高稳定双感应-聚焦侧向发射电路设计

·开发设计·

高稳定双感应-聚焦侧向发射电路设计

张志刚1何豹1梁峻2段云峰1朱先佑1

(1.中国石油川庆钻探工程有限公司测井公司重庆400021；

2.中国石油西南油气田分公司天然气研究院四川成都610213)

摘要：双感应-聚焦侧向测井资料能求取地层真实电阻率，利用曲线差异可有效识别地层水淹层，快速评价低电阻率油层；利用资料反演技术还可确定地层渗透等特性。在实际应用双感应-聚焦侧向测井过程中，仪器老化和电路设计缺陷等造成测井资料失真或很难取全取准资料的情况时有发生。通过分析，其主要原因是仪器发射模块稳定性差，故文章重新设计了新式的高稳定性发射电路，解决了在高温环境下、双感应-聚焦侧向测井仪长时间作业时不稳定的问题。

关键词：双感应测井;发射电路;高温测试;实际应用

作者简介：第一张志刚，男，1980年生，工程师，2003年毕业于江汉石油学院测控技术与仪器专业，现在中国石油川庆钻探工程有限公司测井公司测井技术分公司从事测井采集工作。E-mail:cqlczzg@163.com

文章编号：中图法分类号：P631.8+11

收稿日期：(2014-10-10编辑：韩德林)

基金项目：长江大学大学生创新性实验项目(项目编号：2013008)

The High Stable Transmitter Design for Dual Induction Focused Lateral Logging Tool ZHANG Zhigang1HE Bao1LIANG Jun2DUAN Yunfeng1ZHU Xianyou1

(1.LoggingCompanyofChuanqingDrillingEngineeringCo.Ltd.,CNPC.,Chongqing400021,China;

2.ResearchInstituteofNaturalGasTechnologyofPetrochinaSouthwestOilandGasFieldCompany,Chengdu,Sichuan610213,China)

Abstract：The data of dual induction focused lateral logging tool can obtain real information of resistivity, and the difference of curve can be used to effectively identify the water flooded layer, then evaluate the low resistivity oil layer quickly. It also can determines the stratigraphic permeability by using data inversion. In the practical application, the logging data distortion may caused by the aging equipment or circuit design defects, which is so often appeared in the logging work. After the analysis, we found the low stability of the old transmitter is one of the main reason. In that case, the redesigned transmitter circuit has a high stability, it solved the instability problem for dual induction focused lateral logging tool which was working in high temperature for a long time.

Key word： dual induction focused lateral logging tool, transmitter circuit, high temperature testing, application

0引言

1503XB双感应-聚焦侧向测井仪一次测量可以同时得到自然电位、深感应、中感应和浅聚焦侧向数据，利用这些数据可以进行地层真实电阻率的求取和快速评价低电阻率油层。双感应-聚焦侧向具有较深的探测深度，测井资料通过快速迭代反演技术可以有效的判断地层的侵入等特性。合理使用1503XB双感应-聚焦侧向测井仪，能够在满足生产需求的同时提高设备的利用率、降低油气田的勘探开发成本。1503XB双感应-聚焦侧向测井仪能够在5700、3700以及通过挂接的方式在其它测井系统中应用[1、2]，由于其测井价格低廉，目前在各大油气田仍有广泛使用，尤其在进行中低阻储层评价时更是做为常规仪器进行作业。

1503XB双感应-聚焦侧向测井仪在实际测井中普遍存在有电路设计缺陷；线圈系制作工艺落后，测井数据准确度不高，稳定性和一致性较差；仪器的温度性能较低，温漂和稳定性不理想等问题[3]。双感应-聚焦侧向高稳定性发射电路的设计，利用更成熟的电路模块，更好的设计理念，能够提高双感应-聚焦侧向测井仪器的性能，使其在高温、长时间工作等复杂工况下测量精度更高，仪器稳定性更好。

1双感应-聚焦侧向测井仪

1.1基本原理

根据双感应-聚焦侧向的测井原理，先给发射线圈提供交变电流，在发射线圈周围就会产生交变的电动势，形成以井轴为中心的圆环形的涡流，涡流的强度与地层的电导率成正比，发射电流由发射电路和发射线圈实现。发射涡流在地层中形成二次电磁场，使用接收线圈就会接收到感应仪器发射后经过地层后感生出的测井信号。一般情况下这个信号由有用信号和无用信号两个分量组成。由于测井信号极其微弱，所以首先用变压器对信号提升，再进入前置放大器进行放大，放大后的信号仍然达不到测井仪器信号接收的要求，再用信号放大器将检测到的信号进行进一步放大，最后进入相敏检波器，将无用信号滤掉，输出有用信号。双感应-聚焦侧向测井基本原理，如图1所示。

图1　双感应-聚焦侧向测井基本原理图

1.2发射电路功能分析[4]

20 kHz震荡器的变压器输出与发射线圈系串联，提供发射电流，同时也给中感应和深感应参考信号放大器提供参考信号。

1503XB双感应-聚焦侧向测井仪发射电路具体有下面三个功能：

1)给参考放大器提供20 kHz、0.2 V的参考信号；

2)给发射线圈提供20 kHz、125 V~140 V的发射信号；

3)给聚焦侧向提供1 250 Hz, 0.5 V的方波信号。

1503XB双感应-聚焦侧向测井仪发射电路主要组成部分有：振荡器、分频器、π型滤波器、电压运算放大器、功率放大器、变压器(提升发射信号)。

1.3旧式发射电路分析

1503XB旧式发射电路,如图2所示[5]，发射电路输出峰峰值为15 V的发射信号，经过D1稳压管稳压后变为稳定的10 V，稳压后的电压为振荡器和分频器提供工作电压。电路中的IC1产生的信号首先经过16分频，分频后成为1 250 Hz，此信号作为聚焦侧向的同步信号。电路中的IC2产生的信号经过分频后成为20 kHz方波信号，经过π型滤波器后变为正弦波，再经A1和PA-1的放大，最后由变压器提升后分两路输出：分别是到发射线圈做为发射信号和到双感应-聚焦侧向的参考信号放大器做为参考信号。

图2　双感应-聚焦侧向旧式发射电路

旧式双感应-聚焦侧向测井仪发射板输出的感应发射信号是通过LC并联谐振，利用谐振状态下，电感的磁场能量与电容的电场能量实现完全交换的特点来实现最大功率发射。LC谐振对谐振中电路的电阻值，电导值，电容值有比较严格的要求，如果感应仪器线圈系有短路或在高温环境下电容值发生变化就会导致出现不谐振的情况发生，此时仪器会发生故障，电流偏大，不能完成正常测井[6]。

2新式发射电路设计及测试

2.1新式发射电路设计

下式为感应线圈系系数的表达式

可以看出，当发射线圈所发射的电流强度iT和角频率ω恒定时，K只与发射线圈、接收线圈圈数、线圈的截面积以及线圈距有关，即K只与线圈系的结构参数有关。在工艺保证的前提下，电流强度恒定，就可以充分保证发射的稳定。

双感应-聚焦侧向新式发射电路，如图3所示，信号源由5.12 M振荡电路(U1、Y1、R1、C8、C9组成)。分频器U2(4040)分频后作为EPROM-U3的变换地址，驱动U3循环输出20 KHz的数字正弦波波形，经过N1-D/A(7520)转换后得到幅度和频率都非常稳定的正弦波。此正弦波再经过N2(2620)放大滤波后驱动N3(TD823)，经过N3功率放大和升压变压器升压后接到发射线圈，在变压器的次级同时并联了谐振电容。在调试中调整谐振电容的大小，使得电源耗电最小，而发射电压值最大。此电路采用数字化、高温晶振保证震荡频率的稳定；并且电路采用负反馈电路，通过调整R7热敏电阻进行温度漂移补偿，确保发射频率以及电压稳定，使双感应-聚焦侧向测井仪能够在高温、长时间工作的情况下稳定发射。

图3　双感应-聚焦侧向新式发射电路

2.2测试结果

为了能够达到预期的应用效果，采用高温试验的方法对新设计的双感应-聚焦侧向测井仪的新式发射电路进行了高温测试，其高温试验数据如表1所示：

通过表1可以看出，新设计的发射电路在经过175度高温测试的情况下其输出的电压、频率、电流变化等均能达到很好的稳定性。此电路的设计能够满足仪器测井条件下的要求，输出稳定的发射信号，保证仪器工作的稳定性。

3应用效果

此双感应-聚焦侧向测井仪发射电路已经应用到生产实践，目前在大庆油田、长庆油田等国内大型油田应用效果很好，取得了良好的测井资料。利用新式发射电路制造仪器后取得的测井资料，如图4所示：

如图4所示，可以看出新式双感应-聚焦侧向的自然电位、深感应、中感应和八侧向曲线均能够很好的反映地层变化，此设计取得了很好的效果。

表1　高温试验数据表

图4　利用新式发射电路制造的仪器取得的资料

4结束语

高稳定双感应-聚焦侧向发射电路采用负反馈设计原理，利用高温晶振代替模拟分离元件振荡电路，使整个仪器发射模块更可靠；采用耐高温新型AD芯片使整个发射电路在恶劣环境下工作更稳定。新设计的仪器在实际测井中不出现电流偏大等问题，且温漂影响小。

高稳定双感应-聚焦侧向测井仪发射电路的成功应用，为老式石油仪器的改造可提供一定的参考价值，可以提高各个油田测井公司设备的利用率，降低油气勘探和开发成本，使现有设备能够很好的服务于油气田建设。

参 考 文 献

[1] 黄芳，张士中，唐金波，等.双感应-八侧向测井仪与2530快测系统配接方法研究[J]. 石油仪器，2013，27(3):46-48.

[2] 陶宏根，李庆峰，王桂萍，等.双感应测井资料实用化快速迭代反演技术及其在大庆油田的应用[J]. 测井技术，2007，31(5)：441-444.

[3] 陈草棠，霍瑜芬，张培军，等.DIL5520双感应-聚焦测井仪技术特点[J]. 测井技术，2007，31(5)：492-499.

[4] 冯启宁，鞠晓东，柯式镇，等. 1503双感应测井仪器[M]. 测井仪器原理，2010：88-91.

[5] BakerAtlas. 1503XA/XB Dual Induction (DIFL)[Z].1997.

[6] 张文博，张良.双感应-八侧向测井仪电流大问题的维修方法[J]. 石油仪器，2012，26(1)：93-96.

·专利技术·专利名称：钻压测试接头

专利申请号：CN201320229812.4 公开号：CN203223217U

申请日：2013.04.28 公开日：2013.10.02

申请人：中国石油集团西部钻探工程有限公司

本实用新型涉及石油钻井钻头压力测试装置技术领域，是一种钻压测试接头，其包括上接头、下接头、托架套筒、压力传感器和电路板；上接头的上部外侧有柱塞环台，下接头的内腔壁中部和下部分别有上环凸台和下环凸台，下环凸台的内径小于上环凸台的内径，柱塞环台套装在下接头内腔上部并能够上下移动，上接头下部套装在上环凸台内腔内并能够上下移动。本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，其通过下接头压缩测压液腔内的液压油，液压油作用在压力传感器上实现实时测量，并将信号传递给电路板发送至地面，具有结构简单、便于维护、可靠性高、测量精度高、整体强度好、简便高效的特点。

(王元荪提供)