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1、电极系、连斜、井径微电极电极系、连斜、井径微电极一体化测井仪一体化测井仪 一、概述一、概述二、技术指标二、技术指标三、测量原理三、测量原理四、现场连接及简单检查仪器好坏四、现场连接及简单检查仪器好坏五、电路分析五、电路分析六、组合仪机械部分六、组合仪机械部分目目前前华华北北油油田田测测井井项项目目包包括括：、SP、AC、RILD、RILM、RFOC、GR、DEV、 AZIM、RMG、 RMN、CAL这这些些项项目目，每每口口井井须须进进行行三三串串组组合合，即即三三电电极极曲曲线线自自然然电电位位组组合合测测井井、补补偿偿声声波波双双感感应应八八侧侧的的组组合合测测井井、自自然然伽伽玛玛连连斜
2、斜井井径径微微电电极极组组合合仪仪组组合合测测井。井。一、概述一、概述为了提高测井时效，节省测井时间，我公司开始研制电极系、连斜、井径微电极一体化测井仪。这种仪器可在井下对三种电极及微电极进行供电，并具有内刻电阻，可在井下完成对电极曲线、微电极曲线的刻度，同时可对电极信号、微电极信号进行系统处理，最终转换成直流信号与倾角、方位角、井径信号一起通过系统总线传到地面。减少了下井次数，既节省了测井时间也减少了施工风险。l1、从新设计加工了电极马龙头，在电缆上压接了七个电极。自然电位环通过缆心7直通地面，其余极环通往下井仪。l2、电极系、微电极由井下仪进行供电和测量，并具有内刻电路。l3、为了缩短仪器
3、整体长度以防漏测，电极系供电测量电路、连斜电路、井径微电极供电测量电路整和成一体。l4、井径微电极机械部份采用井径微电极组合仪。l5、电极信号、微电极信号及井径信号经测量电路处理转换成直流信号与倾角、方位角一起传到地面。二、技术指标l工作温度：-20175l最大承受压力：140MPal供电电压：180VAC,10%l供电电流：50mAl供电频率：50HZ10%l测量范围：电极0.2400m3%l微电极0.2100m3%l倾角0l方位角03602l外型尺寸：2600毫米仪器重量：50kg原理框图原理框图原理框图原理框图：测斜传感器微电极电极系井径电位器25HZ方波恒流供电刻度电路200HZ方波恒
4、流供电刻度电路电极测量电路接口电路井径测量电路微电极测量电路推靠电机电源系统推靠电路主供电辅助供电A/D采集电路井径供电三、测量原理l电极测量原理l电极供电测量电路是对电极系进行供电和测量的。它在井下对4米、2.5米及米电极系进行方波恒流供电，然后对电极信号进行采集、相敏检波、滤波和放大，最后经过低通滤波输出直流信号。l电极供电测量通过电极系的A、B两个极环向地层提供80毫安的方波恒流，分别通过电极系的4米的M1、N1，米的M2、N2和米的M3、N3极环测量，由：|l=K*V/Il得出地层电阻率。电极系结构电极系结构4M4N2,5MAB马龙头侧向5号电极米米1米米米米米5米9811252412
5、16电极系原理框图：llllllllllll恒流方波供电及频率源电路刻度电路隔直相敏检波低通滤波放大恒流源BAM3M2N2M1N1微电极测量原理l微电极有三个纽扣电极，一个回流电极（无穷远电极）和一个参考电极组成。电极A为供电极，电极A1和A2为测量电极，参考电极为极板框架，回流电极B在距极板较远的地方。微电极测井一般可以同时测量一条1英寸梯度曲线和一条2英寸电位曲线。2英寸电位电极系的探测深度稍大于1英寸梯度电极系的探测深度。l微梯度的探测深度约为40mm，微电位的探测深度约为100mm。井壁有泥饼存在时，1英寸梯度曲线主要是反映了泥饼的影响，而2英寸电位电极系则可以探测到地层冲洗带。因此，
6、根据电位和梯度曲线的差异，可以判断井壁是否存在泥饼，并根据泥饼的存在可间接地确定该地层是否为渗透性地层。此外，微电极曲线能够反映地层的微细变化，因此在确定储集层有效厚度时，常常要用到微电极曲线。测斜原理l连续测斜系统包括传感部件及辅助电路，多路转换开关及A/D转换器、编码及输出接口电路和二次电源等组成；传感器部件包括由三个磁通门构成的敏感地磁场磁力矢量的直角坐标系和三个伺服加速度计构成的敏感地球引力场重力矢量的直角坐标系组成。l仪器中的六个传感器部件将下井仪器的运动姿态(斜角和斜向)转换成相应的电压信号，由A/D转换成相应的数字信号，经井下数据采集计算机采集、处理，通过计算机解算得到实时倾角、
7、方位。加加X速速Y度度Z计计数数据据采采集集板板电源电源磁通们饲磁通们饲服放大电服放大电路路加速度计加速度计饲服放大饲服放大电路电路磁磁X通通Y门门Z测斜系统原理框图井径测量原理l井径的测量采用的是拉杆电位器，共四支，两两串联。井径测量供电采用恒流源供电，当电流流过井径电位器，连续采集电位器上的电压值。短节可以同时测量X、Y方向的井径。l：l1.选用防震加速度计，使得仪器的抗震性能有显著提高。l2.充分利用计算机和数字技术，在井下完成倾角和方位角的计算工作。l3.具备完善的测试功能，可将测量到的传感器姿态量一并进行传输并由专用地面检测仪进行显示，以便于分析故障及维修。l 4.电极、微电极的供电
8、测量电路全部放在井下，采用了模块化设计，提高了稳定性，维修方便。l 5、仪器刻度电路全部放在井下，由地面发指令控制，便于在测井过程中判断仪器的好坏。一体化测井仪的主要特点四、现场连接及简单检查仪器好坏l连接顺序l电极马龙头+TCC遥传短节+连斜、电极、微电极、井径供电测量短节+组合仪测斜系统l仪器放至接近于水平，地面观测倾角数值应为90度左右，改变仪器方位角，地面应观测到方位角数值变化。在不改变仪器的斜度和方位时自转仪器，倾角和方位角数值应基本不变。仪器静止不动时，地面观测应数值稳定，曲线平滑。仪器下井前在井口吊零，倾角数值应小于度。电极系部分l地面做高刻，电极系4米高刻值应为200/M，地面
9、做零刻，电极系4米零刻值应为0/M。地面做测量档，短路电极马龙头4M电极的M电极环和N环，地面应观测到数值为零，用万用表交流档测电极马龙头的供电A电极环和B环，电压值应为12V左右。微电极部分l地面做高刻，微电位高刻值应为14/M，微梯度高刻值应为16/M。地面做零刻，微电位零刻值应为0/M，微梯度零刻值应为0/M。地面做测量档，短路微电极极板A1、A2电极，地面应观测到微梯度数值为零。短路微电极极板A2电极与外壳，地面应观测到微电位数值为零。用万用表交流档测微电极供电A电极和B电极，电压值应为30V左右。井径部分l井径推靠应收开自如，井径开腿后按压井径腿地面观测到的井径数值应平缓变小，曲线平
10、滑。ZH-100KJKZH-100KCLZH-100KDYZH-100KDJZH-100KWDJZH-100KLXZH-100KLX五、电路分析l电极测量板（ZH-100KDJ）l电极测量电路由恒流方波供电电路、刻度电路、滤波电路和相敏检波、低通滤波电路和放大电路组成。l在此电路中有两个电极测量专用模块，模块编号:ELDJ01、ELDJ02。恒流方波供电电路恒流方波供电电路l恒流源电路由稳压二极管恒流源电路由稳压二极管D1（5V1）、）、三极管三极管Q1（A940）、）、R5、R38组成。组成。恒流方波供电电路l工作原理：稳压二极管处于正常工作时，为Q1的基极和发射极之间提供了恒定的电压，Q1
11、处于放大状态，通过恒流电阻R5的电流也是恒定的，同样流过三极管Q1发射极和集电极的电流恒定；此恒流源提供了80毫安的恒定电流。恒流恒流I I输入专用模块输入专用模块ELDJ01ELDJ01，通过处理，电流从，通过处理，电流从I+I+流出，流出，从从I- I-流入；流入； 恒流方波供电电路刻度电路l 电极、微电极刻度是按已知电阻的地层对仪器进行标定，以便在仪器读数和地层参数（电阻率）之间建立起响应关系。已知电阻率的地层通常用电组网络来模拟。l(1)“零”刻度时，电子线路与电极系断开，而与刻度电阻网络连接，这个电阻网络模拟井下地层。在测量电极环之间的0电阻作梯度（或微梯度）、电位（或微电位）低刻通
12、道的等校电阻，将产生的信号输出给梯度（或微梯度）和电位（或微电位）通道输出给采集。l (2)“高”刻度时，电子线路与电极系断开，而与刻度电阻网络连接，这个电阻网络模拟井下地层。在测量电极环之间的已知电阻作梯度（或微梯度）、电位（或微电位）低刻通道的等校电阻，将产生的信号输出给梯度（或微梯度）和电位（或微电位）通道输出给采集。刻度电路电极刻度电路电极刻度电路刻度电路l由地面向井下仪器发送刻度命令，使仪器在高刻、零刻和测井状态下转换。在高刻状态下，继电器K1、K2、K3、K6打向常开端，K4、K5打向常闭端。此时恒流通过刻度电阻，通过测量高刻电阻的电压，可以确定仪器当时状态的高刻值。在零刻状态下，
13、继电器K1、K2、K3、K6打向常闭端，K4、K5打向常开端，此时测量端短路，可以确定仪器当时状态的零刻值。刻度电路l在测井状态下，继电器K1、K2、K3、K6打向常闭端，K4、K5打向常闭端，此时恒流通过A和B两个供电环向地层供电，通过电极系上的测量电极环，可以连续测量地层电阻率。l三路电极信号通过高通滤波器，然后进入电极专用模块ELDJ01进行相敏检波处理，最后输出直流信号，再通过低通滤波和放大，送入AD采集处理。微电极/井径测量板（ZH-100KWDJ）ll在微电极电路中，微电极专用模块ELWDJ01提供约200HZ的方波。通过功率放大器TD823输出；测量信号通过T2、T3信号变压器再
14、进入模块,经过相敏检波和低通滤波输出，然后经过一级跟随，变成直流信号送入AD采集处理。微电极/井径测量板（ZH-100KWDJ）l微电极的供电电流由200Hz方波发生器产生，由一个端径串联在供电回路中的限流电阻R输到电极（A0），由另一端经微电位刻度电阻、微梯度刻度电阻输到做为电流返回电极的远电极。微梯度测量电极从电极（A1）和电极（A2）取出，经过“刻度零测井”开关（继电器）经信号放大器进行放大。放大后的信号经相敏检波器整流，经一级低通滤波后，送入AD采集。相敏检波器的相位控制信号也由200Hz方波发生器供给。微电位的测量电路与微梯度测量电路相似，但微电位的测量信号取自电极（A2）和微电极极
15、板框架（RE）。经放大检波低通滤波的微电位信号输出。微电极/井径测量板（ZH-100KWDJ）l 微电极刻度电路与电极刻度电路相似，在高刻状态下，继电器K4、K6打向常开端，K7打向常闭点；在零刻状态下，继电器K4、K6打向常闭端，K7打向常开点；在测井状态下，继电器K4、K6打向常闭端，K7打向常闭点。马达推靠电路l继电器K1的作用是在仪器断电状态下，可以进行推靠；K2的作用是允许或禁止推靠；K3的作用是控制张开或收拢。l 井径电路如上图所示，由恒流源为井径电位器供电，再通过一级同相放大器放大器；然后送入AD转换。ZH-100KJK电路lDTB控制板的主要作用是接收电缆遥测短节（TCC）下传
16、命令和上传数据；将下传命令解释，并产生相应的控制信号。DTB控制板和电缆遥测短节（TCC）通讯通过DTB总线连接，共四条信号线，分别为DSIGNAL、UPDATA/GO和UCK。lDTB控制电路主要由DTB专用集成器件组成（HT001、HT002和HT003）；l命令解释部分：由U6(HT001)、U7(HT003)及相应的外围电路组成。HT001将DSIGNAL信号分离成和/DCK信号；再通过HT003解释后产生四个控制信号（B0、B1、B2、B3）送到控制驱动部分，用来控制电极、微电极刻度和马达推靠。lHT002的作用是处理UCK菊花链和发送上传数据UPDATA/GO。通过HT003来确定
17、仪器的地址 （ AB0AB6） 和 上 传 字 节 长 度（LB0LB7）,地址范围为0128，数据字长为0256个。DTB总线介绍：总线介绍：la)DSIGNAL信号为下传命令信号，每组DSIGNAL信号共32位，两个字，分别为基本命令字（BIW）和用户定义字（UDW）。BIW中包含7位仪器地址、1位允许位和8个可定义的命令位。本电子仪只使用BIW，格式为：B15-B9位为仪器地址。D为仪器允许位，当D=1时，禁止仪器工作B15B14B13B12B11B10B9B8B7B6B5B4B3B2B1B0地地址址D保留保留XXXXlDSIGNAL信号是带有DCK100KHz同步时钟的DDATA100
18、Kbit/s的信号，DSIGNAL信号有3种电平：、分别代表逻辑1和逻辑0，0V分隔两个数据位。la)UPDATA/GO为双向信号，每组UPDATA/GO信号包括一个向下幅度的的GO信号和一串向上的UPDATA信号，UPDATA信号由代表逻辑1，0V代表逻辑0，并与100Kbit/s的UCK时钟信号同步，UPDATA信号在GO脉冲后至少320s；UPDATA信号包含了仪器所有的上传信息。每组UPDATA信号共20个字，每个字16位，其高4位为0000，后12位包含数据信息：la)UCK计数脉冲lUCK脉冲为遥传短节发出的向下的同步时钟，当BIW命令字禁止位B8为“0”，由GO脉冲预置为20的内
19、部计数器开始准备对UCK减计数，同时UCK信号被仪器接收作为移位脉冲，将仪器准备好的UPDATA移至UPDATA/GO总线，当计数器为0时，UCK不再为仪器接收，UCK脉冲将转向下一个仪器，形成UCK菊花链。UCK脉冲在时序上在GO脉冲的320s后出现。HCTHCT连斜连斜连斜连斜/ /井径井径井径井径/ /微电极电子线路短节共有微电极电子线路短节共有微电极电子线路短节共有微电极电子线路短节共有7 7个命令：测井个命令：测井个命令：测井个命令：测井命令、低刻命令、高刻命令、张开、收拢、禁止推靠和命令、低刻命令、高刻命令、张开、收拢、禁止推靠和命令、低刻命令、高刻命令、张开、收拢、禁止推靠和命令
20、、低刻命令、高刻命令、张开、收拢、禁止推靠和允许推靠。各个档位的命令字如下：允许推靠。各个档位的命令字如下：允许推靠。各个档位的命令字如下：允许推靠。各个档位的命令字如下：收收拢拢张张开开禁止推禁止推靠靠测测井井高高刻刻零零刻刻保保留留B001XXXXXXB11100XXXXB2XXXX0011B3XXXX0101数据处理板（ZH-100KCL）l数据处理板是短节的核心部分；它主要的作用是对各种模拟量进行A/D转换、计算等处理，最后通过通信接口板将井下的数据上传。CPU采用功能强大的W77E58;A/D转 换 具 有 12位 8通 道 的MAX197；本电路并且有外置看门狗电路，为仪器的正常连
21、续工作提供了保障。ZH-100KCL数据接口部分lZH-100KCL板上的U3(CD4520)、U5(GAL16V8)、 U9(CD4013)、 U10(CD4013)、U11(CD4014)组成数据处理板与DTB控制板（ZH-100KJK板）的接口。lU10为双D触发器，每8个/UCK信号，向CPU产生中断信号，CPU通过总线向U8（54HC574）锁存数据，然后通过并转串，通过U11(CD4014,移位寄存器)，将数据转换为UDATA送至DTB控制板，然后通过UPDATA/GO总线将数据上传。A/D采集电路lU4和U6均为8路12位并行输出AD转换器，它的转换速度快，精度高。在CPU的控制
22、下可以将传感器的6个信号：AX、AY、AZ、MX、MY、MZ，还有传感器温度TEMP，电极和微电极，井径信号转换为12位数字信号。U2U2（X5045X5045）为串行可编程看门狗）为串行可编程看门狗/ /电可擦除只电可擦除只读存储器，该电路的作用有如下读存储器，该电路的作用有如下3 3个：个：l(1)为CPU提供上电复位信号l(2)为CPU提供看门狗定时，U2被编程为当U2-1保持不变达到600ms时，U2-7会输出一个复位脉冲，CPU为防止该脉冲的出现，必须在该编程的定时到来之前操作U2-1。正常工作的程序将不断操作U2-1，一旦程序出现异常，对U2-1的操作便不能保证，CPU复位，程序从
23、起始处开始。结合现场保护技术，用户将感觉不到复位的出现，测井曲线不会因此出现异常。l(3)为仪器提供可电擦写的只读存储器。该存储器用于储存校正参数。加速度计表头和伺服电路故障检查l(1) 加速度计表头共有八个引出端，分别用符号表示。ll1.信号输出5.地线l2.力矩自检端6.自检端l3.12V输入7.9V输出l4.+12V输入8.+9V输出l（2）用示波器观察加速度计的信号输出端（1脚），在正常情况下，翻动加速度计，信号输出也随之变化，电压范围一般在-4V+4Vl加速度计输出电流信号，通过取样电阻R29、R30，转换为电压信号，通过跟随器，最后输出电压值送入AD采集。通过调节电位器R30，可以
24、调整输出信号的范围；R31的作用是使加速度计输出的正满度值和负满度值绝对值一致。磁通门探头和伺服电路故障检查l磁通门探头端面共有五个焊点。中间的焊点为输出端。1、2为激磁端。用万用表测out与L1、L2与out间的电阻约为28。若测出断线，则探头损坏。FlucGateOUTL1L2HOOOOOG敏感轴敏感轴六、组合仪机械结构lHCT井径/微电极测井仪包括井径和微电极两部分，这两部分采用同一个电机推靠。井径有四个臂组成，各臂之间成90度分布在一个圆周上，各臂独立运动。微电极安装在其中一个井径臂上，该井径臂和与其对称的井径臂分别由两个较粗的的压缩弹簧支撑，推靠力可达15Kg20Kg，有效地解决了因
25、泥饼结厚而造成的井径值小，微电极幅度低，和因井眼垮塌，井径探测不着及微电极测量不准等问题。l井径测量采用了高精度的拉杆传感器。井径的变化通过一套凸轮机构转化为直线运动带动拉杆电位器引起电位器的阻值变化从而达到井径测量的目的。l微电极有三个纽扣电极，一个回流电极和一个参考电极（无穷远电极）组成。电极A为供电极，电极M1和M2为测量电极回流电极为极板框架，参考电极在距极板较远的地方。微电极测井一般可以同时测量一条1英寸梯度曲线和一条2英寸电位曲线。2英寸电位电极系的探测深度稍大于1英寸梯度电极系的探测深度。微梯度的探测深度约为40mm，微电位的探测深度约为100mm。井壁有泥饼存在时，1英寸梯度曲
26、线主要是反映了泥饼的影响，而2英寸电位电极系则可以探测到地层冲洗带。因此，根据电位和梯度曲线的差异，可以判断井壁是否存在泥饼，并根据泥饼的存在可间接地确定该地层是否为渗透性地层。电动井径微电极测井仪包括微电极和井径这两个部分，这两部分均电动井径微电极测井仪包括微电极和井径这两个部分，这两部分均通过一套机械传动装置控制它们的收和放来达到测井的目的。通过一套机械传动装置控制它们的收和放来达到测井的目的。机械传动工作原理l动力驱动部分驱动外弹簧盒带动支撑杆运动，支撑杆推动测量臂绕固定轴旋转张开测量臂。在工作的时候，井径的变化引起测量臂绕固定轴旋转运动，测量臂就推动活塞杆作直线运动，拉杆电位器与活塞杆连接，这样就把井径的变化转变为电信号。微电极板也固定在测量臂上，张开的时候就把微极板推靠贴紧井壁，就可以进行微电极测量。达到井径微电极同时测量的目的。仪器的整体结构分为三部分，上部平衡体部分，仪器的整体结构分为三部分，上部平衡体部分，中部测量主体部分和下部推靠驱动部分。中部测量主体部分和下部推靠驱动部分。
