“地”在电法测井中的作用

2013-09-05开金舟薛卫东陈志蓉刘大喜

江汉石油职工大学学报 2013年3期

开金舟，薛卫东，陈志蓉，刘大喜

（中国石化江汉石油工程有限公司测录井公司，湖北潜江433123）

在电法测井仪中，电路中所谓的“地”，是电路中电流环流中人为定义作为“零电位”参考点的某个电位点。由于习惯上把大地作为日常生活用电零电位的参考点，所以也就习惯性地把电路中“零电位”参考点称为“地”。其实，这个“地”，并不一定与真正的大地等电位。电路中有多少个电流环流，就可以人为定义多少个“零电位”参考点，即有多少个“地”。至于这些“地”是否等电位，这取决于分析电路、截取参考点的需要。

对于电法测井仪中的“地”的掌握，同样取决于对于电法测井原理的准确把握和对仪器电路精准的分析。就测井仪器而言，一般情况下，把仪器外壳当做“地”，这样便于电路分析和降低电路设计、制造和维修成本。但也有例外，有些仪器由于电路设计的需要，它的“地”并不是仪器外壳，如果在组合测井中使用这样的仪器，就得特别注意。还有些仪器，它们有若干个独立的电流环流，相应地也有若干相对独立的“零电位”参考点－“地”。同样的，在使用和维修这些仪器时就应当特别注意。下面，就测井中经常遇到的问题作进一步的分析，从而为今后工作提供有益的参考。

1 双侧向测井仪器各电流环路“地”对测井的影响

双侧向测井是一种重要的电法测井手段，同时双侧向测井仪又是相对最复杂的一种电法测井仪器。就该仪器的“地”来说，就有信号“地”、深侧向电流回路“地”、浅侧向电流回路“地”等不同的“零电位”参考点。在该仪器的使用、故障判断以及仪器检修的过程中对这些不同的“地”就应当有清晰的概念，不然，就会严重影响我们正确使用该仪器，进而影响到测井资料的取全、取准。

要想知道各电流回路中不同的“地”，就必须准确分析和掌握相应的电流回路。双侧向测井是通过测量流经地层的电流来获取地层视电阻率的，为使电流尽可能多地流经地层，从而使测量值最大化地接近地层真实电阻率，就在主电极的上下端发射一个与主电流等电位的屏蔽电流，在主电流发出的地方构成等势面，使它尽可能地聚束发射，流向地层深处再返回。所以，双侧向的测井数值中地层电阻率的贡献占比主要取决于主电流的聚焦程度，也即测井曲线质量取决于屏流的作用。

1.1 浅侧向测井原理

浅侧向电流驱动放大的主电流经联通线接到电极系的A0电极发射，A2电极（仪器外壳）即为浅侧向回流电极B（也就是我们通常所说的“地”）；屏流是电极A1发射，（仪器外壳）电极 A2（“地”）接收。当 A2电极长一些，屏流构成的等势面相应广一些，那么，主流流经地层的距离更长，其测量值的地层电阻率贡献越多。

1.2 深侧向测井原理

深侧向的屏流由A1、A2（内部通过电路保持该两电极等电位，即对于深侧向电流来说，它们就是一个电极）共同发射，缆皮（“地”）接收后回流到仪器的十号缆芯，而A0发射的主流在屏流的聚焦下，更远地深入地层后再回到作为回流电极B的缆皮，接收后再回到仪器的十号缆芯。由A1、A2共同组成屏流的发射电极，其与 A0等电位，从而构成了一个长长的屏蔽区，使主流更集中，而加长电极使得屏流更多地流经地层，再回到回流点，从而更进一步地迫使主流集中深入地层，使测量值更多地反映地层电阻率的大小。

1.3 双侧向测井仪器疑难故障

双侧向的10＃缆芯是深侧向回路电极的联结线，它与仪器外壳必须保持绝缘良好，同时它还必须与电缆外皮保持连接紧密，连接电阻为零。不然，就将严重影响深侧向屏流的回流路径，使深侧向的主流聚焦异常，使得双侧向测井曲线质量不稳定，在高阻层出现双轨，且深侧向比浅侧向数值低。如果不是清楚地掌握此点，出现此问题后在地面检查时较难发现问题症结之所在。

笔者在仪器检修工作中就曾遇到此类问题。仪器下井测量时总是出现“高阻层双轨，且深侧向比浅侧向数值低”的问题，而仪器在地面查不出任何问题，线性、各标称值、绝缘等均正常。通过艰难的查找，最后确认问题是马龙头的10＃芯绝缘不好引起的，也就是深侧向“地”出了问题。正确的回路“地”应该是电缆外皮，由于绝缘不好，仪器外壳成了回路“地”。

另外，也有人为造成的疑难故障。时有现场工作人员未用双侧向的加长电极中一根绝缘良好的电线将电子仪的10＃芯与鱼雷有效连接，而是错误地通过加长电极的拉筋连接。拉筋连接的隐患主要有：

一是马笼头处的拉筋绝缘难以保证。

二是要在加长电极上加工电极环，这将破坏加长电极表皮，而使拉筋裸露在泥浆中，变成深侧向的回流B电极。这些都将使深侧向的屏流回流路径发生变化而致主流聚焦程度变化，导致测井数值偏低。

三是由于拉筋是通过加工鱼雷时接触连接而非焊接连接，表面氧化等因素有加大接触电阻的可能。这样将影响深侧向电流值，导致测井异常。换句话说，就是容易导致电流回路“地”异常从而影响整个电流测量，使得测量值不能真实地反映地层电阻率。

2 RS 3130全电极组合测井仪电子线路中部分“地”的优化

除了双侧向，用于测量井径、2.5 M、4 M微电极的RS 3130全电极组合测井仪电子线路同样有着不同的电路“地”（参见图1：电路原理框图），其缆芯5既是微电极测量值的输出“地”，又是换挡电流的通道，它在电路中通过换挡开关变换。在测量时微电极测量值的输出“地”连接到缆芯5上，换挡时该输出“地”与缆芯5断开，将缆芯5连接到换挡电路中作为换挡电流的通道。这样的电路设计本身就隐含一定的风险，其换挡电压有可能对换挡开关构成威胁。特别是换挡开关出现故障时，缆芯5上的高压直接就加在了后面的电路中，从而损坏后面的元器件。这种潜在危害实际上已不可避免地成了现实问题，实践证明，这种电路设计确有隐患。这种电路设计是为了不配接PCM单独测井设计的，它把缆芯5当做信号地使用。其实随着技术的进步，实际生产中已经很少一次下井只测3130系列了。

图1 RS 3130全电极组合测井仪电路原理框图

为了解决这个问题，使仪器更加稳定地工作，可以改变微电极信号地的上传缆芯，使之不再与缆芯5相连，而是直接接在缆芯18上（即PCM的模拟信号地），同时将换挡开关的有关通道悬空，这样即使换挡开关有问题时，只会影响换挡，而不会损坏其他部分了（具体电路可参见参考文献2）。通过这样的改进后，3130电子线路就不会发生上述问题。

通过电路框图对电路分析可知，微电极的电流输出回路与电极系的电流输出回路共同通过缆芯10连接到缆皮上的。即微电极电流输出在下端2＃芯，接到极板的0＃电极上。信号发射到地层进入到地层侵入带不久发散回到井筒，然后回到缆芯10，构成一个电流回路。这种设计看似电路流经路径长一些，但有一个问题，即由于连接环节多，当10＃芯出现接触电阻特别是大到一定程度的接触电阻时，势必会影响微电极的测量值。万一10＃芯在哪一环节脱落断开，微电极回路就构不成，就不能正常测井。

其实，微电极主要是测量冲洗带的电阻率，影响其测量质量的因素主要有两点，一是电流回路的连通性和绝缘性，二是极板贴紧井壁的程度。其测井质量的好坏与电流回流点距离的远近关系不大，完全可以利用托架和仪器外壳作为电流回路地。为此，电路可以做如下改进，即在微电极的输出极加一个1∶1隔离变压器，如图1所示，把1：1耦合变压器的初级接原输出端和地端（即原10＃芯），次级一端接到下端2＃芯的连接线上，另一端接一个1Ω／2 W的电阻，然后引出2根线，一根接下端的21芯，最后连接到紧固在仪器托架的螺丝上，同时另一根接在紧固线路骨架处的螺丝上，即与仪器外壳可靠连接。这样接的有三点好处：①当10＃芯发生问题时，微电极照样可以正常测井，这样测井返工时，就可以少下微电极仪器，减少仪器损耗，降低测井风险。②便于在测井不正常时迅速判断并排除故障。③它丝毫不影响微电极的测井曲线质量，而且由于回流时独立可靠连接，还减少了干扰，降低了曲线出现跳点的概率。

3 其它仪器部分工作环路中的“地”的设计

同样的，在其他的仪器中，在不同的电流环路中也有着不同的“零电位”参考点，这些参考点有时等电位，即是同一个“地”；有时它们并不等电位，“地”并不相同。这就要求仔细分析电路，精准把握。如JSB 801双感应测井仪中的缆芯5，它既是输出信号地，同时又是换挡电流的通道。结合该特点，电路设计中就给予了一定的保护和隔离设计。从双感应－八侧向的电路中可以知道，当电路处于换挡状态时，电路通过一个继电器将原接到缆芯一的八侧向信号输出端接到了缆芯5上，使得八侧向输出两端直接短路，这样就避免换挡电流冲击八侧向信号输出电路，也能去掉信号输出电路对换挡电路的影响。而缆芯1、5直接接在两个对接二极管上，再接到换挡电路中，也是对换挡电路的保护设计，避免缆芯10（大多数电路的“地”）与缆芯1、5（模拟信号“地”）直接短接，引发电路故障。

仪器的模拟信号“地”、数字信号“地”、各个直流电源“地”以及换挡电流“地”都会因为它们处于不同的电流环路中而有所区别，须得引起特别的注意。尤其在仪器组合时，更应当在事先掌握仪器中的各个电流环路，了解性质一致的“零电位”参考点－“地”是否连接在相同的联结点上，而不同性质的“地”又是否因为仪器组合而串接在了一起。不然，就会因为该问题而使仪器工作异常，从而影响仪器配接和正常测井。