EWR-P4地层电阻模拟盒研制

赵曦　张江涛

摘  要：地层岩石的电阻率变化与地层含油气性紧密相关。电磁感应测井是最常见的电阻率测井方法之一。随钻电磁感应测井仪通过发射器向地层发射电磁波信号，经过不同电阻的地层，电磁波相位发生改变，在接收端能接收到不同的相位。现有常规检测方式为空气零检测，手段较为单一，不能识别仪器对不同地层电阻的相应情况。该文设计出一套能够模拟不同地层电阻，对随钻电磁感应设备进行检验的测试装置。丰富了设备的测量方式， 提升了设备的可靠性。

关键词：随钻测井  电磁感应测井  相位差  刻度方法

中图分类号：P631.8 1                        文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）01（c）-0051-04

Abstract： The resistivity variation of formation rocks is closely related to the formation oil-gas bearing property. Electromagnetic induction logging is one of the most common resistivity logging methods. Electromagnetic wave signals are sent to the formation by the electromagnetic induction logging tool while drilling. The phase of electromagnetic wave changes through the formation with different resistances， and different phases can be received at the receiving end. The conventional detection method of electromagnetic induction equipment is air zero detection.It can't be identified the corresponding conditions of the instrument to different formation resistances.This paper designs a set of testing equipment that can simulate different formation resistances and test the electromagnetic induction equipment while drilling， which enriches the measuring method of the equipment and improves the reliability of the equipment.

Key Words： With drilling logging; Electromagnetic induction logging; Phase difference; The scale method

1  設计背景

电磁感应测井是利用电磁波在地层中传播时，通过测量电磁波幅度衰减和相位滞后来计算地层电阻率。要使仪器工作正常，在仪器准备前，应对仪器进行严格检查，但是目前车间只有空气“零”及温度漂移测试，测试手段单一。不能检测仪器对不同地层电阻的响应，特别是对有故障和待修复的电阻率仪器，缺乏有效的测试手段。因此，研发EWR地层模拟盒就显得十分必要[1]。

2  设计思路

根据电磁感应测井的设计特点电磁波电阻率的测井原理，发射端发射电磁波，使电磁波信号进入地层，传播方向与仪器方向垂直相交，电磁波在地层传播过程中，频率保持不变，而相位和波幅则因地层电阻率不同而变化。接收端通过测量相位和幅值的衰减，来计算地层电阻率。

电磁波在介质中传播时电磁波传播的速度随地层电阻率增加而变快，远近接收天线接收到的信号相位变小。从特性曲线可以看出，地层电阻率从0.1～1 000 Ω m增加时，远近接收相位差从77°到0.04°，测量范围较幅度曲线更广。

哈里伯顿电阻率维修手册（见表1）。

同时考虑到EWR的仪器性能，该EWR地层模拟盒主要以相位差测量为主。通过超浅、浅、中、深4种不同的探测深度对于不同地层电阻率相位差。再根据0.1、1、10、100这4种阻值地层对应的相位差，来设计模拟盒参数[2]。

3  模拟盒设计

当电磁波电阻率仪器工作时，四路信号分时发射，两路接收电路同时接收。在模拟测试设备接入的情况下，四路发射信号被四路接收电路分时提取，经过模拟测试盒内部，其信号相位和幅度就会被调整处理，处理完的信号再经过两道发射驱动电路发射出去，发射出来的信号被电磁波电阻率仪两路接收电路同时接收进去。经过其内部处理，算出相应的电阻率值。当模拟测试盒切换档位后，算出的电阻率值就会跟着变化。不同的档位，就会算出不同的电阻率值。根据算出的值与已知档位值类比，就可判断出仪器工作状态。从而起到刻度、调校、检修随钻电阻率测试仪的作用[3]。

3.1 信号提取与发射部分

由于仪器密封在不导磁的金属钻铤中，6只线圈又被封在天线槽内，刻度箱的连线无法直接与天线连接，为了使仪器传感器（发射、接收天线）能与模拟箱的模拟地层连接，我们采用特殊的发射、接收线圈来实现。

对特殊的发射、接收线圈的要求主要有：此接收线圈只能接收本身对应发射线圈的信号，不应受其他发射线圈的影响。

解决的具体方案：首先，因为要保证刻度器发射线圈产生的磁场分布在较小的局部空间内。我们根据电磁场分布原理，采用高导磁（1J85）铁芯，园环铁芯有60°开口。使刻度发射线圈产生的磁场分布非常集中，尽量减小对相邻（远、近接收线圈）的影响。相互影响应小于1%的两个接收线圈（天线）绕在不导磁的钢管上，相距为15 cm，各绕1匝，线圈分别通过并联电容，使其谐振在2 MHz。工作时，将刻度器发射线圈的铁芯缺口部分垂直对准仪器的近接收线圈，发射线圈供5 V、2 MHz正弦波。这说明刻度器发送线圈发射的信号只耦合到它靠近的接收线圈，而对另外接收线圈几乎没有影响[4]。

仪器信号是通过密封天线发射和接收的，刻度箱与仪器之间是通过电磁耦合实现的。模拟地层的设计：通过改变信号幅度和相位来实现（见图1）。

3.2 电子线路部分

电子线路包括4道接收线圈、4道选频放大功率放大电路;包括5组模拟地层网络;包括信号处理电路;包括4道发射电路和2道发射线圈（见图2、图3）。

3.3 模拟地层部分

模拟地层包括5种不同地层电阻率。其中有5种幅度比电阻率和5種相位差电阻率。为了保证每个模拟地层具有不同的幅度比（A1/A2），有不同的相位差（△φ），我们采用最简单的电感、电容和电阻串联而成[5]。通过调节电阻R的比例可以得到信号不同的幅度;通过调节电感、电容的数值改变对应两道信号的相位差（△φ）。

4  试验结果

实时测试EWR测量值，通过调校“模拟地层测试盒”的电阻值，使得EWR-P4的4个发射极测量的电阻值分别为0.1 Ω Μ/1 Ω Μ/10 Ω Μ/100 Ω Μ[6]。结果见图4、图5、图6。

5  结语

（1）考虑到现场作业实际应用，地层模拟盒目前以相位检测为主。

（2）通过测试，可以看到当EWR模拟地层测试盒档位在0.1 Ω m、1 Ω m、10 Ω m档位时，超浅发射、浅发射、中发射、深发射的测量值非常准确，误差在±10%，在100 Ω m档位时，还存在一些困难，但由于其空间已经能够对测量趋势进行判断。

参考文献

[1] 李俊.智能激发极化测井仪器研制[J].中国新技术新产品，2020（3）：25-27.

[2] 李辉.随钻电磁波电阻率测井仪器响应数值模拟及应用[M].镇江：江苏大学出版社，2017.

[3] 李鹏飞.基于UG的吸能盒结构优化设计与轻量化模拟分析[J].智能计算机与应用，2019（5）：142-145，149.

[4] 赖富强.专业学位研究生油气地球物理测井工程案例库建设探索[J].教育现代化，2019（43）：92-94.

[5] 温瑜.双圆盾构掘进地层扰动的三维数值模拟[J].现代隧道技术，2020（5）：450-457.

[6] 徐风.数值模拟地层测试测井流体性质解释模型[J].测井技术，2020（4）：377-380.