杜黎君

(中原石油勘探局地球物理測(cè)井公司 河南濮陽(yáng))

對(duì)感應(yīng)儀器刻度的認(rèn)識(shí)

杜黎君

(中原石油勘探局地球物理測(cè)井公司 河南濮陽(yáng))

感應(yīng)儀器的刻度不同于其他電法儀器的刻度,是因?yàn)闇y(cè)量系統(tǒng)的偏移是由兩部分組成的,一個(gè)是感應(yīng)線(xiàn)圈系自身無(wú)法克服的探頭誤差,另一個(gè)是地面設(shè)備、電纜及儀器的偏移。文章以常規(guī)感應(yīng)和向量感應(yīng)為例,論述了各自的刻度原理。最后得出結(jié)論,向量感應(yīng)更加注重對(duì)地層原始信息的獲取,并在探頭誤差校正方面做了更多的努力,由此測(cè)得的地層電導(dǎo)率更為準(zhǔn)確。

感應(yīng)測(cè)井;探頭誤差;常規(guī)感應(yīng);向量感應(yīng);R信號(hào)(分量);X信號(hào)(分量);主刻度;電路內(nèi)刻

0 引 言

電法儀器刻度的通常做法是用精確的已知標(biāo)準(zhǔn)值做為整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的輸入,就是模擬地層,標(biāo)準(zhǔn)值經(jīng)儀器、電纜及地面設(shè)備得到一個(gè)輸出值即測(cè)量值,將已知的標(biāo)準(zhǔn)值與測(cè)量值做比較得到測(cè)量系統(tǒng)的2個(gè)傳輸特性,即增益和偏移校正。一旦確定了傳輸特性,那么利用這一過(guò)程的反過(guò)程,用系統(tǒng)的測(cè)量值乘以增益加上偏移校正就得到了系統(tǒng)的輸入值,即地層信息。所以?xún)x器刻度的目的就是在測(cè)井時(shí)獲取整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的傳輸特性。用公式可以表示如下:

PM為正刻信號(hào),即儀器線(xiàn)路中刻度電阻的采樣信號(hào);ZM為零刻信號(hào),通過(guò)將測(cè)量電路的輸入端短接獲得。那么測(cè)井過(guò)程中,儀器的響應(yīng)為:

地層電導(dǎo)率=(儀器測(cè)量值×GAIN)+OFFSET

由于感應(yīng)儀器與生俱來(lái)的探頭誤差,除了通過(guò)上述電路內(nèi)刻確定偏移外,還要通過(guò)主刻度來(lái)確定探頭誤差,以消除測(cè)量系統(tǒng)的全部偏移,保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。

1 儀器的刻度[1]

儀器的主刻度也被稱(chēng)為一級(jí)刻度,確定的是包括儀器的探頭、儀器的電路、電纜及地面設(shè)備在內(nèi)的整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的傳輸特性。對(duì)于感應(yīng)儀器,所需的環(huán)境非常嚴(yán)格,被定為一級(jí)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),就是要提供一個(gè)零電導(dǎo)率環(huán)境,即自由空氣以及測(cè)試環(huán)標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率。但井場(chǎng)環(huán)境很難達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),這就需要建立二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),即沒(méi)有探頭參與下的電路刻度,被稱(chēng)為電路內(nèi)刻,用來(lái)模擬主刻度。圖1所示的常規(guī)感應(yīng)儀器,利用零刻繼電器將測(cè)量放大器的輸入端短路來(lái)模擬零電導(dǎo)率環(huán)境(零刻);用正刻繼電器從探頭切換至精密的刻度電阻,模擬測(cè)試環(huán)。測(cè)前刻度是儀器在測(cè)井開(kāi)始前做的電路內(nèi)刻,對(duì)于感應(yīng)儀器應(yīng)該在儀器下到井底再進(jìn)行,可以顧及到溫度和壓力對(duì)儀器的影響。內(nèi)刻的目的有兩個(gè),一是證實(shí)儀器是否工作正常,二是計(jì)算增益和偏移用于測(cè)井。

1.1 常規(guī)感應(yīng)儀器的刻度

以2530常規(guī)感應(yīng)儀器的深感應(yīng)為例來(lái)討論如何確定測(cè)量系統(tǒng)的傳輸特性,中感應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)傳輸特性的確定與深感應(yīng)相同。深感應(yīng)測(cè)試環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)電阻是5.11Ω,代表401mmho的地層;中感應(yīng)測(cè)試環(huán)標(biāo)準(zhǔn)電阻是8.44Ω,代表461mmho的地層。趨膚效應(yīng)提升后都為500mmho。

將感應(yīng)儀器置于3 m高的木馬上,并確保探頭四周4.5 m范圍內(nèi)無(wú)導(dǎo)電材料,也就是將儀器放置在所謂的自由空氣中,然后將401mmho的測(cè)試環(huán)放在探頭的深感應(yīng)測(cè)試位置,由于探頭誤差和電路偏移的存在,儀器的正刻值TLPM=401+探頭誤差+電路偏移;去掉測(cè)試環(huán)電阻,儀器的零刻值TTPZM=探頭誤差+電路偏移。增益的計(jì)算公式:

電路偏移是通過(guò)儀器電路內(nèi)刻的零刻得到的,如圖1所示,零刻繼電器將信號(hào)放大器的輸入端短路,儀器的讀值為電路零刻值EZM,則電路偏移為EZM×GAIN,那么電路偏移校正OFFSET為:

圖1 2530常規(guī)雙感應(yīng)接收電路框圖

用儀器在空氣中的讀值TPZM減去電路的零刻值就能得到儀器的探頭誤差(TLZM-EZM)×GAIN,那么探頭誤差校正SEC為:

S EC=-(TL ZM-EZM)×GAIN

電路正刻用來(lái)模擬401mmho測(cè)試環(huán),如圖1所示,正刻繼電器從探頭的接收線(xiàn)圈切換到模擬線(xiàn)圈和刻度電阻,儀器的電路正刻讀值為EPM。由于測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法滿(mǎn)足一級(jí)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),就希望使EPM-EZM=TLPM-TLZM。從增益的公式可以看出,如果該等式能被滿(mǎn)足,那么用EPM和EZM計(jì)算的增益就與用主刻度TLPM和TLZM計(jì)算出的增益相同,可是調(diào)節(jié)刻度電阻只能近似而不能精確得到401mmho,但我們可以用TLZM和TLPM得到的GAIN精確地計(jì)算出一個(gè)正參考值PLUS REF:

該參考值如果經(jīng)趨膚效應(yīng)提升,應(yīng)非常接近500mmho,如果不在495～505mmho的范圍,就需要調(diào)節(jié)刻度電阻。有了PLUS REF,再利用測(cè)前刻度的EPM和EZM就精確地計(jì)算出了與主刻度相同的增益了,可以看出刻度電阻對(duì)增益的重新計(jì)算是極為關(guān)鍵和重要的。

為準(zhǔn)確獲取地層信息,測(cè)量系統(tǒng)的傳輸特性必須在測(cè)井時(shí)確定,這就是為什么要重新計(jì)算增益和偏移。由于測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法實(shí)施主刻度,就用二級(jí)刻度的電路刻度來(lái)模擬主刻度來(lái)確定系統(tǒng)的傳輸特性。系統(tǒng)的增益及偏移確定后,就開(kāi)始進(jìn)行測(cè)井,測(cè)得的地層電導(dǎo)率為:

ILD的地層電導(dǎo)率=(儀器的測(cè)量值×GAIN)+OFFS ET+S EC

之后再進(jìn)行反褶積計(jì)算和趨膚效應(yīng)提升,就得到了真實(shí)的地層電導(dǎo)率。

由此可見(jiàn),常規(guī)感應(yīng)儀器的刻度既要做主刻也要做內(nèi)刻,要確定的參數(shù)有四個(gè),分別為增益、電路偏移、探頭誤差和正參考。同樣,中感應(yīng)也要確定這樣四個(gè)參數(shù)。

1.2 向量感應(yīng)的刻度[2、3]

1.2.1 向量感應(yīng)與常規(guī)感應(yīng)的對(duì)比

與常規(guī)雙感應(yīng)相比,向量感應(yīng)DIT-E有5點(diǎn)改進(jìn):

(1)測(cè)量信號(hào)數(shù)字化。系統(tǒng)偏移就只針對(duì)從探頭的接收線(xiàn)圈到壓頻轉(zhuǎn)換輸出。

(2)在測(cè)井過(guò)程中實(shí)時(shí)內(nèi)刻?？梢园褱囟壬仙龑?duì)電路造成的熱偏移做軟件上的消除。

(3)不僅測(cè)量R信號(hào),也測(cè)量X信號(hào)以實(shí)時(shí)校正趨膚效應(yīng)和圍巖影響。

(4)有10 kHz、20 kHz、40 kHz三個(gè)頻率的發(fā)射激勵(lì)脈沖可供選擇以減小趨膚效應(yīng)。

(5)實(shí)時(shí)進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償,使探頭誤差更加穩(wěn)定。

這5點(diǎn)改進(jìn)使向量感應(yīng)刻度確定的整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的傳輸特性有三類(lèi):

(1)利用實(shí)時(shí)內(nèi)刻確定深、中感應(yīng)電子電路的增益、偏移和相位偏移以消除電路的溫漂。

(2)利用主刻度確定深、中感應(yīng)的系統(tǒng)增益(DGF、MGF)和系統(tǒng)相位校正(DPH、MPH)。

(3)R信號(hào)深、中感應(yīng)探頭誤差校正(DRE、MRE)和X信號(hào)深、中感應(yīng)探頭誤差校正(DXE、MXE)。1.2.2 刻度和傳輸特性計(jì)算[3]

電路內(nèi)刻和儀器的主刻度都以深感應(yīng)為例,測(cè)試環(huán)及電路正刻標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表1。電路內(nèi)刻需要完成3個(gè)刻度測(cè)量才能確定電路的增益、偏移和相位偏移。如圖2所示,一個(gè)是零刻CAL0,將接地端通過(guò)多路器接到R通道和X通道,R道相敏檢波的R相位參考與X道相敏檢波的X相位參考之間的相差是90°,分別得到深感應(yīng)零測(cè)量值ILDZ、IXDZ以確定電路偏移;一個(gè)是正刻CAL+,將刻度電阻上的電壓信號(hào)通過(guò)相位參考的相差也同樣是90°,得到兩通道深感應(yīng)參考測(cè)量值ILDP、IXDP用以確定接收放大器的相移和相敏檢波的多路器接到R通道和X通道,兩通道相敏檢波的相位誤差;再一個(gè)是相位刻,通過(guò)多路器接到R通道和X通道的信號(hào)依然是刻度電阻的電壓,不同的是兩通道相敏檢波的相位參考之間的相差是0°即同相位,兩通道得到的都是純R信號(hào)ILDN、LXDN用以對(duì)兩通道的增益做比較。由內(nèi)刻計(jì)算電路的傳輸特性如下:

R通道和X通道的增益比

表1 測(cè)試環(huán)及電路正刻標(biāo)準(zhǔn)值

圖2 DIT-E向量感應(yīng)的接收電路框

低通濾波前信號(hào)相移

從正刻測(cè)量去掉相移得到R信號(hào)

X通道增益IXDGain=Gain Ratio×ILDGain。

由零刻獲取R、X通道的電路偏移

由于內(nèi)刻是在測(cè)井過(guò)程中進(jìn)行的,則深感應(yīng)R、X通道測(cè)得的地層原始值(VCO輸出頻率)RILD和RIXD,經(jīng)電路增益和偏移校正為:

再由電路相移和系統(tǒng)傳輸特性確定最終地層電導(dǎo)率:

DGF、DPH、DRE、DXE分別為系統(tǒng)增益、相移、R信號(hào)探頭誤差校正和X信號(hào)探頭誤差校正。

儀器的主刻度要完成2個(gè)刻度測(cè)量,一個(gè)是測(cè)試環(huán)正刻,將帶標(biāo)準(zhǔn)電阻的測(cè)試環(huán)置于深感應(yīng)測(cè)量點(diǎn),深感應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的電導(dǎo)率分別為ILDTLON、IXDTLON;另一個(gè)是去掉標(biāo)準(zhǔn)電阻的零刻,對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率為ILDTLOFF、IXDTLOFF。這四個(gè)電導(dǎo)率是經(jīng)過(guò)與上述相同的計(jì)算得到的,只是假設(shè)系統(tǒng)增益DGF=1、系統(tǒng)相移DPH=0,探頭誤差校正DRE=0DXE=0。則系統(tǒng)的相移和增益計(jì)算如下:

系統(tǒng)相移DPH

2 結(jié)束語(yǔ)

TLSPHID和TLSMAGD為表1所列標(biāo)準(zhǔn)值。

探頭誤差校正是由廠家提供的真實(shí)探頭誤差校正、溫度校正系數(shù)、壓力校正系數(shù)以及環(huán)境電導(dǎo)率貢獻(xiàn)組成。

常規(guī)感應(yīng)利用“堵”的方式測(cè)量地層電導(dǎo)率,用變感器拒絕X信號(hào);用溫度電阻減少溫度對(duì)探頭誤差的影響;用探頭誤差調(diào)節(jié)電阻降低探頭誤差,但都沒(méi)能將這些影響地層電導(dǎo)率測(cè)量的不利因素徹底清除,而且又丟掉了一些重要的地層信息,不能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。而向量感應(yīng)采用與之相反的“疏”的方式測(cè)量地層電導(dǎo)率,接收X信號(hào);測(cè)量真實(shí)的探頭誤差;在電路設(shè)計(jì)上不去消除溫度、壓力對(duì)探頭誤差的影響,而是通過(guò)軟件精確計(jì)算溫度和壓力系數(shù),使這些不利因素對(duì)測(cè)量的影響得到徹底清除。測(cè)井中的實(shí)時(shí)內(nèi)刻把由溫度上升造成的電路溫漂在看似放任的情況下得到剔除,所以向量感應(yīng)在地層電導(dǎo)率的測(cè)量上要比常規(guī)感應(yīng)更為準(zhǔn)確。

[1] 環(huán)鼎科技有限科技公司.雙感應(yīng)測(cè)井儀器維修手冊(cè).北京,2006(資料)

[2] Schlumberger.Volume1 of DIT-E Maintenance Manual.Hus ton,1986:4-3-4-6(資料)

[3] Schlumberger.Volume1 of DIT-E Maintenance Manual.Huston,1986:4-12-4-13(資料)

PI,2010,24(6):32～35

Induction calibration is different from that of the electrical logging tool,its offset is the sum of two offsets.An offset due to the sonde′s imperfection called the″Sonde Error″;an offset the rest of the equipment.This paper discusses the calibration principle of the both conventional dual induction and the phase dual induction separately.We get a conclusion finally,phase dual induction attach importance to acquire the raw information of formation.Also,a great deal of ef-fort has been gone into sonde error correction,so the formation conductivity measured by the phase dual induction is more accurate.I wish to provide a few help and inspiration for my colleague of tools maintenance and logging from this paper.

Key words:induction logging;conventional dual induction;phase dual induction;R component;X component;master calibration;electrical calibration

Recognition for the calibration of induction logging tools.

Du Lijun.

P631.8+11

B

1004-9134(2010)06-0032-04

杜黎君,女,1966年生,高級(jí)工程師,1988年畢業(yè)于西安石油學(xué)院電子儀器與測(cè)量技術(shù)專(zhuān)業(yè),現(xiàn)從事測(cè)井儀器維修工作。郵編:457001

2010-06-22編輯:姜 婷)