推送杆上，利用钻机或者人工进行推送进入钻孔，并控制其前进、后退或旋转。

本发明在钻孔内建立人工电场场源，定点定向测量钻孔内的电性变化的装置，构成钻孔内的新型方位电测井系统，可服务于岩土工程、地下工程、地质灾害及矿山安全领域的钻孔测斜与岩性、构造的测量。

本发明还提供一种用于所述测斜测井装置的测量方法，包括以下步骤：

（1）设备组装：将探管装置与相配套直径的钻杆或推送杆相连接；

（2）数据采集：

a、将探管装置与手持控制端开机后进行时间同步，同步后探管装置内的测斜装置和网络并行电法电位差测量装置即开始按照一定的时间间隔进行数据采集与保存数据；

b、启动推送装置，将探管装置送入钻孔中，待送入到探测段时，在第一个探测点保持探管静止状态，启动手持控制端上的时间进尺对时打点功能软件（进尺表示探头进入钻孔的深度），记录当前探管所在位置的时间点和对应深度h，由于探管装置内的两模块段所采集的测斜数据和电法数据为实时数据且都有相对应的时间，所以通过手持控制端内所记录的时间点就可以提取出探管所在位置的测斜信息和电法信息；

c、第一点测量完成后，继续推送钻杆至下一测量点，重复b步骤中的操作，直至整个钻孔测量工作结束。

（3）数据处理：探管装置与手持控制端通过无线传输装置传输、保存并处理采集到的数据；通过测斜数据进行成图可获取整个钻孔空间三维形态，通过并行电法模块可获取钻孔不同深度、孔壁方位的自然电位、视电阻率、视极化率信息；测量参数均可导出到PC端进行成图和相关处理。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明基于钻孔测斜技术和网络并行电法勘探技术，在探管装置尾端布设并行电法模块，在进行钻孔轨迹测量时，可以同步测量钻孔内不同方位的自然电位信息，实时计算出方位电阻率、方位极化率等关键特征量；

（2）本发明能够根据电极系的不同位置，按照电法体积效应，给出钻孔孔壁径向深度的三维视电阻率、视极化率信息，获取钻孔径向深度围岩的三维电性分布图；进行三维电阻率、极化率反演计算，可得到异常区域的精确定位；而传统电法测井，只能获得孔壁的电阻率曲线。

（3）结合钻孔外手持机的时间及孔深位置记录，不采用钻孔外的B、N电极时，能够实现无缆式方位电阻率、极化率测井，可用于拔钻后不成孔的特殊工程钻孔的随钻电法测井，如“地老鼠”式等穿线管钻机的岩性判断；

（4）本发明测量快速有效，不需要使用耦合剂，仰孔和俯孔均适用，具有广泛的工程市场需求；

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1：本发明实施例1中测斜测井装置的结构示意图；

图2：本发明实施例2中测斜测井装置的结构示意图；

图3：本发明中探管装置的横向截面，即剖面测量系的结构示意图（自右向左依次为单剖面测量系a、双剖面测量系b、三剖面测量系c、四剖面测量系d、五剖面测量系e、六剖面测量系f）；

图4：电极计算空间电位电阻率示意图；

图5：根据方位角和倾角换算空间点位坐标示意图；

图6：本发明测斜测井装置在钻孔中采集数据的示意图。

图中：1-手持机；2-探管装置；3-并行电法模块装置；4-钻孔测斜模块装置；5-电极；6-钻孔；7-隧洞。

具体实施方式

在岩土工程勘察中，孔壁的岩性、构造变化，表现为孔壁及壁后横向和纵向的电性特征不同，直流电法最为敏感的正是介质体电性差异，这就为电测井提供了良好的地球物理探查基础。本发明将并行电法作为岩性变化检测手段，将钻孔测斜、对时作为钻孔轨迹检测手段，对钻孔轨迹及岩性变化进行系统检测。本发明将并行电法模块和测斜模块进行组装，其中电法模块主要采集电位数据、发射电流，计算自然电位、视电阻率和视极化率；测斜模块测量方位角、倾角和横滚角信息，用于计算装置的具体位置信息；用测斜装置计算出的位置信息来精确定位电极系统的位置信息，用自然电位、视电阻率和视极化率信息来解决钻孔岩性、构造、渗流的判断。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

如图1和图2所示的测斜测井装置，包括手持机1以及探管装置2，所述的探管由钻孔测斜模块装置4和并行电法模块装置3组成，并行电法模块装置3与钻孔测斜模块装置4间距为L，并行电法模块装置3的电极间距L₀，并行电法模块装置3的外周由N个剖面测量系组成。手持机1与探管装置2均布设有无线传输装置并通过其进行数据传输。

如图3所示的并行电法模块装置3外周的电极5布设方式。电极5在探管径向剖面外周以对应个数布设，构成剖面测量系。剖面测量系沿探管长度方向布置若干个，且各剖面测量系之间等距间隔布设；所述剖面测量系按其在探管外的个数可分为单剖面测量系、双剖面测量系、三剖面测量系、四剖面测量系、五剖面测量系或六剖面测量系；每个剖面测量系通过弹片或弹簧球安装有n个电极，n为4~64，。

这样，在进行数据采集时每个电极测量系可获取一定深度的电性剖面（每四个电极可提取出空间一个电阻率点，剖面最大深度h=(n-1) L₀/2，如图4）。

钻机或推送杆均可作为推送装置，推送杆也可安装于钻机或直接通过手持方式将推送杆及探管装置送入钻孔6；通过钻机或手持方式控制探管装置的前进、后退或旋转。所述手持机1为装备进尺对时打点功能软件的手持机1。

本发明还提供一种用于所述方位电测井装置的测量方法，包括以下步骤：

（1）设备组装：将探管装置2中的钻孔测斜模块装置4和并行电法模块装置3连接安装成一整体，并行电法模块装置3的一端安装在推送装置上；利用钻机或者人工进行推送进入钻孔，并控制探管装置前进、后退或旋转，通过各剖面测量系及旋转探测，获得以钻孔为中心0.5倍剖面长度为半径范围内的数据体。

（2）数据采集：通过推送装置将探管装置沿钻孔轴线方向送入至初始位置，同时启动手持控制端的时间进尺对时打点功能软件，在探管装置平稳状态下，由钻孔测斜模块自动测量初始位置的方位信息，由网络并行电法电位差测量装置自动测量初始位置的电位信号，由手持机内部打点功能软件记录初始位置的时间信息，待该测点测量完成后将探管移动至下一目标进尺位置，并按上述方式测量并记录相关信息，如此反复，直到完成整个钻孔测量任务。

具体操作：启动推送装置，如图5所示，将探管装置2沿隧道7中的钻孔6送入钻孔，启动手持机1上的时间进尺对时打点功能软件，将探管与手持机同步，将探管送入到探测区域时，先稳定住探管装置2，记录探管装置2在平稳状态下的时间t、探管深度H、方位角α、倾角β、横滚角γ、以及电极电位测量数据，完成记录后通过推送装置将探管装置2移动至目标进尺位置，并再次记录时间、位置信息以及电极测量数据，如此反复，直到完成测量任务；

（3）数据处理：探管装置2与手持机1通过无线传输装置传输、保存并处理采集到的数据；以孔口为坐标原点建立空间三维坐标系xyz，测线与原点的连线在空间xy面内的投影与x轴的交点即为方位角α，连线与xy面的夹角为β，如图6所示，以此为原则将测斜所得到的信息在三维空间内进行表达；表达结果可在手持机端显示，并进行自动存储；通过处理解析软件对所获数据进行进一步处理，得到不同深度的相关参数，也可导出到PC端进行相应成图与处理。

以上实施例并非仅限于本发明的保护范围，所有基于本发明的基本思想而进行的修改或变动都属于本发明的保护范围。