随钻电阻率发射天线电路研究

刘 畅

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院钻井工艺研究所，黑龙江大庆163000）

1 研究的目的及意义

随钻电阻率测量仪器的设计以发射和接受双收圈系为基础，所使用的发射源为径向放置的高频电流线圈,相当于轴向磁偶极子源，通过测量两接收线圈的感应电动势的相位差、幅度比的相对量来获得地层视电阻率。

发射天线电路研究是电阻率研究的重要部分之一，可对随钻电阻率项目以后的研究起到指导性作用，具有里程碑的意义。发射天线的接收示意图，如图1所示。

图1 天线发射接收示意图

2 电阻率测井原理及发射天线电路研究

2.1 电阻率测井原理

MPR工具的校正或补偿理论是，用4个发送器代替一个发送器的DPR系统[1]；

（1）被补偿的PD和AT值只不过是2个非补偿性的读数的平均值；

（2）在400KHz频率上连续的重复测量是为研究的深度提供一个改进的数值；

（3）在MPR铤的设计中，包括有4个发送器和2个接收器；

（4）每一个都包括2个天线，一个频率为400kHz，另一个为2MHz，发送和接收RF射频信号；

（5）每一个信号都在包含有调谐回路的连接盒上有一个端口。

MPR的特点：

（1）消除了温漂；

（2）在增加了电阻率限制的情况下，电路以获得更为精准的电阻率测量；

（3）为将探测区域更深入化，提供至少2个曲线图表；

（4）细孔的容量问题；

（5）有穿越30°/100ft的急转弯的能力；

（6）在150℃环境中工作；

（7）PR工具是由4个发送器和2个接收器组成的，并且其工作频率分别为2MHz和400kHz：

（8）其中400kHz的频率的设置是为增加研究的深度和减少电介质的影响；

（9）2MHz频率对垂直和水平方向的分辨率是有帮助的；

（10）利用这2个不同的频率来进行8个不同深度的测量。

另外，由于设计工具的需要，这些测量是补偿方式工作，当相同频率时，2个测量值相加后取平均值；4个发送器必须均匀分布在2个接收器的两侧；来自于顶部的和底部的发送器相位差或振幅的和相加再除以2：

相位差的补偿=[T1（PD）+T2（PD）]/2=[（P11-P12）+（P22-P21）]/2

振幅值的补偿=[T1（AT）+T2（AT）]/2=[（A12-A11）+（A21-A22）]/2

不同于DPR工具在铤壁上为发送器和接收器提供电量，MPR则在探棒内或压力管内储存了所有的电量；探棒安置在MPR钻铤的内部，并且在钻铤壁的内侧附着探棒与短桨的组合体；在短桨里面是钻铤的天线同探棒的电源相连接的端口；基于系统的探棒的最大的优点是，探棒同任何型号的钻铤都能兼容，这是一个小的改进；钻铤本身包括6根天线，即4个发送天线和2个接收天线，如图2所示。

图2 随钻电阻率壳体示意图

MPR探管包括3个主要部分，它们都同短连接器相连接：

（1）发送器的上半部分，放置T2和T4的电路板；

（2）发送器的下半部分，放置T1和T3的电路板；

（3）接收器部分，放置MPC、接收器、PSU和调制解调器。

探棒的短连接器主要有以下4个功能：

（1）同3个主要的探棒部分相连接；

（2）提供各模块之间的电气连接；

（3）提供发送和接收器天线间的电气连接；

（4）给记忆存储提供通信的通道。

在6-3/4″和8-1/4″的MPR钻铤中，有一个短桨的上部和M30模环的补充连接。

在电阻率内部电路中，主控板尤为重要，它控制了整个电阻率的数据测量和计算。68332这个芯片安装在处理器的主板上，它控制每一个在发送和接收器的主板上68HC11控制器；每一个68HC11都控制一个NCO，68332通过BUS直接和68HC11通信；68HC11会解码一系列指令，并承载一些数据进入NCO寄存器，以产生特定的频率：2MHz或400kHz；获取的数据必须保证同发送信号是完全的同步，这是由在处理器主板上的一个晶体振荡器来完成的。时钟是运行在12.288MHz的频率上的，这个频率允许数控振荡器以最小的失真产生2MH和400kHz的输出信号。

2.2 发射天线电路研究

发送器PCBA由下面元件组成：68HC711微控制器、12.288MHz的时钟、AD7008数控振荡器、低通滤波器、电源输出放大器、直流转换器和3W的电源。

输出的2MHz和400kHz的频率是由AD7008数控振荡器产生的，AD7008被微控制器68HC711所控制，而68HC711又轮流被68332的主处理器控制。AD7008的输出被电源输出器放大，发送器的电源是由DC-DC转换器供电的。

3 结论

随钻电阻率测井技术是在钻进过程中，将井下测量数据通过泥浆脉冲传到地面，并从地面进行解码后得到地层电阻率数据，它能更及时更准确地反映出井下井眼的实时数据。其测量的精度及实时性更高，提高了地层评价的准确性，是油田生产中急需的技术。随钻地层电阻率测井仪器已经成为石油钻井作业的主导设备。

随钻电阻率模块中，发射天线电路是整个壳体的基础，是随钻电磁波测井技术的基石之一，打破国外的技术垄断指日可待。可形成具有自主知识产权的随钻电阻率测量仪器，降低LWD应用成本，发展水平井钻井技术。该测量仪器可以应用在国内各油田引进的随钻仪器上，提高LWD的使用效率，扩大水平井的应用领域和范围，为国产商业用机的研发奠定基础，应用前景广阔。

[1]贝克休斯MPR维修手册[E].2014.