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        隨鉆電阻率發(fā)射天線電路研究

        2018-06-19 08:28:38
        西部探礦工程 2018年6期
        關(guān)鍵詞:發(fā)送器接收器電阻率

        劉 暢

        (大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院鉆井工藝研究所,黑龍江大慶163000)

        1 研究的目的及意義

        隨鉆電阻率測量儀器的設(shè)計以發(fā)射和接受雙收圈系為基礎(chǔ),所使用的發(fā)射源為徑向放置的高頻電流線圈,相當(dāng)于軸向磁偶極子源,通過測量兩接收線圈的感應(yīng)電動勢的相位差、幅度比的相對量來獲得地層視電阻率。

        發(fā)射天線電路研究是電阻率研究的重要部分之一,可對隨鉆電阻率項目以后的研究起到指導(dǎo)性作用,具有里程碑的意義。發(fā)射天線的接收示意圖,如圖1所示。

        圖1 天線發(fā)射接收示意圖

        2 電阻率測井原理及發(fā)射天線電路研究

        2.1 電阻率測井原理

        MPR工具的校正或補(bǔ)償理論是,用4個發(fā)送器代替一個發(fā)送器的DPR系統(tǒng)[1];

        (1)被補(bǔ)償?shù)腜D和AT值只不過是2個非補(bǔ)償性的讀數(shù)的平均值;

        (2)在400KHz頻率上連續(xù)的重復(fù)測量是為研究的深度提供一個改進(jìn)的數(shù)值;

        (3)在MPR鋌的設(shè)計中,包括有4個發(fā)送器和2個接收器;

        (4)每一個都包括2個天線,一個頻率為400kHz,另一個為2MHz,發(fā)送和接收RF射頻信號;

        (5)每一個信號都在包含有調(diào)諧回路的連接盒上有一個端口。

        MPR的特點:

        (1)消除了溫漂;

        (2)在增加了電阻率限制的情況下,電路以獲得更為精準(zhǔn)的電阻率測量;

        (3)為將探測區(qū)域更深入化,提供至少2個曲線圖表;

        (4)細(xì)孔的容量問題;

        (5)有穿越30°/100ft的急轉(zhuǎn)彎的能力;

        (6)在150℃環(huán)境中工作;

        (7)PR工具是由4個發(fā)送器和2個接收器組成的,并且其工作頻率分別為2MHz和400kHz:

        (8)其中400kHz的頻率的設(shè)置是為增加研究的深度和減少電介質(zhì)的影響;

        (9)2MHz頻率對垂直和水平方向的分辨率是有幫助的;

        (10)利用這2個不同的頻率來進(jìn)行8個不同深度的測量。

        另外,由于設(shè)計工具的需要,這些測量是補(bǔ)償方式工作,當(dāng)相同頻率時,2個測量值相加后取平均值;4個發(fā)送器必須均勻分布在2個接收器的兩側(cè);來自于頂部的和底部的發(fā)送器相位差或振幅的和相加再除以2:

        相位差的補(bǔ)償=[T1(PD)+T2(PD)]/2=[(P11-P12)+(P22-P21)]/2

        振幅值的補(bǔ)償=[T1(AT)+T2(AT)]/2=[(A12-A11)+(A21-A22)]/2

        不同于DPR工具在鋌壁上為發(fā)送器和接收器提供電量,MPR則在探棒內(nèi)或壓力管內(nèi)儲存了所有的電量;探棒安置在MPR鉆鋌的內(nèi)部,并且在鉆鋌壁的內(nèi)側(cè)附著探棒與短槳的組合體;在短槳里面是鉆鋌的天線同探棒的電源相連接的端口;基于系統(tǒng)的探棒的最大的優(yōu)點是,探棒同任何型號的鉆鋌都能兼容,這是一個小的改進(jìn);鉆鋌本身包括6根天線,即4個發(fā)送天線和2個接收天線,如圖2所示。

        圖2 隨鉆電阻率殼體示意圖

        MPR探管包括3個主要部分,它們都同短連接器相連接:

        (1)發(fā)送器的上半部分,放置T2和T4的電路板;

        (2)發(fā)送器的下半部分,放置T1和T3的電路板;

        (3)接收器部分,放置MPC、接收器、PSU和調(diào)制解調(diào)器。

        探棒的短連接器主要有以下4個功能:

        (1)同3個主要的探棒部分相連接;

        (2)提供各模塊之間的電氣連接;

        (3)提供發(fā)送和接收器天線間的電氣連接;

        (4)給記憶存儲提供通信的通道。

        在6-3/4″和8-1/4″的MPR鉆鋌中,有一個短槳的上部和M30模環(huán)的補(bǔ)充連接。

        在電阻率內(nèi)部電路中,主控板尤為重要,它控制了整個電阻率的數(shù)據(jù)測量和計算。68332這個芯片安裝在處理器的主板上,它控制每一個在發(fā)送和接收器的主板上68HC11控制器;每一個68HC11都控制一個NCO,68332通過BUS直接和68HC11通信;68HC11會解碼一系列指令,并承載一些數(shù)據(jù)進(jìn)入NCO寄存器,以產(chǎn)生特定的頻率:2MHz或400kHz;獲取的數(shù)據(jù)必須保證同發(fā)送信號是完全的同步,這是由在處理器主板上的一個晶體振蕩器來完成的。時鐘是運行在12.288MHz的頻率上的,這個頻率允許數(shù)控振蕩器以最小的失真產(chǎn)生2MH和400kHz的輸出信號。

        2.2 發(fā)射天線電路研究

        發(fā)送器PCBA由下面元件組成:68HC711微控制器、12.288MHz的時鐘、AD7008數(shù)控振蕩器、低通濾波器、電源輸出放大器、直流轉(zhuǎn)換器和3W的電源。

        輸出的2MHz和400kHz的頻率是由AD7008數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的,AD7008被微控制器68HC711所控制,而68HC711又輪流被68332的主處理器控制。AD7008的輸出被電源輸出器放大,發(fā)送器的電源是由DC-DC轉(zhuǎn)換器供電的。

        3 結(jié)論

        隨鉆電阻率測井技術(shù)是在鉆進(jìn)過程中,將井下測量數(shù)據(jù)通過泥漿脈沖傳到地面,并從地面進(jìn)行解碼后得到地層電阻率數(shù)據(jù),它能更及時更準(zhǔn)確地反映出井下井眼的實時數(shù)據(jù)。其測量的精度及實時性更高,提高了地層評價的準(zhǔn)確性,是油田生產(chǎn)中急需的技術(shù)。隨鉆地層電阻率測井儀器已經(jīng)成為石油鉆井作業(yè)的主導(dǎo)設(shè)備。

        隨鉆電阻率模塊中,發(fā)射天線電路是整個殼體的基礎(chǔ),是隨鉆電磁波測井技術(shù)的基石之一,打破國外的技術(shù)壟斷指日可待??尚纬删哂凶灾髦R產(chǎn)權(quán)的隨鉆電阻率測量儀器,降低LWD應(yīng)用成本,發(fā)展水平井鉆井技術(shù)。該測量儀器可以應(yīng)用在國內(nèi)各油田引進(jìn)的隨鉆儀器上,提高LWD的使用效率,擴(kuò)大水平井的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍,為國產(chǎn)商業(yè)用機(jī)的研發(fā)奠定基礎(chǔ),應(yīng)用前景廣闊。

        [1]貝克休斯MPR維修手冊[E].2014.

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