四臂式双井径测井仪的测量方法

彭伟斌 曹志福

(北京中地英捷物探仪器研究所，北京 10000)

四臂式双井径测井仪，在煤层气测井中，用于了解井眼形态，计算固井时所需水泥量；

水文测井中，用于校正流量；其它测井中，用于校正井眼对曲线的影响。图1是该仪器的外形图，表1是该仪器的测量参数。X、Y轴井径是对称的两条测量臂测量值的代数和，平均井径是X、Y轴井径的平均值。四条测量臂随井眼变化，通过机械装置带动测量杆成比例移动，测量杆的另一端连接井径传感器，输出与井径成比例的电压信号。

图 1 四臂式双井径测井仪

表1 各曲线的通道号测量范围及精度

1 差动电感式位移传感器的测量方法：

利用电磁感应原理，测量杆的位移带动线圈中心的铁芯移动改变线圈的电感，由此将位移量转换为电信号输出。如图2所示，是利用差动电感式位移传感器的测量原理框图。振荡电路驱动传感器的激励线圈，在差动线圈产生感生电动势，由于差动线圈一半正绕，一半反绕，铁芯在传感器中心时，差动线圈的输出电压为零。当测量杆带动铁芯移动时，差动线圈的输出电压与位移量有如下关系：

式中，K为常数；Dx为位移量。

差动线圈的输出电压经交流放大、相敏检波和直流放大后送单片机进行A/D转换，经输出驱动电路，通过电缆向井上输出与井径成比例的数字信号。实际电路中，振荡电路公用，其它部分需要与测量臂对应的四套。

优点：铁芯与线圈做成非接触方式，线圈与测量电路在一起，铁芯裸露在外，与泥浆直接接触，省略了压力平衡胶囊，结构简单；传感器可以自制，成本低廉；四条测量臂有独立输出。

缺点：四只传感器间有漏磁干扰，在井眼较斜时，可能某条测量臂被仪器自重压缩的很小，而其它测量臂张角较大时，干扰更明显；传感器体积大，电路复杂。

因此，采用这种测量方法的仪器，易在井眼斜度较小或较浅的井中测量。

2 电位器传感器测量方法：

2.1 六线方式：

如图3所示，四只自复位电位器密封在压力平衡胶囊内，通过动密封装置分别与各自的测量杆连接。VREF、JCOM是稳压电源输入，J1、J2、J3和J4是与四条测量臂井径成比例的电压输出，再经简单缓冲电路后进单片机进行A/D转换，经输出驱动电路，通过电缆向井上输出与井径成比例的数字信号。

图 3 六线电位器方式测量原理

优点：测量精度高；电路简单；对电位器要求低；四条测量臂有独立输出。

缺点：需要压力平衡胶囊和六根高压密封的连线，结构复杂，不便于维修。

因此，采用这种测量方法的仪器，不便与其它测量参数组合。

2.2 四线方式：

如图4所示，四只自复位电位器密封在压力平衡胶囊内，通过动密封装置分别与各自的测量杆连接。在对称的两只电位器输出端串联相同阻值的电阻，经反相放大电路后进单片机进行A/D转换，经输出驱动电路，通过电缆向井上输出与井径成比例的数字信号。X轴或Y轴的两只电位器的输出端串联电阻在经反相放大，是利用了加法放大电路原理。它较六线式减少了两根连线。

图 4 四线电位器方式测量原理

优点：测量精度高；对电位器要求低；它较六线式减少了两根连线。

缺点：需要压力平衡胶囊和四根高压密封的连线，结构复杂，不便于维修；四条测量臂无独立输出。

我单位生产的四臂式双井径测井仪主要采用这种测量方法。

2.3 三线方式：

如图5所示，四只自复位电位器密封在压力平衡胶囊内，通过动密封装置分别与各自的测量杆连接。对称的两只电位器串联连接，供恒流电，井径变化，则电阻变化。由于是恒流供电，在输入端检测电压信号即反应了井径的大小。经放大电路后进单片机进行A/D转换，经输出驱动电路，通过电缆向井上输出与井径成比例的数字信号。

图 5 三线电位器方式测量原理

优点：测量精度高；它较四线式减少了一根连线。

缺点：对电位器要求很高；需要压力平衡胶囊和三根高压密封的连线，结构复杂，不便于维修；四条测量臂无独立输出。

[1] 黄作华．煤田测井方法与数字处理（上册）[M]. 北京:煤炭工业出版社，1982:180.

[2] 王贺，张秀彬，马云等．差动变压器电感式位移检测传感器[J].电工技术，2009(10):39.