趙乃賡 孟 明 彭偉斌

（北京中地英捷物探儀器研究所,北京 102200）

一、概述

隨著煤田勘探的不斷深入,煤田測井越來越需要可靠性、重復(fù)性、穩(wěn)定性和一致性好、測井曲線優(yōu)良、價格合理的測井儀器。以往煤田使用的雙側(cè)向測井儀測量精度差,測井曲線存在以下問題:

1儀器的制作工藝水平較落后，部分線路老化、電路設(shè)計上存在著缺陷和不足，一致性差；

2儀器動態(tài)范圍小，兩端電阻率(高阻或低阻)測量精度差，測井曲線易出現(xiàn)“負差異”等現(xiàn)象，在部分煤田和礦區(qū)存在“雙軌”現(xiàn)象；

3仿CSU雙側(cè)向測井儀是目前國內(nèi)測井效果較為理想的雙側(cè)向測井儀，但該儀器的深側(cè)向屏流源在地面系統(tǒng)中，功率控制工作由地面系統(tǒng)來完成，使得該儀器在配接地面系統(tǒng)時有很大的局限性，而且它的生產(chǎn)成本很高。

PS2332雙側(cè)向測井儀是一種新型的雙側(cè)向測井儀，在借鑒國內(nèi)外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對以往雙側(cè)向測井儀測量精度差、動態(tài)范圍小、“雙軌”等不足之處，實施了改造。該測井儀應(yīng)用單片機控制主電流，給出深、淺屏流源的功率控制信號，實現(xiàn)恒功率控制，使得儀器在保證測量精度不變的前提下，擴大了電阻率的動態(tài)測量范圍，通過軟件的計算和處理，自動調(diào)整電流和電壓的變化，保持主電流的功率恒定，極大地提高了儀器的動態(tài)范圍和精度。整套電路硬件十分簡單，最大限度地采用軟件取代了硬件，并且采用了5700系列雙側(cè)向電極的電極距尺寸，同時取得深淺兩條電阻率曲線，反映出地層真電阻率和侵入帶電阻率的變化?？芍苯訏旖覲SJ-2A型數(shù)字采集記錄儀和PST-1型數(shù)控成像系統(tǒng)。文章介紹了該儀器的基本工作原理，技術(shù)指標，軟硬件的實現(xiàn)方法及實際應(yīng)用。

二、設(shè)計思想

采用恒功率控制方式,屏流優(yōu)先。單片機進行數(shù)據(jù)運算和可變功率控制?？勺児β士刂频脑瓌t是在低阻層和高阻層時，電流和電壓在線性區(qū)域內(nèi)得到最好利用，使功率源輸出的功率得到最大限度的利用。比如，單片機調(diào)節(jié)功率源的直流控制量，使得電子線路在高阻50000歐姆·米時電流很小，電壓很大，但不飽和失真，電壓折中后留有余量，以防遇到特殊情況時電壓突然增大而失真；線性電路的放大倍數(shù)要滿足在低阻1歐姆·米時電壓很小，電流很大，且在其變化的線性區(qū)域內(nèi)。這樣雙側(cè)向測井儀在室內(nèi)實驗時，模擬出許多個地層電阻率，得出每個地層電阻率對應(yīng)的控制點。記錄好這些對應(yīng)關(guān)系，將這些對應(yīng)關(guān)系通過編程輸進單片機，單片機在儀器工作時根據(jù)查表法找到所對應(yīng)的這些控制點，將它發(fā)送給深、淺屏流源的控制端。其電流分布見圖1。

圖2 電路方框圖

三、主要技術(shù)

1電路設(shè)計

深側(cè)向和淺側(cè)向電路的工作頻率為244Hz，深淺側(cè)向的轉(zhuǎn)換頻率為122Hz。深、淺側(cè)向功控電流源發(fā)射屏流與主流，監(jiān)控電路使地層電流場達到動態(tài)平衡；電流測量電路測量主流ID（深側(cè)向）、IS（淺側(cè)向），電壓測量電路測量主流經(jīng)過的目的層的壓降VD（深側(cè)向）、VS（淺側(cè)向）。所測得的 VD、VS、ID、IS送到由單片機組成的信號處理電路進行數(shù)據(jù)采集和處理，并采用一定的算法，控制深、淺側(cè)向功控電流源的功率輸出。

圖3 程序流程圖

2儀器的主要電路

（1）功控電流源電路

由單片機產(chǎn)生一個固定頻率（244Hz）的方波信號，其幅度受深、淺側(cè)向的電流控制，在深、淺側(cè)向電流控制信號的作用下，經(jīng)單片機處理、功率放大，形成深、淺側(cè)向屏流。

（2）電壓、電流測量電路

深、淺側(cè)向電壓信號輸入到電壓測量電路，經(jīng)低通濾波器濾波后，得到深、淺側(cè)向方波的電壓信號，送到單片機的A/D口進行采集。電流測量電路的組成與電壓測量電路完全一樣。

3應(yīng)用單片機技術(shù)

該恒功率雙側(cè)向儀器的最大特點就是充分發(fā)揮了C8051F410單片機的作用，最大限度的采用軟件替代了硬件，很好地完成了數(shù)據(jù)采集和功率控制，所測得的各路模擬信號直接進行A/D轉(zhuǎn)換。單片機根據(jù)采集的深、淺側(cè)向電壓、電流信號，依據(jù)設(shè)定的功率控制算法通過數(shù)字恒功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)穩(wěn)定，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生深、淺側(cè)向功率控制信號，去控制深、淺側(cè)向主電流的發(fā)射功率。

4軟件控制

程序經(jīng)初始化后，依次完成數(shù)據(jù)采集、計算功率，D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生深、淺側(cè)向功率控制信號，深淺側(cè)向采用時分制控制，完成一次循環(huán)，直到使儀器深、淺側(cè)向主電流的發(fā)射功率達到設(shè)定的最佳指標。

PS2332數(shù)控恒功率雙側(cè)向測井儀的電路方框圖和軟件流程圖，請見圖2和圖3所示。

5主要技術(shù)特點及指標

四、主要技術(shù)特點

1儀器采用單片機技術(shù)，用軟件控制深淺側(cè)向功率，通過數(shù)字恒功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，使深淺側(cè)向功率恒定，增加了儀器工作穩(wěn)定性，擴大了儀器測量范圍，提高了測量精度。

圖4 恒功率雙側(cè)向曲線圖

2采用優(yōu)化的電極尺寸，主要電極系尺寸仿國外5700電極系尺寸，用玻璃鋼棒一次加工成型，儀器直徑￠60mm，總長度5 200mm。這樣增加了探測深度，特別是淺側(cè)向探測深度的增加克服了高阻、高礦化度泥漿、大井眼對淺側(cè)向測量值的影響。

3深、淺側(cè)向功控電流源均采用大功率集成電路，使其帶負載能力大大增強，同時由于采用恒功率技術(shù)，使儀器在高礦化度泥漿中測井也能取得較好的資料。

4儀器可與PSJ-2A型數(shù)字采集記錄儀和PST-1型成像測井儀等地面系統(tǒng)直接掛接，進行其原有的組合測井，可實現(xiàn)新老井下儀器的全面兼容和過渡。

5儀器中采用了單片機、最大限度地采用軟件替代了硬件，并使用大規(guī)模的集成元件。作到了結(jié)構(gòu)緊湊，硬件少，整套電路集成度較高，維修方便，保密性強。

五、主要技術(shù)指標

外徑:￠60mm

最大耐溫:85℃

最大測井速度:1000m/h

測量動態(tài)范圍:1歐姆·米～ 50000歐姆·米。

電阻率測量精度:

1歐姆·米～100歐姆·米 20%

100歐姆·米～2000歐姆·米 5%

2000歐姆·米～5000歐姆·米 10%

5000歐姆·米～50000歐姆·米 20%

探測深度：深側(cè)向2.54m,淺側(cè)向0.76m;

適用泥漿性質(zhì):0.018歐姆·米~3.08歐姆·米，鹽水泥漿；

測量最大井徑:400mm

六、實際應(yīng)用

PS2332數(shù)控恒功率雙側(cè)向測井儀目前已在山西晉城的礦區(qū)，東北梅河口地區(qū)以及貴州六盤水礦區(qū)進行了多口井的測井試驗驗證，與以前的雙側(cè)向儀進行了曲線對比測井，證明該測井儀曲線質(zhì)量明顯優(yōu)于其他雙側(cè)向儀器，特別是動態(tài)范圍更大，高阻地層不平頭、不出負值。大井眼的情況下，深、淺側(cè)向曲線反映正常，不出現(xiàn)岐變現(xiàn)象。

圖4是在東北梅河口地區(qū)某井區(qū)所測的雙側(cè)向曲線對比圖。

[1]趙乃賡.改恒流式為恒功率式雙側(cè)向測井儀[J].測井技術(shù),1990（3）.

[2]胡澍.地球物理測井儀器[M].北京:石油工業(yè)出版社，1991.

[3]鄭俊詳，謝冠平，李成富.SDL-7060恒功率式雙側(cè)向測井儀的研制 [J].石油儀器,2012.