一种用于径向分量刻度的三维阵列感应刻度装置

摘要

本发明涉及一种用于径向分量刻度的三维阵列感应刻度装置，其特征在于该刻度装置包括两个共轴且有一定距离的刻度环、转动装置和移动装置，整个刻度装置通过移动装置沿着三维阵列感应测井仪轴向移动，该转动装置用于调整刻度装置的方位角，其中，该刻度装置进一步通过滑行轨道来确保刻度过程中轴向刻度装置的方位角不发生变化。

说明书

技术领域

本发明涉及石油测井领域，尤其涉及一种用于三维阵列感应测井仪器径向分量刻度的对环刻度装置。

背景技术

世界上大约有30%的油气资源储存于砂-泥岩薄交互层组中。我国的砂-泥岩薄交互层油气资源的比例大于30%。砂-泥岩薄交互储层具有低产、低渗、低阻的特点，各向异性明显，地质结构复杂。传统的阵列感应仪器线圈系与井轴方向平行，只能测量水平方向的一维电阻率，因此传统阵列感应仪器无法评估砂-泥岩薄交互层组的电各向异性特性。

三维阵列感应不仅能得到地层的水平电阻率，而且能够测量垂直电阻率。在砂-泥岩薄交互层中，水平和垂直电阻率有明显差异，垂直电阻率能够反映高电阻率的油气层。而传统感应仪器测量砂-泥岩薄交互层组的结果是低电阻率储层，因此容易漏测储层。因此，三维阵列感应仪器对砂-泥岩薄交互储层的开发有重要的意义。

三维阵列感应测井仪器基本单元的线圈系结构由三个正交垂直的发射线圈T_x、T_y、T_z，三个屏蔽线圈B_x、B_y、B_z和三个正交垂直的接收线圈R_x、R_y、R_z组成。根据电磁感应原理，发射线圈在交变电流的激励下向井眼和地层等周围空间发射交变电磁场，发射的电磁场在地层中又产生了二次电磁场。接收线圈接收到九个分量二次电磁场的感应电动势张量                                               ：

      （2）

其中各分量下标的第一个字符为发射线圈方向，第二个字符为接收线圈方向。通过接收来自地层电磁的感应电动势，能够得到地层的水平和垂直电导率，以及地层倾角和方位角，对薄层砂—泥岩薄交互层组的油气资源评估有重要意义。

刻度是感应测井仪器的生产和使用的一个不可缺少的环节。刻度的作用是建立仪器上传的测量信号与视电导率之间的关系。为了保证刻度的准确度，仪器各个分量对刻度装置的响应信号需要和仪器对常用电导率大小的地层响应范围相匹配。如果仪器分量对刻度装置的响应信号太小，会降低刻度的准确度。因此，三维阵列感应测井仪刻度装置的设计方案需要确保仪器各个分量对刻度装置有尽可能大的响应信号。一般情况下，仪器分量对刻度装置的响应信号需要达到仪器分量对常用电导率大小的地层的最大响应信号的50%以上。传统的三维阵列感应仪器的刻度装置，诸如陈涛等人以公布号CN 102003171A公开的题为“一种三维感应测井仪刻度装置”的刻度装置（其全部公开内容通过引用结合到本文），以及诸如D. M. Homan, R. A. Rosthal等人的题为“"Electromagnetic logging tool calibration system”的美国专利号 US 7414391 B2中描述的刻度装置（其全部公开内容通过引用结合到本文），采用单斜环刻度装置，通过改变刻度装置的倾斜角和方位角来模拟不同方向的地层，得到各个分量对刻度装置的最大响应信号，满足各个分量的刻度需要。但是，单斜环刻度装置对xx, yy, xy, yx这四个径向分量的响应信号较小，影响这四个分量的刻度准确度。

发明内容

为了解决上述问题中的一个或多个，本发明提供一种用于径向分量刻度的三维阵列感应刻度装置，其特征在于该刻度装置包括两个共轴且有一定距离的刻度环、转动装置和移动装置，整个刻度装置通过移动装置沿着三维阵列感应测井仪轴向移动，该转动装置用于调整刻度装置的方位角，其中，该刻度装置进一步通过滑行轨道来确保刻度过程中轴向刻度装置的方位角不发生变化。

本发明的优点在于，提供的三维阵列感应刻度装置对xx, yy, xy, yx这四个径向分量的响应信号较大，提高了这四个分量的刻度准确度。

附图说明

通过结合附图的以下详细描述，可以更容易地理解本发明实施例的各种特征。贯穿附图，相同的附图标记表示相同或相似的元素，并且在附图中：

图1依照本发明的一个实施例示出了一种用于径向分量刻度的三维阵列感应刻度装置。

图2-5依照本发明的一个实施例示出了单发单收三维阵列感应仪器的XX, XY,YX, YY分量对挂接电阻为0.01到100欧姆的倾斜环刻度装置和共轴对环刻度装置的响应信号。

具体实施方式

为了简单和说明性目的，主要参照实施例的例子来描述实施例的原理。在下面的描述中，阐明了许多具体细节以便提供对实施例的彻底了解。然而，对本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以在并不限于这些具体细节的情况下实施这些实施例。在其它实例中，没有详细描述公知的方法和结构以免不必要地模糊所述实施例。

图 1依照本发明的一个实施例示出了一种用于径向分量刻度的三维阵列感应刻度装置100。该刻度装置100包括两个刻度环11、13，转动装置和移动装置。该两个刻度环11、13共轴且有一定距离。整个刻度装置通过移动装置沿着三维阵列感应测井仪轴向移动，而该转动装置用于调整刻度装置的方位角。优选地，所述刻度环11、13通过转动轴14形成整体连接且可绕所述转动轴14而旋转。根据本发明的一个实施例，各个刻度环的半径相等。刻度电阻与刻度环耦接以形成闭合环路。其中，该刻度装置100进一步通过滑行轨道15来确保刻度过程中轴向刻度装置的方位角不发生变化。

图2-5是单发单收三维阵列感应仪器的XX, XY,YX,YY分量对挂接电阻为0.01到100欧姆的倾斜环刻度装置和共轴对环刻度装置的响应信号。模拟结果通过矩量法获得。仪器发射频率是20kHz，源距是1m。倾斜环和共轴对环刻度装置中心位于发射接收线圈的中点，刻度环的半径都是0.5m，刻度环线径是0.01m。对称共轴刻度环中点距离为1m。倾斜刻度装置中心位于发射接收线圈的中点，环半径为0.5m，刻度环线径是0.01m。采用欧拉角(α,β)描述刻度环或线圈系法向，即方位角用α表示，倾角用β表示。倾斜环和对环共轴刻度装置的倾斜角定义为刻度环法向和z轴的夹角，0度定义为刻度环法向平行z轴， 90度定义为刻度环法向在xy平面上。刻度环方位角定义为刻度环法向和xz平面的夹角，0度定义为刻度环法向位于xz平面上，90度定义为刻度环法向在yz平面上。两种刻度装置的刻度XX,YY,XY,YX分量时使用的同样的方位角，单斜环和共轴对称刻度装置的倾斜角分别为80度和90度。如图2-5所示，在其他参数相同的情况下，对环共轴刻度装置最大响应信号的实部（Real）和虚部（Imag）是单斜环刻度装置的2倍以上。图2-5中，R表示刻度器的挂接电阻；?表示电阻单位欧姆。V_e表示接收线圈的电压实部和虚部值；V表示电压单位伏特。S表示单斜环对应的结果，D表示共轴对称刻度装置的结果。

图2示出了在外接电阻为0.01到100欧姆的条件下，仪器xx分量对倾斜环刻度装置和共轴对环刻度装置的信号响应范围。倾斜环刻度装置和共轴对环刻度装置的位置和刻度环半径相同。由于仪器本身具有一定大小的半径，倾斜刻度装置的倾斜角不可能达到90度。本算例中倾斜环刻度装置的倾斜角设为80度，方位角为0度。共轴对环刻度装置的倾斜角为90度，方位角为0度。在本发明的案例中，当对环共轴刻度装置的方位角变为90度，对应的倾斜环刻度装置的方位角也改为90度，其他条件不变的情况下，yy分量对这两种刻度装置的响应和xx分量一致。

图3示出了在外接电阻为0.01到100欧姆的条件下，仪器xy分量对倾斜环刻度装置和共轴对环刻度装置的信号响应范围。倾斜环刻度装置和共轴对环刻度装置的位置和刻度环的半径相同。由于仪器本身具有一定大小的半径，倾斜刻度装置的倾斜角不可能达到90度。本算例中倾斜环刻度装置的倾斜角设为80度，方位角为0度。共轴对环刻度装置的倾斜角设为90度，方位角为45度。

图4 示出了在外接电阻为0.01到100欧姆的条件下，仪器yx分量对倾斜环刻度装置和共轴对环刻度装置的信号响应范围。倾斜环刻度装置和共轴对环刻度装置的位置和刻度环的半径相同。由于仪器本身具有一定大小的半径，倾斜刻度装置的倾斜角不可能达到90度。本算例中倾斜环刻度装置的倾斜角设为80度，方位角为0度。共轴对环刻度装置的倾斜角设为90度，方位角为45度。

由此，很明显，根据本发明，提供了这样的系统，其完全、或者至少部分满足优于上文所述的现有技术的意图、目的和优点。因此，尽管已经描述了本发明的特定实施例，应当理解本领域技术人员可以提出其替换方案、修改和变化，并且意图使本说明书包括所有这些落入所附的权利要求范围内的替换方案、修改和变化。

另外，为清楚起见并且除非另有说明，当在本发明的说明书以及权利要求书中使用词“包括”和其变形时，目的不是排除其它添加物、部件、整数或步骤。