专利名称：脉冲互感式接箍检测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油田生产测井技术领域中所用的一种检测工具，尤其是涉及一种可对油管和套管的接箍信号进行检测的仪器。
背景技术：
在生产测井中，油管或套管的接箍信号是一个重要的测井参数，利用此参数可以校正测井深度以及检查管柱结构。现有技术中，对接箍信号进行检测的常规仪器是传统的磁性定位器。这种磁性定位器的结构是在两个极性相对的永久性磁钢中间放置一个检测线圈，检测线圈的输出端接信号处理电路。其测井原理是当线圈周围的铁磁性介质发生变化时，引起磁场的重新分布，使线圈中磁通量发生变化，因而线圈中便产生感生电动势，通过对感生电动势的处理和记录，便可以检测到油管或套管的接箍信号。由于传统磁性定位器在磁钢的磁场强度和线圈参数选定之后，只能在一个很窄或一个固定的测井速度条件下工作，一旦当测井工艺、管柱状况和测井速度发生变化时，这种磁性定位器的分辨率也随之发生变化，不能有效地对接箍信号的进行检测。例如，在当测井工艺要求下井仪器居中测井时，磁性定位器也被居中，此时磁性定位器距管壁的距离要大于紧贴管壁时的距离，在测井速度一定的情况下，通过接箍时检测线圈内磁通量变化量要比贴靠井壁时的磁通量变化量小，线圈输出感生电动势的幅度低，信噪比小，降低了磁性定位器对接箍的分辨率。此外，当仪器被居中和测井速度一定，在直径大的管柱内测井时，线圈中磁通量的变化量要小于在直径小的管柱内测井时线圈中磁通量的变化量，线圈输出的感生电动势幅度降低，输出信号的信噪比小，接箍的分辨率差。另外，不管是贴近井壁的测井工艺还是居中的测井工艺，如果测井速度快，磁性定位器通过接箍时，其线圈内部磁通量变化率大，输出感生电动势高，输出信号的信噪比大；反之测井速度慢，磁通量变化率小，输出感生电动势低，输出信号的信噪比小。因此，测井速度不同、磁性定位器的分辨率也不同。
总之，在测井过程中，当管柱状况、测井速度、靠近井壁和仪器居中等因素发生变化时，这种磁性定位器对接箍信号的分辨率也随之发生变化，改变了信噪比，影响测井资料的质量。
实用新型内容为了克服现有技术中用于检测接箍信号的磁性定位器当外界因素发生变化时其对接箍信号的分辨率也随之发生变化因而改变了信噪比、影响了测井资料质量的不足，本实用新型提供一种脉冲互感式接箍检测器。该种脉冲互感式接箍检测器具有分辨率高、适应性强的的特点，其在应用中可解决居中测井和紧贴井壁测井时对接箍分辨率的影响、解决管柱内径的变化对接箍分辨率的影响以及解决测井速度对接箍分辨率的影响等问题。
本实用新型的技术方案是该种脉冲互感式接箍检测器，包括置于检测筒内的传感器、时序控制电路、传感器驱动电路、信号放大处理电路以及信号保持和压频转换电路。所述传感器不同于磁性定位器的结构，它主要是由磁芯、线圈架、激励线圈、检测线圈构成。其中，磁芯置于线圈架的中轴内部，激励线圈与检测线圈交叉但彼此绝缘的缠绕于线圈架的中轴上。激励线圈具有两个信号输入端，用于输入直流脉冲激励信号。检测线圈具有两个信号输出端和一个由中间抽头构成的接地端，由信号输出端向信号放大处理电路输出待放大的检测信号。
与上面传感器相对应的是一个特殊的驱动电路，此驱动电路被称为传感器驱动电路。它主要由微电子开关U7、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R21、NPN型三极管VT3、NPN型三极管VT4、NPN型三极管VT7、NPN型三极管VT8、PNP型三极管VT1、PNP型三极管VT2、PNP型三极管VT5、PNP型三极管VT6、二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4构成。其具体连接关系为微电子开关U7的13号管脚与12号管脚短接、6号管脚与5号管脚短接，此两个短接端分别接收来自于时序控制电路上的两个时序控制信号，其上的1号、9号、11号管脚分别经电阻R6、电阻R3、电阻R2接至正5伏电源，2号、4号管脚分别经电阻R4、电阻R5接地，其上的8号管脚接至NPN型三极管VT3的基极、10号管脚接至NPN型三极管VT4的基极、3号管脚接至PNP型三极管VT6的基极；NPN型三极管VT3的集电极接至正5伏电源，其发射极经过串联连接的电阻R9、电阻R11接地，其基极经电阻R10接地；PNP型三极管VT5的集电极接地，其发射极经过串联连接的电阻R7、电阻R8接至正5伏电源，其基极接至微电子开关U7的1号管脚；PNP型三极管VT1的集电极接至二极管VD1的正极，其发射极接至正5伏电源，其基极接至电阻R7与电阻R8的串联接点；NPN型三极管VT7的集电极接至二极管VD2的负极，其发射极接地，其基极接至电阻R9与电阻R11的串联接点；二极管VD1的负极与二极管VD2的正极相连；NPN型三极管VT4的集电极接至正5伏电源，其发射极经过串联连接的电阻R15、电阻R16接地，其基极经电阻R17接地；PNP型三极管VT6的集电极接地，其发射极经过串联连接的电阻R14、电阻R12接至正5伏电源；PNP型三极管VT2的集电极接至二极管VD3的正极，其发射极接至正5伏电源，其基极接至电阻R12与电阻R14的串联接点；NPN型三极管VT8的集电极接至二极管VD4的负极，其发射极接地，其基极接至电阻R15与电阻R16的串联接点；二极管VD3的负极与二极管VD4的正极相连，电阻R21接于二极管VD1的负极与二极管VD3的负极之间，电阻R21两端分别引出向传感器的激励线圈输出脉冲信号的信号输出端。
本实用新型具有如下有益效果由于采取上述方案的脉冲互感式接箍检测器以直流脉冲作为激励源，在直流脉冲维持期，激励线圈的磁场强度相对稳定，所以当其发生变化时，在油管或套管壁上产生感生电流的大小是由套管或油管的形状、位置及其材料的电磁参数决定的，因此检测线圈中感生电动势就是套管或油管的形状、位置及其材料电磁特性的函数，而不再受外界其它因素的影响。因此避免了在检测过程中受是否居中测井、管柱内径的变化以及测井速度等因素的影响，确保了所获得的测井资料的质量。
附图1是本实用新型中传感器的结构示意图。
附图2是本实用新型的信号流动示意图。
附图3是本实用新型中的时序控制电路电气原理图。
附图4是本实用新型中的时序控制示意图。
附图5是本实用新型中的传感器驱动电路电气原理图。
附图6是本实用新型中的信号放大处理电路的电气原理图。
附图7是本实用新型中的信号保持和压频转换电路电气原理图。
附图8是本实用新型中的信号传送电路电气原理图。
图中1-检测线圈，2-磁芯，3-线圈架，4-激励线圈。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明首先说明本实用新型的工作原理。脉冲互感式接箍检测器的测井原理是法拉第电磁感应定律，其检测方法是给传感器激励线圈提供一个直流电脉冲，在脉冲维持期，激励线圈周围产生一个稳定磁场，当直流脉冲停止后，这个稳定磁场发生变化并逐步消失，变化的磁场在油管或套管中产生沿管壁旋转的环形感生电流，该感生电流在油管或套管内部又产生次生磁场，这个次生磁场便使传感器检测线圈产生一个随时间而衰减的感生电动势。即ϵ=-dΦdt]]>dΦ＝ds·B其中ε为检测线圈的感应电动势、S检测线圈总面积(S＝KS1N、S1单一线圈面积、N为线圈匝数、K为磁常数)、Φ为磁通量、B为次生磁场强度。因在直流脉冲维持期，激励线圈的磁场强度相对稳定，所以当其发生变化时，在油管或套管壁上产生感生电流的大小是由套管或油管的形状、位置及其材料的电磁参数决定的，而次生磁场强度B和磁通量变化率dΦ受感生电流大小的影响，因此，检测线圈中感生电动势ε是套管或油管的形状、位置及其材料电磁特性的函数，即ε＝f(h，μ，σ，d，t)其中h--管柱厚度；μ--管柱磁导率；б--管柱电导率；d--管柱外经；t--环境温度。在油管或套管内测井时，油管接箍或套管接箍的厚度和外径都发生变化，从而引起了感生电动势ε的变化，因此通过对感生电动势的测量，便可检测出油管或套管接箍的位置，获得管柱的接箍曲线。
如图1结合图2所示，脉冲互感式接箍检测器包括置于检测筒内的传感器、时序控制电路、传感器驱动电路、信号放大处理电路以及信号保持和压频转换电路。其中传感器由磁芯2、线圈架3、激励线圈4、检测线圈1构成，磁芯2置于线圈架3的中轴内部，激励线圈4与检测线圈1互相交叉但彼此绝缘地缠绕于线圈架3的中轴上。激励线圈4具有两个信号输入端，检测线圈1具有两个信号输出端和一个由中间抽头构成的接地端。与这个传感器相配套的电路部分是由时序控制电路、传感器驱动电路、信号放大处理电路、信号保持和压频转换电路组成。其中时序控制电路为其它电路提供时序控制信号，使整个电路能够同步工作；传感器驱动电路为传感器激励线圈提供脉冲直流电流，使激励线圈产生间断的稳恒磁场；信号放大处理电路是将传感器检测线圈输出的接箍信号进行限幅放大和整形；信号保持和压频转换电路是将信号在采样时间间隔内进行保持，并将其进行压频转换。
时序控制电路电气原理图如图3所示，由与非门U1-1、U1-2、电阻R1、电容C1组成的时间震荡器产生周期60us时钟信号。该信号一为分频器提供时钟CP，二为后面的反复和电路提供时间控制信号K5。分频器U2对时钟CP进行分频，经过与非门U4、六反向器U5、U6和8与非门U3组成的调制电路对分频信号进行调制，获得控制信号K1、K2、K3、K4分别控制传感器驱动电路、信号放大处理电路、信号保持和压频转换电路，其时序如图4所示。
传感器驱动电路如图5所示，主要由微电子开关U7、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R21、NPN型三极管VT3、NPN型三极管VT4、NPN型三极管VT7、NPN型三极管VT8、PNP型三极管VT1、PNP型三极管VT2、PNP型三极管VT5、PNP型三极管VT6、二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4构成。其详细连接关系为微电子开关U7的13号管脚与12号管脚短接、6号管脚与5号管脚短接，此两个短接端分别接收来自于时序控制电路上的两个时序控制信号K1、K2，其上的1号、9号、11号管脚分别经电阻R6、电阻R3、电阻R2接至正5伏电源，2号、4号管脚分别经电阻R4、电阻R5接地，其上的8号管脚接至NPN型三极管VT3的基极、10号管脚接至NPN型三极管VT4的基极、3号管脚接至PNP型三极管VT6的基极；NPN型三极管VT3的集电极接至正5伏电源，其发射极经过串联连接的电阻R9、电阻R11接地，其基极经电阻R10接地；PNP型三极管VT5的集电极接地，其发射极经过串联连接的电阻R7、电阻R8接至正5伏电源，其基极接至微电子开关U7的1号管脚；PNP型三极管VT1的集电极接至二极管VD1的正极，其发射极接至正5伏电源，其基极接至电阻R7与电阻R8的串联接点；NPN型三极管VT7的集电极接至二极管VD2的负极，其发射极接地，其基极接至电阻R9与电阻R11的串联接点；二极管VD1的负极与二极管VD2的正极相连；NPN型三极管VT4的集电极接至正5伏电源，其发射极经过串联连接的电阻R15、电阻R16接地，其基极经电阻R17接地；PNP型三极管VT6的集电极接地，其发射极经过串联连接的电阻R14、电阻R12接至正5伏电源；PNP型三极管VT2的集电极接至二极管VD3的正极，其发射极接至正5伏电源，其基极接至电阻R12与电阻R14的串联接点；NPN型三极管VT8的集电极接至二极管VD4的负极，其发射极接地，其基极接至电阻R15与电阻R16的串联接点；二极管VD3的负极与二极管VD4的正极相连，电阻R21接于二极管VD1的负极与二极管VD3的负极之间，电阻R21两端分别引出向传感器的激励线圈输出脉冲信号的信号输出端S1、S2。
时序控制电路产生的控制信号K1、K2分别控制微电子开关U7的12脚、13脚和5脚、6脚。当K1信号的下降沿来临时，微电子开关U7的1脚和2脚接通、10脚和11脚接通，这时三极管VT1、VT5、VT4、VT8处于导通状态，电流通过三极管VT1、二极管VD1流入传感器的激励线圈，再经二极管VD4、三极管VT8流入电源地。当K1信号的上升沿来临时，微电子开关U7的1脚和2脚断开、10脚和11脚断开，这时三极管VT1、VT5、VT4、VT8处于截止状态，电流停止流入传感器的激励线圈。同理，当K2信号的下降沿来临时，微电子开关U7的3脚和4脚接通、8脚和9脚接通，这时三极管VT3、VT7、VT2、VT6处于导通状态，电流通过三极管VT2、二极管VD3流入传感器的激励线圈，再经二极管VD2、三极管VT7流入电源地，当K2信号的上升沿来临时，微电子开关U7的3脚和4脚断开、8脚和9脚断开，这时三极管VT3、VT7、VT2、VT6处于截止状态，电流停止流入传感器的激励线圈。通过以上过程，实现对传感器激励线圈脉冲直流式的驱动，使激励线圈周围产生间断的稳恒磁场。
图6是本实用新型中的信号放大处理电路的电气原理图，将传感器检测线圈输出的接箍信号输送到采用集成电路块OP07的U8、U9和U10组成的差动放大器的输入端S3、S4和S5，经二极管VD5、VD6、VD7和VD8限幅，将信号限幅在0.5V，然后由差动放大器对信号放大，由U10的6脚输出，并由稳压二极管VD9、VD10将信号稳压4.7V，稳压后的信号接到U13-1的1脚，时序信号K4接U13-1的13脚，控制U13-1的1脚和2脚的通断，在K4的负脉冲时间间隔内完成对信号的采集。采集后的信号经由U11、U12组成的绝对值电路对信号进行绝对处理和适当的放大调整，以满足后续电路的需要。
图7是本实用新型中的信号保持和压频转换电路电气原理图，由集成电路块U13-9、U13-3、U13-4、U14-1、U14-2和电容C6和C7组成信号保持电路，当K3正脉冲和K4负脉冲到达时，开始接收信号放大处理电路输出信号AC，当脉冲过后完成信号的接收并使信号得以保持。由集成电路块U15和一些电阻电容组成的压频转换电路将保持的电压信号转换成脉冲频率信号FC，该频率信号既可通过电缆驱动电路直接向电缆上传送，以便地面仪器对接箍曲线进行记录，也可作为接箍参数和其它测井参数一起传送至地面。
在本例中对部分电气元件的选择如下集成块U1-1、U1-2、U4-1、U4-2、U4-3、U4-4选择CD4011，电阻R1＝181千欧，电容C1＝180皮法，电容C2＝103法拉，集成块U5-1、U5-2、U5-3、U5-4、U5-5、U5-6均选择CD4069，集成块U6-1、U6-2、U6-3均选择CD4011，微电子开关U7选择CD4066，PNP型三极管VT1、VT2、VT5、VT6选择TIP32C，NPN型三极管VT3、VT4、VT7、VT8选择TIP31C，二极管VD1、VD2、VD3、VD4选择BTV-28-60，电阻R2、R3、R4、R5均为1千欧，电阻R6、R10、R13、R17、R19、R20均为2千欧，电阻R7、R11、R12、R16均为100欧，电阻R8、R9、R14、R15均为8.2千欧，R18＝7.5千欧。集成块U8、U9、U10采用OP07，集成块U13-2、U13-3、U13-4均选用CD4066，集成块U15为型号是VF32的压频转换器，集成块U14-1、U14-2为型号是CF353的双运算放大器。集成块U16-1、U16-2为D触发器，其型号为4013。集成块U17-1、U17-2为施密特触发器，其型号为4093。集成块U18为单运算放大器，其型号为OP027。集成块U19为功率放大器，其型号为BUF634P。
在脉冲互感式油套管接箍检测器制作完成后，在不同的管柱结构井中用不同的测井速度进行了实际测井试验。从测井效果分析，脉冲互感式油套管接箍检测器不但克服了传统磁性定位器存在的缺陷，而且还具有以下技术特点1、脉冲互感式油套管接箍检测器不但能够检测油管和套管的接箍信号，确定油管接箍和套管接箍的位置，而且还可以检测生产井的管柱结构和工具设置，定性地给出管柱内径的变化等。
2、在仪器居中和测井速度比较慢(50-100m/h)的条件下，该仪器对油套管接箍具有较好的分辨率，因此可应用到低速居中的测井下艺中。
3、该仪器可以单独测井，也可和其它仪器配接使用。
4、适应于较宽的测井速度范围(50-1200m/h)。
5、适应于管柱直径60--320mm。
6、适应于管壁厚度3--12mm。
权利要求1.一种脉冲互感式接箍检测器，包括置于检测筒内的传感器、时序控制电路、传感器驱动电路、信号放大处理电路以及信号保持和压频转换电路，其特征在于所述传感器由磁芯(2)、线圈架(3)、激励线圈(4)、检测线圈(1)构成，其中，磁芯(2)置于线圈架(3)的中轴内部，激励线圈(4)与检测线圈(1)缠绕于线圈架(3)的中轴上，激励线圈(4)具有两个信号输入端，检测线圈(1)具有两个信号输出端和一个由中间抽头构成的接地端。
2.根据权利要求1所述的脉冲互感式接箍检测器，其特征在于传感器驱动电路主要由微电子开关U7、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R21、NPN型三极管VT3、NPN型三极管VT4、NPN型三极管VT7、NPN型三极管VT8、PNP型三极管VT1、PNP型三极管VT2、PNP型三极管VT5、PNP型三极管VT6、二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4构成；微电子开关U7的13号管脚与12号管脚短接、6号管脚与5号管脚短接，此两个短接端分别接收来自于时序控制电路上的两个时序控制信号(K1、K2)，其上的1号、9号、11号管脚分别经电阻R6、电阻R3、电阻R2接至正5伏电源，2号、4号管脚分别经电阻R4、电阻R5接地，其上的8号管脚接至NPN型三极管VT3的基极、10号管脚接至NPN型三极管VT4的基极、3号管脚接至PNP型三极管VT6的基极；NPN型三极管VT3的集电极接至正5伏电源，其发射极经过串联连接的电阻R9、电阻R11接地，其基极经电阻R10接地；PNP型三极管VT5的集电极接地，其发射极经过串联连接的电阻R7、电阻R8接至正5伏电源，其基极接至微电子开关U7的1号管脚；PNP型三极管VT1的集电极接至二极管VD1的正极，其发射极接至正5伏电源，其基极接至电阻R7与电阻R8的串联接点；NPN型三极管VT7的集电极接至二极管VD2的负极，其发射极接地，其基极接至电阻R9与电阻R11的串联接点；二极管VD1的负极与二极管VD2的正极相连；NPN型三极管VT4的集电极接至正5伏电源，其发射极经过串联连接的电阻R15、电阻R16接地，其基极经电阻R17接地；PNP型三极管VT6的集电极接地，其发射极经过串联连接的电阻R14、电阻R12接至正5伏电源；PNP型三极管VT2的集电极接至二极管VD3的正极，其发射极接至正5伏电源，其基极接至电阻R12与电阻R14的串联接点；NPN型三极管VT8的集电极接至二极管VD4的负极，其发射极接地，其基极接至电阻R15与电阻R16的串联接点；二极管VD3的负极与二极管VD4的正极相连，电阻R21接于二极管VD1的负极与二极管VD3的负极之间，电阻R21两端分别引出向传感器的激励线圈输出脉冲信号的信号输出端(S1、S2)。
专利摘要一种可对油管和套管的接箍信号进行检测的脉冲互感式检测器。主要解决现有技术中用于检测接箍信号的磁性定位器当外界因素发生变化时其对接箍信号的分辨率也随之发生变化因而改变了信噪比、影响了测井资料质量的不足。检测筒内置有传感器、时序控制电路、传感器驱动电路、信号放大处理电路以及信号保持和压频转换电路，所述传感器由磁芯(2)、线圈架(3)、激励线圈(4)和检测线圈(1)构成，其中，磁芯置于线圈架的中轴内部，激励线圈与检测线圈缠绕于线圈架的中轴上，激励线圈具有两个信号输入端，检测线圈具有两个信号输出端和一个由中间抽头构成的接地端。具有分辨率高、适应性强的特点。
文档编号E21B47/09GK2779064SQ20052001952
公开日2006年5月10日 申请日期2005年4月28日 优先权日2005年4月28日
发明者孙彦才 申请人:大庆油田有限责任公司