专利名称：一种生产井电阻率测井装置的制作方法
技术领域：
本发明属于油气资源环境开发技术领域，特别涉及针对油田生产井套管外地层特性进行勘探的一种生产井电阻率测井装置。
背景技术：
随着油气开采的深入，大量生产井相继进入开发的中后期，确定剩余油分布特征、评估油气枯竭指数成为目前油气田开发关注的焦点。过套管电阻率测井主要测量生产井套管外地层电阻率的变化，对于监测油藏动态分布，研究油层产能接替、井区水驱效果、水淹状况、提高油田产能、延长油田寿命有着重要的意义和广阔的应用前景。传统的电阻率测井通常针对的是裸眼井，在生产井中，受高电导率金属套管的屏蔽影响，常规电测井方法很难实现金属套管外地层电阻率的测量，而目前常见的过套管电阻率测量方法主要有电极法和井中瞬变电磁法。电极法主要是通过构建一种与套管相接触的电极系，在各电极上施加一定的电压，并与地面电极构成回路，通过测量套管上不同两点间的电压降而求解出流入地层的电流，进而根据电流和电压的关系求出地层的电阻率。典型的仪器有俄罗斯的ECOS过套管电阻率仪，斯伦贝谢公司开发的CHFR双信道套管井地层电阻率测井仪等。该类仪器的主要问题是:由于套管本身的电导率比地层的电导率大好几个数量级，因此通过与套管相接触的电极对地层施加发射电极时，绝大部分电流消耗在套管上，只有很小的一部分电流流入地层，加之套管的锈蚀、套管外水泥的胶结质量、地层本身的自然电位等多种因素的影响，使得信噪比很低，测井难度较大，另外由于电极的推靠必须与套管接触，势必破坏套管涂蜡保护层，同时移动电极所造成的噪声比有用信号大IO4倍，为减小热电势和磨擦电势，仪器通常采用点测方式，工作效率较低。《仪器仪表学报》2009年09期论文“套管磁化与过套管介质识别”公布了一种井中瞬变电磁测井方法，通过对测量区域套管的磁化处理，增强井内发射信号的穿透能力，但是由于磁化线圈和发射线圈处于同一水平位置段，磁化场对检测系统的影响较大，测井信号的提取、处理过程复杂。中国专利ZL200920247085.8公布了一种油田生产井电磁测井装置，虽然将磁化部分和测井线圈系分开，但是没有考虑套管磁化后的消磁问题，由于测井作业中通常利用测井电缆上的磁记号深度作为标准深度，而井下套管剩磁强度超过一定值后，测井电缆将被磁化，导致磁记号无法识别，进而影响了正常的测井作业。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生产井电阻率测井装置，在保证测量过程中不破坏套管，测量结束后不影响套管自身特性的同时，能够快速完成对套管外地层特性的探测，具有高效、快捷、非接触的特点。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
一种生产井电阻率测井装置，包括地面系统1，地面系统I通过电缆2与井下测井装置3的扶正器5的上端相连，井下测井装置3包括扶正器5、上极化电源6、下极化电源7、上极化装置10、发射控制单元12、接收处理单元13、磁场检测单元14、下极化装置17 ;所述扶正器5位于井下测井装置3的两端且与套管4接触保证仪器在井中处于居中位置；所述的上极化装置10在井筒中处于居中位置，上极化装置10的上极化骨架8采用高磁导率材料，上下两端对称，中间骨架较细，由中间向两端方向骨架半径逐渐增大，外形呈双圆锥体形，上极化骨架8的外部缠绕上极化线圈9，上极化线圈9与上极化装置10上部的上极化电源6的输出端相连，上极化电源6的输入控制端与位于上极化装置10下部的上极化检测单元11相连，上极化检测单元11下部设置有发射控制单元12和接收处理单元13，发射控制单元12通过信号线与磁场检测单元14的发射线圈系相连，接收处理单元13通过数据线与磁场检测单元14的接收模块相连；位于井下测井装置3尾部的是与上极化装置10对称且结构相同的下极化装置17，下极化装置17由下极化检测单元15、下极化骨架18以及下极化线圈16构成，下极化检测单元15位于下极化骨架18上端，下极化骨架18与上极化骨架8的材质、结构形态完全相同，下极化骨架18外部缠绕着下极化线圈16，下极化线圈16与位于上极化装置10上部的下极化电源7的输出端相连，下极化电源7的输入控制端与下极化检测单元15相连。所述的发射控制单元12包括四路信号发生器、脉冲检测模块和同步控制模块，其中四路信号发生器用于产生低频、较低频、中频、高频四路脉冲信号，分别与低频发射线圈20、较低频发射线圈23、中频发射线圈26、高频发射线圈29通过信号线相连，用于产生动态交变磁场，可以实现对不同范围内介质特性的探测，四路信号发生器产生的脉冲信号经各自的脉冲检测模块，产生脉冲检测信号，作用于同步模块，产生用于控制相应接收通道的同步采集信号。所述的接收处理单元13包括前置预处理模块，多路A/D转换模块、数据缓冲模块、FPGA控制模块、DSP处理模块、数据传输单元、数据存储单元，前置预处理模块实现对采集信号的滤波、放大以及阻抗匹配，满足模数转换对输入信号的要求，多路A/D转换模块采用美国CRISTAL公司的高精度四路芯片CS5524，将模拟信号转换为后续可以处理的数字信号，并保存在数据缓冲模块，DSP处理模块在FPGA控制模块的作用下，读取数据缓冲模块中的数据，并对反映不同探测距离的数据进行融合处理，处理结果保存在数据存储单元，在FPGA控制模块的作用下，通过数据传输单元对数据存储单元中的数据进行编码传输。所述的磁场检测单元14包含了低频检测系19、较低频检测系22、中频检测系25、高频检测系28共四个部分，其中低频检测系19位于磁场检测单元14的顶部，由低频发射线圈20和低频接收模块21构成，低频发射线圈20排布在低频接收模块21的上部；较低频检测系22位于低频检测系19下方，包含较低频发射线圈23和较低频接收模块24两个部分，中频检测系25位于较低频检测系22和高频检测系28中间，由中频发射线圈26和中频接收模块27组成，高频检测系28位于磁场检测单元14底部，由高频发射线圈29，高频接收模块30构成；较低频检测系22、中频检测系25、高频检测系28中各发射线圈与接收模块的位置排布与低频检测系19完全相同，与以往检测系统不同的是:本装置的各组检测系中的接收模块采用的是高灵敏度的霍尔磁传感器。本发明的优点:
(I)由于本发明在测井装置两端分别设置了上极化装置10和下极化装置17，区别于现有文献是:确保在生产井电阻率测量前对测量区域的套管进行磁化，测量结束后对测量区域的套管进行消磁，从而既满足了测量要求，又保证了在测量结束后不影响套管自身特性，减少了对测井电缆的影响。(2)由于本发明上极化装置10和下极化装置17，结构完全相同，只是通入的极化电流的极性相反，所以区别于现有文献是:本发明不但可以在仪器上提的过程中，通过上极化装置10对测量区域套管实施极化，测量结束后通过下极化装置17对测量区域套管实施消磁，也可以在仪器下降的过程中，反过来利用下极化装置17对测量区域套管实施极化，利用上极化装置10对测量区域套管实施消磁，从而实现双向测井，有效提高测井效率。(3)由于本发明的发射控制单元12、接收处理单元13以及磁场检测单元14未与上极化装置10、下极化装置17存在电路连接，因此本发明的检测单元与极化部分是分开的，这样可以减少极化场对发射和接收检测单元的影响。(4)由于本发明的上极化骨架8、下极化骨架18均采用高磁导率材料，区别于以往测井装置的是:上极化骨架8、下极化骨架18在外形上均呈双圆锥体形，上下两端对称，极化骨架的中间较细，由中间向两端方向骨架半径逐渐增大，此种结构更有利于快速在极化区域形成稳定的强极化场。
图1是本发明的测井装置结构示意图。图2是本发明的发射控制单元12结构示意图。图3是本发明的接收处理单元13结构示意图。图4是本发明的磁场检测单元14结构示意图。图5是本发明的上极化骨架8的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。参照图1，一种生产井电阻率测井装置，包括地面系统1，地面系统I通过电缆2与井下测井装置3的扶正器5的上部相连，井下测井装置3包括扶正器5、上极化电源6、下极化电源7、上极化装置10、发射控制单元12、接收处理单元13、磁场检测单元14、下极化装置17 ;所述扶正器5位于井下测井装置3的两端且与套管4接触保证仪器在井中处于居中位置；所述的上极化装置10在井筒中处于居中位置，上极化装置10的上极化骨架8采用高磁导率材料，外形呈双圆锥体形，上下两端对称，极化骨架的中间较细，由中间向两端方向骨架半径逐渐增大，参照图5，此种结构便于磁力线集中于极化单元两端，有助于在磁化区域形成稳定磁场；上极化骨架8的外部缠绕上极化线圈9，用于产生对套管实施极化的电磁场；上极化线圈9与上极化装置10上部的上极化电源6的输出端相连，上极化电源6的输入控制端与位于上极化装置10下部的上极化检测单元11相连,上极化检测单元11位于上极化装置10的下部，用于监测套管的实时极化状态，并根据监测到的套管极化状态，控制极化电流的输入强度。上极化检测单元11下部设置有发射控制单元12和接收处理单元13，发射控制单元12通过信号线与磁场检测单元14的发射线圈系相连，为磁场检测单元14提供激励信号，接收处理单元13通过数据线与磁场检测单元14的接收模块相连；位于井下测井装置3尾部的是与上极化装置10对称且结构相同的下极化装置17，下极化装置17由下极化检测单元15、下极化骨架18以及下极化线圈16构成，下极化检测单元15位于下极化骨架18上端，下极化骨架18与上极化骨架8的材质、结构形态完全相同，下极化骨架18外部缠绕着下极化线圈16，下极化线圈16与位于上极化装置10上部的下极化电源7的输出端相连，下极化电源7的输入控制端与下极化检测单元15相连，下极化检测单元15对测量区域套管的剩磁状况进行检测评估，并通过信号线控制下极化电源7，对输入的消磁直流电流的强度进行调节，完成对测量区域套管的极化处理，下极化装置17的下极化骨架18以及下极化线圈16的结构与上极化装置10对应相同，但下极化线圈16中通入的是反向电流，电流方向与上极化线圈9中的电流方向相反。参照图2，发射控制单元12，包括四路信号发生器、脉冲检测模块和同步控制模块，其中四路信号发生器用于产生低频、较低频、中频、高频四路脉冲信号，分别与低频发射线圈20、较低频发射线圈23、中频发射线圈26、高频发射线圈29相连，产生动态交变磁场，可以实现对不同范围介质特性的探测。四路信号发生器产生的脉冲信号经各自的脉冲检测模块，产生脉冲检测信号，作用于同步模块，产生用于控制相应接收通道的同步采集信号。参照图3，接收处理单元13包括前置预处理模块，多路A/D转换模块、数据缓冲模块、FPGA控制模块、DSP处理模块、数据传输单元、数据存储单元；前置预处理模块实现对接收采集信号的滤波、放大以及阻抗匹配，满足模数转换对输入信号的要求，多路A/D转换模块采用美国CRISTAL公司的高精度四路芯片CS5524，将模拟信号转换为后续可以处理的数字信号，并保存在数据缓冲模块，DSP处理模块在FPGA控制模块的作用下，读取数据缓冲模块中的数据，并对反映不同探测距离的数据进行融合处理，处理结果保存在数据存储单元，在FPGA控制模块的作用下，通过数据传输单元对数据存储单元中的数据进行编码传输。参照图4，磁场检测单元14包含了四个部分，从上到下依次是:低频检测系19、较低频检测系22、中频检测系25和高频检测系28。各检测系中分别对应不同频率的发射线圈和相应的接收模块，发射线圈排布在接收模块上部。其中磁场检测单元14的高频检测系28负责检测测量区域套管的损伤状况，中频检测系25主要探测套管外部水泥结胶等围岩信息，较低频检测系22的探测主要针对测量区域生产井外部近距离范围内的地层介质，而低频检测系19主要解决生产井周围远部地层特性的探测。参照图5，上极化骨架8采用高磁导率材料，在外形上呈现双圆锥体形，上下两端对称，中间骨架较细，由中间向两端方向骨架半径逐渐增大，此种结构更有利于在极化装置两端形成强磁场，快速在极化区域形成稳定磁场。特别说明:下极化骨架18与上极化骨架8的材质及结构特性完全相同。本发明的工作原理为:(I)井下测井装置3通过电缆2与地面系统I连接，并借助电缆2的牵引在井中上下移动。上移测量过程中，启动上极化电源6，向上极化骨架8外部缠绕的上极化线圈9中注入正向直流磁化电流，产生稳定磁场，实现对套管的极化处理。(2)启动上极化检测单元11，对待测区域套管的极化状态进行监测，并控制上极化电源6，根据检测到的极化状态，调节极化电流，使套管的极化程度达到测量要求后，向地面系统I发出上移指令，由电缆2带动仪器上提；
(3)启动发射控制单元12，发射控制单元12通过信号线与磁场检测单元14连接，为磁场检测单元14提供激励信号，磁场检测单元14经过极化后的待测区域时，通过磁场检测单元14的各发射线圈发射不同频率的电磁探测信号，实行对套管、水泥围岩、外部不同深度的地层特性的探测，同时在同步采集信号的控制下，利用磁场检测单元14的各接收模块对不同的电磁响应信号进行采集，经接收处理单元13，完成对不同频率激励下的响应信号的分离、提取和融合处理；(4)将处理后结果上传地面系统1，通过软件绘制测井曲线图，形成地质资料，为地层特性的识别以及井眼周围的地层结构的判断提供依据。(5)测量完毕后，仪器上提，下极化装置17通过测量区域，利用下极化检测单元15，对测量区域套管的现有极化状态进行评估，并通过控制下极化电源7，在调节消磁电流强度的同时，向下极化装置17的下极化线圈16中通入反向直流电，产生与上极化装置10方向相反的极化场，实现对测量区套管的消磁处理。上述工作原理仅描述了仪器上提时的测量过程，本发明的工作原理同样包括仪器下移时的测量工作过程，即当仪器下移时，启动下极化电源7，向下极化线圈16中注入反向直流磁化电流，同时通过下极化检测单元15监测套管的极化状态，并根据套管的实时极化状态控制下极化电源7，调节极化电流，使套管的极化程度达到测量要求，之后向地面系统I发出下移指令，装置下移重复(3)、(4)的测量过程；测量结束后，仪器继续下移，上极化装置10通过测量区域，利用上极化检测单元11，对测量区域套管的现有极化状态进行评估，并通过控制上极化电源6，调节极化电流强度，向上极化线圈9中通入正向直流电，产生与下极化装置17方向相反的极化场，实现对测量区套管的消磁处理。
权利要求
1.一种生产井电阻率测井装置，包括地面系统(1)，地面系统(I)通过电缆(2)与井下测井装置(3 )的扶正器(5 )的上端相连，其特征在于，井下测井装置(3 )包括扶正器(5 )、上极化电源(6)、下极化电源(7)、上极化装置(10)、发射控制单元(12)、接收处理单元(13)、磁场检测单元(14)、下极化装置(17);所述扶正器(5)位于井下测井装置(3)的两端且与套管(4)接触，保证仪器在井中处于居中位置；所述的上极化装置(10)在井筒中处于居中位置，上极化装置(10)的上极化骨架(8)的外部缠绕上极化线圈(9)，上极化线圈(9)与上极化装置(10)上部的上极化电源(6)的输出端相连，上极化电源(6)的输入控制端与位于上极化装置(10)下部的上极化检测单元(11)相连，上极化检测单元(11)下部设置有发射控制单元(12)和接收处理单元(13)，发射控制单元(12)通过信号线与磁场检测单元(14)的发射线圈系相连，接收处理单元(13)通过数据线与磁场检测单元(14)的接收模块相连；位于井下测井装置(3)尾部的是与上极化装置(10)对称且结构相同的下极化装置(17)，下极化装置(17)由下极化检测单元(15)、下极化骨架(18)以及下极化线圈(16)构成，下极化检测单元(15)位于下极化骨架(18)上端，下极化骨架(18)与上极化骨架(8)的材质、结构形态完全相同，下极化骨架(18)外部缠绕着下极化线圈(16)，下极化线圈(16)与位于上极化装置(10)上部的下极化电源(7)的输出端相连，下极化电源(7)的输入控制端与下极化检测单元(15)相连。
2.根据权利要求1所述的一种生产井电阻率测井装置，其特征在于，上极化装置(10)的上极化骨架(8)和下极化装置(17)的下极化骨架(18)均采用高磁导率材料，上下两端对称，中间骨架较细，由中间向两端方向骨架半径逐渐增大，外形上呈现双圆锥体形。
3.根据权利要求1所述的一种生产井电阻率测井装置，其特征在于，所述的发射控制单元(12)，包括四路信号发生器、脉冲检测模块和同步控制模块，其中四路信号发生器用于产生低频、较低频、中频、高频四路脉冲信号，分别与低频发射线圈(20)、较低频发射线圈(23)、中频发射线圈(26)、高频发射线圈(29)相连，产生动态交变磁场，可以实现对不同范围地层的探测，四路信号发生器产生的脉冲信号经各自的脉冲检测模块，产生脉冲检测信号，作用于同步模块，产生用于控制相应接收通道的同步采集信号。
4.根据权利要求1所 述的一种生产井电阻率测井装置，其特征在于，所述的接收处理单元(13)包括前置预处理模块，多路A/D转换模块、数据缓冲模块、FPGA控制模块、DSP处理模块、数据传输单元、数据存储单元，前置预处理模块实现对采集信号的滤波、放大以及阻抗匹配，满足模数转换对输入信号的要求，多路A/D转换模块采用美国CRISTAL公司的高精度四路芯片CS5524，将模拟信号转换为后续可以处理的数字信号，并保存在数据缓冲模块，DSP处理模块在FPGA控制模块的作用下，读取数据缓冲模块中的数据，并对反映不同探测距离的数据进行融合处理，处理结果保存在数据存储单元，在FPGA控制模块的作用下，通过数据传输单元对数据存储单元的数据进行编码传输。
5.根据权利要求1所述的一种生产井电阻率测井装置，其特征在于，所述的磁场检测单元(14)包含了低频检测系(19)、较低频检测系(22)、中频检测系(25)、高频检测系(28)共四个部分，其中低频检测系(19)位于磁场检测单元(14)的顶部，由低频发射线圈(20)和低频接收模块(21)构成，低频发射线圈(20)排布在低频接收模块(21)的上部；较低频检测系(22)位于低频检测系(19)下方，包含较低频发射线圈(23)和较低频接收模块(24)两个部分，中频检测系(25)位于较低频检测系(22)和高频检测系(28)中间，由中频发射线圈(26 )和中频接收模块(27 )组成，高频检测系(28 )位于磁场检测单元(14 )尾部，由高频发射线圈(29)，高频接收模块(30)构成；较低频检测系(22)、中频检测系(25)、高频检测系28中各发射线圈与检测模块的位置排布与低频检测模块(19)完全相同，各组检测系中的接收模块采用的是高灵 敏度的霍尔磁传感器。
全文摘要
一种生产井电阻率测井装置，地面系统通过电缆与井下测井装置相连，井下测井装置包括扶正器、扶正器位于测井装置的两端，上极化装置的上极化骨架的外部缠绕上极化线圈，上极化线圈与上极化电源的输出端相连，上极化电源与上极化检测单元相连，发射控制单元与磁场检测单元相连，接收处理单元与磁场检测单元相连；位于井下测井装置尾部的是与上极化装置对称且结构相同的下极化装置，上极化装置和下极化装置，结构完全相同，只是通入的电流极性相反，一个实施极化、一个实施消磁，在保证测量过程中不破坏套管，测量结束后不影响套管自身特性的同时，能够快速完成对套管外地层特性的探测，具有高效、快捷、非接触的特点。
文档编号E21B49/00GK103195416SQ20131010868
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者任志平, 党瑞荣, 党峰 申请人:西安石油大学