本发明涉及一种油田测量工具，特别涉及一种用于石油勘探开发的双侧向测井仪探头以及具有该探头的双侧向测井仪。
背景技术
双侧向测井仪器是在裸眼井中测量地层电阻率，研究地层侵入变化，估算含油饱和度的主要仪器。传统的双侧向测井仪器主要包括电极系、电子线路、绝缘短节，总长约7~10米，深侧向探测深度约1~1.5米，浅侧向探测深度约0.2~0.5米，纵向分辨率约为0.6米。传统双侧向测井仪在进行深侧向测井时，环状电极发射电流进入地层，柱状电极发射屏蔽电流对主电流聚焦，在电子线路中需要有反馈回路调节屏蔽电流，控制监督电极处于等电位。理论上，这种聚焦方式要求放大器具有无限大的增益，但在实际中，由于放大器的增益是有限的，监督电极不是严格等电位，并在测量结果中引入误差。这一误差在传统双侧向测井中很小，但是在高分辨率双侧向测井中会很大。
随着油气勘探开发的深入，薄互层等储层也逐渐成为勘探的重点，这就需要具有高分辨率的测井仪器，而传统双侧向的分辨率一般为0.6m，不能满足勘探的需要；与此同时，国外测井作业鼠洞长度短，大斜度井、水平井、鱼骨分支井等复杂井眼条件的作业量逐年增加，传统双侧向测井仪器长度约7~10m，不利于井场施工作业和组合测井，在大斜度井、水平井、鱼骨分支井等复杂井眼条件下遇卡几率大大增加。
此外，传统双侧向测井仪器注重测量侵入层、原状地层电阻率，而井眼泥浆电阻率需要采用其他仪器进行测量。这就增大了仪器作业成本，同时，增大了井场施工工作量。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种基于软聚焦方式的高分辨率双侧向测井仪探头及具有该探头的双侧向测井仪，能够提高仪器垂直分辨率，实现仪器测量井眼泥浆电阻率的功能，同时缩短仪器长度，降低仪器作业成本和井场施工工作量。
本发明提供一种双侧向测井仪探头，其特征在于，
所述双侧向测井仪探头具备绝缘芯棒以及安装在所述绝缘芯棒上的电极系，所述电极系通过导线与电子线路连接，
构成所述电极系的电极串装在所述绝缘芯棒上并且电极之间采用绝缘材料隔开，
所述电极系包括：第一采样电极（m0），位于所述绝缘芯棒的中间；一对第二采样电极（a0*、a0*’），分别位于所述第一采样电极（m0）的两侧；一对主电极（a0、a0’），分别位于所述一对第二采样电极（a0*、a0*’）的两侧，并且所述一对主电极（a0、a0’）之间通过导线连接；一对第一屏蔽电极（a1、a1’），分别位于所述一对主电极（a0、a0’）的外侧，并且所述一对第一屏蔽电极（a1、a1’）之间通过导线连接；一对第二屏蔽电极（a2、a2’），分别位于所述一对第一屏蔽电极（a1、a1’）的外侧，并且所述一对第二屏蔽电极（a2、a2’）之间通过导线连接；一对电压测量电极（a1*、a1*’），分别位于所述第一屏蔽电极和所述第二屏蔽电极之间，用于测量所述第一屏蔽电极的电压；分别依次位于所述主电极与所述第一屏蔽电极之间的一对第一环状电极（m1、m1’）以及一对第二环状电极（m2、m2’）。
此外，在本发明的双侧向测井仪探头中，
所述绝缘芯棒的中心为一根金属棒，所述金属棒的中心具有贯通孔，并且所述金属棒与所述电极系之间绝缘。
此外，在本发明的双侧向测井仪探头中，
在第一模式即输出模块对所述一对第一屏蔽电极以及所述一对第二屏蔽电极加载电流，并且辅助监督电路模块使所述电压测量电极与所述第二屏蔽电极为等电位的情况下，数据采集模块记录所述第一采样电极、所述一对第一环状电极、所述一对第二环状电极的电位，同时记录参考电极的电位，
在第二模式即输出模块对所述一对第一屏蔽电极加载电流并且返回到所述一对第二屏蔽电极的情况下，所述数据采集模块记录所述第一采样电极、所述一对第一环状电极以及所述一对第二环状电极的电位，同时记录所述参考电极的电位，
在第三模式即所述输出模块对所述一对主电极加载电流并且返回到所述一对第一屏蔽电极以及所述一对第二屏蔽电极上，所述监督回路模块使所述电压测量电极与所述第二屏蔽电极为等电位的情况下，所述数据采集模块记录所述第一采样电极、所述一对第一环状电极以及所述一对第二环状电极的电位，同时记录所述参考电极的电位以及所述一对主电极上的电流，
根据所述第一模式中所记录的电位值、所述第二模式中所记录的电位值以及所述第三模式中所记录的电位值及电流值得到标准深侧向视电阻率曲线、标准浅侧向视电阻率曲线或者高分辨率深侧向电阻率曲线、高分辨率浅侧向视电阻率曲线。
此外，在本发明的双侧向测井仪探头中，
在根据所述第一模式中所记录的电位值和所述第三模式中所记录的电位值及电流值得到标准深侧向视电阻率曲线的情况下，设在所述第一模式中所述第一采样电极、所述一对第一环状电极、所述一对第二环状电极的电位分别为
其中，
此外，在本发明的双侧向测井仪探头中，
在根据所述第二模式中所记录的电位值和所述第三模式中所记录的电位值及电流值得到标准浅侧向视电阻率曲线的情况下，设在所述第二模式中所述第一采样电极、所述一对第一环状电极、所述一对第二环状电极的电位分别为
其中，
此外，在本发明的双侧向测井仪探头中，
在根据所述第一模式中所记录的电位值、所述第二模式中所记录的电位值以及所述第三模式中所记录的电位值及电流值得到高分辨率深侧向电阻率曲线和高分辨率浅侧向视电阻率曲线的情况下，设在所述第一模式中所述第一采样电极、所述一对第一环状电极、所述一对第二环状电极的电位分别为
其中，
此外，在本发明的双侧向测井仪探头中，
在第四模式即输出模块对所述一对主电极加载电流并且返回到所述第一采样电极的情况下，数据采集模块记录所述一对第二采样电极的电位
其中，
此外，本发明提供一种双侧向测井仪，其特征在于，具备如上所述的双侧向测井仪探头。
根据本发明，可以同时获得5条电阻率曲线，即，2条标准深、浅电阻率曲线、2条高分辨率深、浅电阻率曲线和1条泥浆电阻率曲线；高分辨率测井曲线能识别0.1m的薄层，并且能测量得到0.4m薄层的真实电阻率。本发明的高分辨率双侧向测井仪器设计方案可以有效缩短仪器长度，提高仪器在复杂井眼环境下的适用性，降低仪器作业成本和井场施工工作量。
附图说明
图1是本发明的高分辨率双侧向测井仪电极系的构成示意图。
图2a是本发明的高分辨率双侧向测井仪的第一模式。
图2b是本发明的高分辨率双侧向测井仪的第三模式。
图2c是本发明高的分辨率双侧向测井仪合成得到的深侧向测井模式。
图3a是本发明的高分辨率双侧向测井仪的第二模式。
图3b是本发明的高分辨率双侧向测井仪的第三模式。
图3c是本发明高的分辨率双侧向测井仪合成得到的浅侧向测井模式。
图4是本发明的高分辨率双侧向测井仪的第四模式。
具体实施方式
以下，基于附图具体地对本发明进行说明。
图1是本发明的高分辨率双侧向测井仪电极系的构成示意图。本发明的高分辨率双侧向测井仪探头的结构如图1所示，它主要由金属电极（即，电极系）和绝缘芯棒这两部分构成，电极系通过导线与电子线路连接，此外，在整个测量系统中还包含有参考电极n以及回路电极b。具体地说，在本发明中，电极系是由设置在一个绝缘芯棒上的15个金属电极构成，即，从电极系的一端至另一端电极名称依次为a2、a1*、a1、m2、m1、a0、a0*、m0、a0*’、a0’、m1’、m2’、a1’、a1*’、a2’。此外，构成电极系的这些电极串装在绝缘芯棒上并且电极之间采用绝缘材料隔开。此外，作为采样电极的电极m0（即，第一采样电极）位于电极系的中间，即，第一采样电极m0位于绝缘芯棒的中间。此外，作为采样电极的电极a0*、a0*’（即，一对第二采样电极）分别位于第一采样电极m0的两侧。一对主电极a0、a0’分别位于一对第二采样电极a0*、a0*’的两侧，并且主电极a0、a0’之间通过导线连接，用来发射主电流。屏蔽电极a1、a1’（即，一对第一屏蔽电极）分别位于一对主电极a0、a0’的外侧，并且屏蔽电极a1、a1’之间通过导线连接。屏蔽电极a2、a2’（即，一对第二屏蔽电极）分别位于一对第一屏蔽电极a1、a1’的外侧，并且第二屏蔽电极a2、a2’之间通过导线连接。屏蔽电极用来发射屏蔽电流以对主电流进行聚焦。一对电压测量电极a1*、a1*’分别位于屏蔽电极a1和屏蔽电极a2之间以及屏蔽电极a1’和屏蔽电极a2’之间，电压测量电极a1*、a1*’是环状电极并且它们被用于测量屏蔽电极a1、a1’的电压。此外，如图1所示那样，在本发明的结构中还具备电极m1、m1’以及电极m2、m2’，这些电极都是环状电极，并且，一对第一环状电极m1、m1’以及一对第二环状电极m2、m2’分别依次位于主电极a0与第一屏蔽电极a1之间以及主电极a0’与第一屏蔽电极a1’之间，这些电极m1、m1’、m2、m2’用作电压监控。此外，采样电极m0、电极m2、m2’和电极m1、m1’用来监控在仪器工作过程中所形成的整个电场，即，能够测量得到这些环状电极所处位置的电压（也就是说，采样电极m0、电极m2、m2’和电极m1、m1’设置的位置不同，它们所监控到的电压值是不同的）。
此外，关于前述的参考电极n和回路电极b，在电路中，如果要测量某一个电极的电压值，需要有一个参考电极（例如，如果要测量电极a2的电压值，则需要测量电极a2与参考电极n之间的电压差作为电极a2的电压值）。此外，参考电极n接入电路的方式为：例如，为了得到电极m0的电压值，将电极m0和参考电极n接入同一个差分电路（也可以将这里的电极m0更换为电极m1、电极m1’、电极m2、电极m2’）。此外，回路电极b是作为屏蔽电极a1、a1’和电极a2、a2’的回路电极。
此外，虽然没有图示，但是在本发明中绝缘芯棒的中心为一根金属棒，在金属棒中心有贯通孔，并且在金属棒与电极系之间绝缘（例如，绝缘芯棒是由一根金属棒外部缠绕绝缘材料而成，并且金属棒中心有贯通孔）。
此外，在本发明的高分辨率侧向测井仪（即，具有上述那样结构的探头）中电阻率测量方法如下。
将以下方式作为第一模式，即，如图2a所示那样，输出模块输出电流加载在屏蔽电极a1、a1’和屏蔽电极a2、a2’上，辅助监督电路模块保持电压测量电极a1*与屏蔽电极a2等为电位，电压测量电极a1*’与屏蔽电极a2’等为电位，即，电压测量电极的电位与第二屏蔽电极的电位相同。数据采集模块记录该模式下电极m2、m2’、电极m1、m1’、电极m0的电位，记为
将以下方式作为第二模式，即，如图3a所示那样，输出模块输出电流加载在屏蔽电极a1、a1’上，并且返回屏蔽电极a2、a2’上。数据采集模块记录该模式下电极m2、m2’、电极m1、m1’、电极m0的电位，记为
将以下方式作为第三模式，即，如图2b以及图3b所示那样，输出模块输出电流加载在主电极a0，a0’上，并且返回屏蔽电极a1、a1’和屏蔽电极a2、a2’上，监督回路模块保持电压测量电极a1*与屏蔽电极a2等为电位，电压测量电极a1*’与屏蔽电极a2’等为电位，即，电压测量电极的电位与第二屏蔽电极的电位相同。数据采集模块记录该模式下电极m2、m2’、电极m1、m1’、电极m0的电位，记为
将以下方式作为第四模式，即，如图4所示那样，输出模块输出电流加载在主电极a0、a0’上，并且返回第一采样电极m0，数据采集模块记录该模式下第二采样电极a0*、a0*’的电位，记为
由此，利用以上4种工作模式下采集的数据即可计算地层视电阻率井眼泥浆电阻率。
利用第一模式与第三模式的组合，如图2c所示，能够得到如下的公式所示的标准深侧向视电阻率曲线ra_d，
其中，
此外，利用第二模式与第三模式的组合，如图3c所示，能够得到如下的公式所示的标准浅侧向视电阻率曲线ra_s，
其中，
此外，利用上述的第一模式、第二模式、第三模式采集的数据还可以得到高分辨率深、浅侧向视电阻率曲线，
其中，
此外，泥浆电阻率曲线rm则能够由第四模式得到，
其中，
根据本发明，如上所述那样，可以同时获得5条电阻率曲线，即2条标准深、浅电阻率曲线、2条高分辨率深、浅电阻率曲线和1条泥浆电阻率曲线；高分辨率测井曲线能识别0.1m的薄层，并且能测量得到0.4m薄层的真实电阻率。此外，本发明的高分辨率双侧向测井仪器设计方案可以有效缩短仪器长度，提高仪器在复杂井眼环境下的适用性，降低仪器作业成本和井场施工工作量。
如上所述，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于此，应该理解为在本发明的技术思想的范围内进行的各种组合以及各种变更都包括在本发明的保护范围之内。