对感应仪器刻度的认识

杜黎君

(中原石油勘探局地球物理测井公司 河南濮阳)

对感应仪器刻度的认识

杜黎君

(中原石油勘探局地球物理测井公司 河南濮阳)

感应仪器的刻度不同于其他电法仪器的刻度,是因为测量系统的偏移是由两部分组成的,一个是感应线圈系自身无法克服的探头误差,另一个是地面设备、电缆及仪器的偏移。文章以常规感应和向量感应为例,论述了各自的刻度原理。最后得出结论,向量感应更加注重对地层原始信息的获取,并在探头误差校正方面做了更多的努力,由此测得的地层电导率更为准确。

感应测井;探头误差;常规感应;向量感应;R信号(分量);X信号(分量);主刻度;电路内刻

0 引 言

电法仪器刻度的通常做法是用精确的已知标准值做为整个测量系统的输入,就是模拟地层,标准值经仪器、电缆及地面设备得到一个输出值即测量值,将已知的标准值与测量值做比较得到测量系统的2个传输特性,即增益和偏移校正。一旦确定了传输特性,那么利用这一过程的反过程,用系统的测量值乘以增益加上偏移校正就得到了系统的输入值,即地层信息。所以仪器刻度的目的就是在测井时获取整个测量系统的传输特性。用公式可以表示如下:

PM为正刻信号,即仪器线路中刻度电阻的采样信号;ZM为零刻信号,通过将测量电路的输入端短接获得。那么测井过程中,仪器的响应为:

地层电导率=(仪器测量值×GAIN)+OFFSET

由于感应仪器与生俱来的探头误差,除了通过上述电路内刻确定偏移外,还要通过主刻度来确定探头误差,以消除测量系统的全部偏移,保证数据采集的准确性。

1 仪器的刻度[1]

仪器的主刻度也被称为一级刻度,确定的是包括仪器的探头、仪器的电路、电缆及地面设备在内的整个测量系统的传输特性。对于感应仪器,所需的环境非常严格,被定为一级环境标准,就是要提供一个零电导率环境,即自由空气以及测试环标准电导率。但井场环境很难达到一级标准,这就需要建立二级标准,即没有探头参与下的电路刻度,被称为电路内刻,用来模拟主刻度。图1所示的常规感应仪器,利用零刻继电器将测量放大器的输入端短路来模拟零电导率环境(零刻);用正刻继电器从探头切换至精密的刻度电阻,模拟测试环。测前刻度是仪器在测井开始前做的电路内刻,对于感应仪器应该在仪器下到井底再进行,可以顾及到温度和压力对仪器的影响。内刻的目的有两个,一是证实仪器是否工作正常,二是计算增益和偏移用于测井。

1.1 常规感应仪器的刻度

以2530常规感应仪器的深感应为例来讨论如何确定测量系统的传输特性,中感应测量系统传输特性的确定与深感应相同。深感应测试环的标准电阻是5.11Ω,代表401mmho的地层;中感应测试环标准电阻是8.44Ω,代表461mmho的地层。趋肤效应提升后都为500mmho。

将感应仪器置于3 m高的木马上,并确保探头四周4.5 m范围内无导电材料,也就是将仪器放置在所谓的自由空气中,然后将401mmho的测试环放在探头的深感应测试位置,由于探头误差和电路偏移的存在,仪器的正刻值TLPM=401+探头误差+电路偏移;去掉测试环电阻,仪器的零刻值TTPZM=探头误差+电路偏移。增益的计算公式:

电路偏移是通过仪器电路内刻的零刻得到的,如图1所示,零刻继电器将信号放大器的输入端短路,仪器的读值为电路零刻值EZM,则电路偏移为EZM×GAIN,那么电路偏移校正OFFSET为:

图1 2530常规双感应接收电路框图

用仪器在空气中的读值TPZM减去电路的零刻值就能得到仪器的探头误差(TLZM-EZM)×GAIN,那么探头误差校正SEC为:

S EC=-(TL ZM-EZM)×GAIN

电路正刻用来模拟401mmho测试环,如图1所示,正刻继电器从探头的接收线圈切换到模拟线圈和刻度电阻,仪器的电路正刻读值为EPM。由于测井现场无法满足一级环境标准,就希望使EPM-EZM=TLPM-TLZM。从增益的公式可以看出,如果该等式能被满足,那么用EPM和EZM计算的增益就与用主刻度TLPM和TLZM计算出的增益相同,可是调节刻度电阻只能近似而不能精确得到401mmho,但我们可以用TLZM和TLPM得到的GAIN精确地计算出一个正参考值PLUS REF:

该参考值如果经趋肤效应提升,应非常接近500mmho,如果不在495～505mmho的范围,就需要调节刻度电阻。有了PLUS REF,再利用测前刻度的EPM和EZM就精确地计算出了与主刻度相同的增益了,可以看出刻度电阻对增益的重新计算是极为关键和重要的。

为准确获取地层信息,测量系统的传输特性必须在测井时确定,这就是为什么要重新计算增益和偏移。由于测井现场无法实施主刻度,就用二级刻度的电路刻度来模拟主刻度来确定系统的传输特性。系统的增益及偏移确定后,就开始进行测井,测得的地层电导率为:

ILD的地层电导率=(仪器的测量值×GAIN)+OFFS ET+S EC

之后再进行反褶积计算和趋肤效应提升,就得到了真实的地层电导率。

由此可见,常规感应仪器的刻度既要做主刻也要做内刻,要确定的参数有四个,分别为增益、电路偏移、探头误差和正参考。同样,中感应也要确定这样四个参数。

1.2 向量感应的刻度[2、3]

1.2.1 向量感应与常规感应的对比

与常规双感应相比,向量感应DIT-E有5点改进:

(1)测量信号数字化。系统偏移就只针对从探头的接收线圈到压频转换输出。

(2)在测井过程中实时内刻。可以把温度上升对电路造成的热偏移做软件上的消除。

(3)不仅测量R信号,也测量X信号以实时校正趋肤效应和围岩影响。

(4)有10 kHz、20 kHz、40 kHz三个频率的发射激励脉冲可供选择以减小趋肤效应。

(5)实时进行温度和压力补偿,使探头误差更加稳定。

这5点改进使向量感应刻度确定的整个测量系统的传输特性有三类:

(1)利用实时内刻确定深、中感应电子电路的增益、偏移和相位偏移以消除电路的温漂。

(2)利用主刻度确定深、中感应的系统增益(DGF、MGF)和系统相位校正(DPH、MPH)。

(3)R信号深、中感应探头误差校正(DRE、MRE)和X信号深、中感应探头误差校正(DXE、MXE)。1.2.2 刻度和传输特性计算[3]

电路内刻和仪器的主刻度都以深感应为例,测试环及电路正刻标准值见表1。电路内刻需要完成3个刻度测量才能确定电路的增益、偏移和相位偏移。如图2所示,一个是零刻CAL0,将接地端通过多路器接到R通道和X通道,R道相敏检波的R相位参考与X道相敏检波的X相位参考之间的相差是90°,分别得到深感应零测量值ILDZ、IXDZ以确定电路偏移;一个是正刻CAL+,将刻度电阻上的电压信号通过相位参考的相差也同样是90°,得到两通道深感应参考测量值ILDP、IXDP用以确定接收放大器的相移和相敏检波的多路器接到R通道和X通道,两通道相敏检波的相位误差;再一个是相位刻,通过多路器接到R通道和X通道的信号依然是刻度电阻的电压,不同的是两通道相敏检波的相位参考之间的相差是0°即同相位,两通道得到的都是纯R信号ILDN、LXDN用以对两通道的增益做比较。由内刻计算电路的传输特性如下:

R通道和X通道的增益比

表1 测试环及电路正刻标准值

图2 DIT-E向量感应的接收电路框

低通滤波前信号相移

从正刻测量去掉相移得到R信号

X通道增益IXDGain=Gain Ratio×ILDGain。

由零刻获取R、X通道的电路偏移

由于内刻是在测井过程中进行的,则深感应R、X通道测得的地层原始值(VCO输出频率)RILD和RIXD,经电路增益和偏移校正为:

再由电路相移和系统传输特性确定最终地层电导率:

DGF、DPH、DRE、DXE分别为系统增益、相移、R信号探头误差校正和X信号探头误差校正。

仪器的主刻度要完成2个刻度测量,一个是测试环正刻,将带标准电阻的测试环置于深感应测量点,深感应测量系统测得的电导率分别为ILDTLON、IXDTLON;另一个是去掉标准电阻的零刻,对应的电导率为ILDTLOFF、IXDTLOFF。这四个电导率是经过与上述相同的计算得到的,只是假设系统增益DGF=1、系统相移DPH=0,探头误差校正DRE=0DXE=0。则系统的相移和增益计算如下:

系统相移DPH

2 结束语

TLSPHID和TLSMAGD为表1所列标准值。

探头误差校正是由厂家提供的真实探头误差校正、温度校正系数、压力校正系数以及环境电导率贡献组成。

常规感应利用“堵”的方式测量地层电导率,用变感器拒绝X信号;用温度电阻减少温度对探头误差的影响;用探头误差调节电阻降低探头误差,但都没能将这些影响地层电导率测量的不利因素彻底清除,而且又丢掉了一些重要的地层信息,不能保证测量的准确性。而向量感应采用与之相反的“疏”的方式测量地层电导率,接收X信号;测量真实的探头误差;在电路设计上不去消除温度、压力对探头误差的影响,而是通过软件精确计算温度和压力系数,使这些不利因素对测量的影响得到彻底清除。测井中的实时内刻把由温度上升造成的电路温漂在看似放任的情况下得到剔除,所以向量感应在地层电导率的测量上要比常规感应更为准确。

[1] 环鼎科技有限科技公司.双感应测井仪器维修手册.北京,2006(资料)

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

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

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,高级工程师,1988年毕业于西安石油学院电子仪器与测量技术专业,现从事测井仪器维修工作。邮编:457001

2010-06-22编辑:姜 婷)