·開發(fā)設(shè)計(jì)·

高穩(wěn)定雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向發(fā)射電路設(shè)計(jì)

張志剛1何豹1梁峻2段云峰1朱先佑1

(1.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司測(cè)井公司重慶400021；

2.中國(guó)石油西南油氣田分公司天然氣研究院四川成都610213)

摘要：雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井資料能求取地層真實(shí)電阻率，利用曲線差異可有效識(shí)別地層水淹層，快速評(píng)價(jià)低電阻率油層；利用資料反演技術(shù)還可確定地層滲透等特性。在實(shí)際應(yīng)用雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井過程中，儀器老化和電路設(shè)計(jì)缺陷等造成測(cè)井資料失真或很難取全取準(zhǔn)資料的情況時(shí)有發(fā)生。通過分析，其主要原因是儀器發(fā)射模塊穩(wěn)定性差，故文章重新設(shè)計(jì)了新式的高穩(wěn)定性發(fā)射電路，解決了在高溫環(huán)境下、雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)時(shí)不穩(wěn)定的問題。

關(guān)鍵詞：雙感應(yīng)測(cè)井;發(fā)射電路;高溫測(cè)試;實(shí)際應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：第一張志剛，男，1980年生，工程師，2003年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，現(xiàn)在中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司測(cè)井公司測(cè)井技術(shù)分公司從事測(cè)井采集工作。E-mail:cqlczzg@163.com

文章編號(hào)：中圖法分類號(hào)：P631.8+11

收稿日期：(2014-10-10編輯：韓德林)

基金項(xiàng)目：長(zhǎng)江大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：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雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀一次測(cè)量可以同時(shí)得到自然電位、深感應(yīng)、中感應(yīng)和淺聚焦側(cè)向數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)行地層真實(shí)電阻率的求取和快速評(píng)價(jià)低電阻率油層。雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向具有較深的探測(cè)深度，測(cè)井資料通過快速迭代反演技術(shù)可以有效的判斷地層的侵入等特性。合理使用1503XB雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀，能夠在滿足生產(chǎn)需求的同時(shí)提高設(shè)備的利用率、降低油氣田的勘探開發(fā)成本。1503XB雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀能夠在5700、3700以及通過掛接的方式在其它測(cè)井系統(tǒng)中應(yīng)用[1、2]，由于其測(cè)井價(jià)格低廉，目前在各大油氣田仍有廣泛使用，尤其在進(jìn)行中低阻儲(chǔ)層評(píng)價(jià)時(shí)更是做為常規(guī)儀器進(jìn)行作業(yè)。

1503XB雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀在實(shí)際測(cè)井中普遍存在有電路設(shè)計(jì)缺陷；線圈系制作工藝落后，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高，穩(wěn)定性和一致性較差；儀器的溫度性能較低，溫漂和穩(wěn)定性不理想等問題[3]。雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向高穩(wěn)定性發(fā)射電路的設(shè)計(jì)，利用更成熟的電路模塊，更好的設(shè)計(jì)理念，能夠提高雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀器的性能，使其在高溫、長(zhǎng)時(shí)間工作等復(fù)雜工況下測(cè)量精度更高，儀器穩(wěn)定性更好。

1雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀

1.1基本原理

根據(jù)雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向的測(cè)井原理，先給發(fā)射線圈提供交變電流，在發(fā)射線圈周圍就會(huì)產(chǎn)生交變的電動(dòng)勢(shì)，形成以井軸為中心的圓環(huán)形的渦流，渦流的強(qiáng)度與地層的電導(dǎo)率成正比，發(fā)射電流由發(fā)射電路和發(fā)射線圈實(shí)現(xiàn)。發(fā)射渦流在地層中形成二次電磁場(chǎng)，使用接收線圈就會(huì)接收到感應(yīng)儀器發(fā)射后經(jīng)過地層后感生出的測(cè)井信號(hào)。一般情況下這個(gè)信號(hào)由有用信號(hào)和無用信號(hào)兩個(gè)分量組成。由于測(cè)井信號(hào)極其微弱，所以首先用變壓器對(duì)信號(hào)提升，再進(jìn)入前置放大器進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)仍然達(dá)不到測(cè)井儀器信號(hào)接收的要求，再用信號(hào)放大器將檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步放大，最后進(jìn)入相敏檢波器，將無用信號(hào)濾掉，輸出有用信號(hào)。雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井基本原理，如圖1所示。

圖1　雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井基本原理圖

1.2發(fā)射電路功能分析[4]

20 kHz震蕩器的變壓器輸出與發(fā)射線圈系串聯(lián)，提供發(fā)射電流，同時(shí)也給中感應(yīng)和深感應(yīng)參考信號(hào)放大器提供參考信號(hào)。

1503XB雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀發(fā)射電路具體有下面三個(gè)功能：

1)給參考放大器提供20 kHz、0.2 V的參考信號(hào)；

2)給發(fā)射線圈提供20 kHz、125 V~140 V的發(fā)射信號(hào)；

3)給聚焦側(cè)向提供1 250 Hz, 0.5 V的方波信號(hào)。

1503XB雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀發(fā)射電路主要組成部分有：振蕩器、分頻器、π型濾波器、電壓運(yùn)算放大器、功率放大器、變壓器(提升發(fā)射信號(hào))。

1.3舊式發(fā)射電路分析

1503XB舊式發(fā)射電路,如圖2所示[5]，發(fā)射電路輸出峰峰值為15 V的發(fā)射信號(hào)，經(jīng)過D1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后變?yōu)榉€(wěn)定的10 V，穩(wěn)壓后的電壓為振蕩器和分頻器提供工作電壓。電路中的IC1產(chǎn)生的信號(hào)首先經(jīng)過16分頻，分頻后成為1 250 Hz，此信號(hào)作為聚焦側(cè)向的同步信號(hào)。電路中的IC2產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過分頻后成為20 kHz方波信號(hào)，經(jīng)過π型濾波器后變?yōu)檎也?，再?jīng)A1和PA-1的放大，最后由變壓器提升后分兩路輸出：分別是到發(fā)射線圈做為發(fā)射信號(hào)和到雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向的參考信號(hào)放大器做為參考信號(hào)。

圖2　雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向舊式發(fā)射電路

舊式雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀發(fā)射板輸出的感應(yīng)發(fā)射信號(hào)是通過LC并聯(lián)諧振，利用諧振狀態(tài)下，電感的磁場(chǎng)能量與電容的電場(chǎng)能量實(shí)現(xiàn)完全交換的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)最大功率發(fā)射。LC諧振對(duì)諧振中電路的電阻值，電導(dǎo)值，電容值有比較嚴(yán)格的要求，如果感應(yīng)儀器線圈系有短路或在高溫環(huán)境下電容值發(fā)生變化就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不諧振的情況發(fā)生，此時(shí)儀器會(huì)發(fā)生故障，電流偏大，不能完成正常測(cè)井[6]。

2新式發(fā)射電路設(shè)計(jì)及測(cè)試

2.1新式發(fā)射電路設(shè)計(jì)

下式為感應(yīng)線圈系系數(shù)的表達(dá)式

可以看出，當(dāng)發(fā)射線圈所發(fā)射的電流強(qiáng)度iT和角頻率ω恒定時(shí)，K只與發(fā)射線圈、接收線圈圈數(shù)、線圈的截面積以及線圈距有關(guān)，即K只與線圈系的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。在工藝保證的前提下，電流強(qiáng)度恒定，就可以充分保證發(fā)射的穩(wěn)定。

雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向新式發(fā)射電路，如圖3所示，信號(hào)源由5.12 M振蕩電路(U1、Y1、R1、C8、C9組成)。分頻器U2(4040)分頻后作為EPROM-U3的變換地址，驅(qū)動(dòng)U3循環(huán)輸出20 KHz的數(shù)字正弦波波形，經(jīng)過N1-D/A(7520)轉(zhuǎn)換后得到幅度和頻率都非常穩(wěn)定的正弦波。此正弦波再經(jīng)過N2(2620)放大濾波后驅(qū)動(dòng)N3(TD823)，經(jīng)過N3功率放大和升壓變壓器升壓后接到發(fā)射線圈，在變壓器的次級(jí)同時(shí)并聯(lián)了諧振電容。在調(diào)試中調(diào)整諧振電容的大小，使得電源耗電最小，而發(fā)射電壓值最大。此電路采用數(shù)字化、高溫晶振保證震蕩頻率的穩(wěn)定；并且電路采用負(fù)反饋電路，通過調(diào)整R7熱敏電阻進(jìn)行溫度漂移補(bǔ)償，確保發(fā)射頻率以及電壓穩(wěn)定，使雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀能夠在高溫、長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下穩(wěn)定發(fā)射。

圖3　雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向新式發(fā)射電路

2.2測(cè)試結(jié)果

為了能夠達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用效果，采用高溫試驗(yàn)的方法對(duì)新設(shè)計(jì)的雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀的新式發(fā)射電路進(jìn)行了高溫測(cè)試，其高溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示：

通過表1可以看出，新設(shè)計(jì)的發(fā)射電路在經(jīng)過175度高溫測(cè)試的情況下其輸出的電壓、頻率、電流變化等均能達(dá)到很好的穩(wěn)定性。此電路的設(shè)計(jì)能夠滿足儀器測(cè)井條件下的要求，輸出穩(wěn)定的發(fā)射信號(hào)，保證儀器工作的穩(wěn)定性。

3應(yīng)用效果

此雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀發(fā)射電路已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐，目前在大慶油田、長(zhǎng)慶油田等國(guó)內(nèi)大型油田應(yīng)用效果很好，取得了良好的測(cè)井資料。利用新式發(fā)射電路制造儀器后取得的測(cè)井資料，如圖4所示：

如圖4所示，可以看出新式雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向的自然電位、深感應(yīng)、中感應(yīng)和八側(cè)向曲線均能夠很好的反映地層變化，此設(shè)計(jì)取得了很好的效果。

表1　高溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖4　利用新式發(fā)射電路制造的儀器取得的資料

4結(jié)束語

高穩(wěn)定雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向發(fā)射電路采用負(fù)反饋設(shè)計(jì)原理，利用高溫晶振代替模擬分離元件振蕩電路，使整個(gè)儀器發(fā)射模塊更可靠；采用耐高溫新型AD芯片使整個(gè)發(fā)射電路在惡劣環(huán)境下工作更穩(wěn)定。新設(shè)計(jì)的儀器在實(shí)際測(cè)井中不出現(xiàn)電流偏大等問題，且溫漂影響小。

高穩(wěn)定雙感應(yīng)-聚焦側(cè)向測(cè)井儀發(fā)射電路的成功應(yīng)用，為老式石油儀器的改造可提供一定的參考價(jià)值，可以提高各個(gè)油田測(cè)井公司設(shè)備的利用率，降低油氣勘探和開發(fā)成本，使現(xiàn)有設(shè)備能夠很好的服務(wù)于油氣田建設(shè)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 黃芳，張士中，唐金波，等.雙感應(yīng)-八側(cè)向測(cè)井儀與2530快測(cè)系統(tǒng)配接方法研究[J]. 石油儀器，2013，27(3):46-48.

[2] 陶宏根，李慶峰，王桂萍，等.雙感應(yīng)測(cè)井資料實(shí)用化快速迭代反演技術(shù)及其在大慶油田的應(yīng)用[J]. 測(cè)井技術(shù)，2007，31(5)：441-444.

[3] 陳草棠，霍瑜芬，張培軍，等.DIL5520雙感應(yīng)-聚焦測(cè)井儀技術(shù)特點(diǎn)[J]. 測(cè)井技術(shù)，2007，31(5)：492-499.

[4] 馮啟寧，鞠曉東，柯式鎮(zhèn)，等. 1503雙感應(yīng)測(cè)井儀器[M]. 測(cè)井儀器原理，2010：88-91.

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

[6] 張文博，張良.雙感應(yīng)-八側(cè)向測(cè)井儀電流大問題的維修方法[J]. 石油儀器，2012，26(1)：93-96.

·專利技術(shù)·專利名稱：鉆壓測(cè)試接頭

專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201320229812.4 公開號(hào)：CN203223217U

申請(qǐng)日：2013.04.28 公開日：2013.10.02

申請(qǐng)人：中國(guó)石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司

本實(shí)用新型涉及石油鉆井鉆頭壓力測(cè)試裝置技術(shù)領(lǐng)域，是一種鉆壓測(cè)試接頭，其包括上接頭、下接頭、托架套筒、壓力傳感器和電路板；上接頭的上部外側(cè)有柱塞環(huán)臺(tái)，下接頭的內(nèi)腔壁中部和下部分別有上環(huán)凸臺(tái)和下環(huán)凸臺(tái)，下環(huán)凸臺(tái)的內(nèi)徑小于上環(huán)凸臺(tái)的內(nèi)徑，柱塞環(huán)臺(tái)套裝在下接頭內(nèi)腔上部并能夠上下移動(dòng)，上接頭下部套裝在上環(huán)凸臺(tái)內(nèi)腔內(nèi)并能夠上下移動(dòng)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，其通過下接頭壓縮測(cè)壓液腔內(nèi)的液壓油，液壓油作用在壓力傳感器上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量，并將信號(hào)傳遞給電路板發(fā)送至地面，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)、可靠性高、測(cè)量精度高、整體強(qiáng)度好、簡(jiǎn)便高效的特點(diǎn)。

(王元蓀提供)