油水井瞬变电磁探测仪接收系统参数优化设计

李志强,张文辉,陈嘉辉

（西安石油大学，光电油气测井与检测教育部重点实验室，陕西西安，710065）

油水井瞬变电磁探测仪接收系统参数优化设计

李志强,张文辉,陈嘉辉

（西安石油大学，光电油气测井与检测教育部重点实验室，陕西西安，710065）

接收线圈过渡过程的存在，使一次场响应在感应段和衰减段均发生了畸变，而二次响应则在发射电流关断后出现幅值变小、达到极大值的时间延迟等现象。为缩短线圈的固有过渡过程，本文通过采用采用接入匹配电阻的方法使接收线圈工作于临界阻尼状态，同时尽量增大线圈的阻尼系数。该方法为井中瞬变电磁响应信号的正确判断以及接收系统的参数优化奠定了良好基础。

瞬变电磁；接收系统；参数优化

0 引言

瞬变电磁法具有对电阻率敏感、不存在直接耦合、探测距离与时间特性相对应等优点，因而对目标体的分辨率明显优于频域电磁法。此外，瞬变电磁信号中的低频成分还能够有效提高信号对套管的穿透能力，因而可以较好解决传统电阻率测井中的诸多问题。本文针对油水生产井的实际工作环境与特点，对油水井瞬变电磁探测仪接收系统参数的优化进行了研究，从而为油水井瞬变电磁探测仪的改进与研究提供了方法和依据。

1 瞬变电磁法

1.1 瞬变电磁理论

瞬变电磁理论是一种时间域电磁检测方法，它是以有间歇的周期性阶跃脉冲作为激励信号。在发射线圈中的脉冲电流关断时，接收线圈以及包括金属套管在内的周围地层介质由直接变化的源磁场感应出交变场，称为一次场信号；这种激发方式具有瞬时和平面波场的特点，其在早期主要由高频信号分量组成，反应的是浅层的地质信息。随后一次场的感应涡流向介质内部逐步以“烟圈”形式传播，而在各介质界面上激发出新的电磁场，成为对应的二次场信号。二次场衰减变缓，信号主要为低频分量，反映的是较深层处的地质信息。接收线圈中由二次场变化产生的感应电动势，正是对介质特性参数信息的直接性反映，而且在时间上可以与一次感应电动势分开。

1.2 瞬变电磁场响应曲线

不同电导率的地质体在相同的激励源下产生的二次场幅度及衰减速率都是不同的。根据瞬变电磁的理论可知，局部良导体上用接收线圈观测到的感应电压的时间特性取决与：

2 接收线圈特性分析

2.1 线圈等效模型

图1 接收线圈模型

常用的接收线圈有多匝空芯线圈和磁芯多匝线圈(探头)两种，如图1（a）所示为多匝空心线圈的外观图。无论是何种线圈都具有内阻r，电感L，还有分布电容，考虑到前置放大器对线圈的影响，则线圈可以等效为图1（b）所示的电路。

2.2 接收线圈在阶跃脉冲下的响应分析

利用基尔霍夫定律，图2中输入与输出电流的关系的零输入响应有：

其相应的特征方程为：

根据式（9）的K值不同，可以得到三种情况下的负阶跃响应：

由时域表达式可以看出，欠阻尼状态下，负阶跃响应会出现振荡，波形严重失真；过阻尼状态下信号衰减缓慢，其过度过程比较长，如图2为、及时的输出响应曲线。可见在临界阻尼状态下，是阶跃响应的最佳状态，因此通过调节匹配电阻可以使接收线圈工作在临界阻尼状态以此来获得合理的输出和较平坦的频率响应。

图2 三种情况负阶跃响应曲线

3 实验结果分析

在实际应用中常调节匹配电阻RT以及输入电容C值使电路工作在微过阻尼的状态，以得到较小的渡越时间并避免产生振荡响应，有利于瞬变响应信号的采集。当调节RT和C值达到临界阻尼状态时，如图3：

图3 RT=300和C=0.1uf时的临界阻尼状态响应曲线

4 结论

通过对井中瞬变电磁法接收线圈上瞬变电磁响应过渡过程的深入研究，得到如下结论:接收线圈上的一次场响应在感应段和衰减段均发生了畸变，通过对欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态时，接收线圈输出响应的对比可知，应采用接入匹配电阻RT和输入电容C值的方法，使接收线圈工作于临界阻尼状态。

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Electromagnetic detector parameter optimization design of receiving system variable instantaneous oil wells

Zhang Wenhui,Li Zhiqiang,Chen Jiahui
(Xi'an Petroleum University, Key Laboratory of opto electronic gas logging and testing,Xi'an, Shaanxi,710065)

The presence of the receiver coil transition process, so that a field response in the induction section and section attenuation distortion occurred, while the secondary response in the emission current shutdown appears smaller amplitude, time delay to reach the maximum value of such phenomena. Inherent in the transition process to shorten the coil, the paper matching the resistance through the use of an access method using the receiving coils work in critically damped, while trying to increase the damping coil. This method parameters hole transient electromagnetic response signals correct judgment and reception system optimization has laid a good foundation.

TEM；receiving system；parameter optimization

国家自然科学基金“基于线源的井间剩余油探测理论和方法”（41174160）资助

李志强，西安石油大学在读研究生，电子与通信工程专业，主要研究方向为电子科学与技术。