大范圍脈沖感應(yīng)測(cè)井儀及其用法的制作方法

專利名稱：大范圍脈沖感應(yīng)測(cè)井儀及其用法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及勘測(cè)由鉆井穿越的地層構(gòu)造的方法和裝置。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一擴(kuò)大范圍、脈沖式感應(yīng)測(cè)井裝置，其中，在鄰近的地層構(gòu)造內(nèi)由二次場(chǎng)所提供的振幅/時(shí)間信號(hào)(在由一系列強(qiáng)大的電磁能初級(jí)脈沖照射以后)能被檢測(cè)和處理，使得有關(guān)的地層構(gòu)造參數(shù)，即傳導(dǎo)系數(shù)和/或介質(zhì)常數(shù)能夠精確地指示出來(lái)。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“脈沖”，意味著雖然感應(yīng)測(cè)井探頭可以沿著穿透結(jié)構(gòu)層的鉆井(孔)連續(xù)地移動(dòng)，但初級(jí)能量由每一測(cè)井位上的一個(gè)高能瞬時(shí)脈沖群組成。
從一個(gè)鉆井中對(duì)地層構(gòu)造進(jìn)行感應(yīng)測(cè)井是一種業(yè)已成熟的商用方法。在這種作業(yè)中，用作傳入鄰近地層的強(qiáng)度恒定磁場(chǎng)，用一恒定頻率和低穩(wěn)態(tài)電平的交流電驅(qū)動(dòng)一源天線產(chǎn)生。通常用一電平衡的接收線圈裝置響應(yīng)鄰近地層構(gòu)造中的感生渦流。然后，用由渦流產(chǎn)生的二次磁場(chǎng)在接收器線圈裝置中產(chǎn)生一電壓信號(hào)。測(cè)得的電壓信號(hào)隨鄰近地層的構(gòu)造的導(dǎo)電率不同而變化。通常，只有被檢測(cè)的信號(hào)電壓中的與驅(qū)動(dòng)電流同相的分量才被用作振幅-深度曲線來(lái)指示傳導(dǎo)率和電阻率。
許多技術(shù)論文和出版物討論了上述感應(yīng)測(cè)井的工作原理。假如采取適當(dāng)?shù)拇胧?，連續(xù)檢測(cè)得的電壓信號(hào)就會(huì)與規(guī)范化到通常遇到的地層構(gòu)造值的范圍的測(cè)井地層的導(dǎo)電率和電阻率成正比和成線性關(guān)系。
然而，某些效應(yīng)趨向于對(duì)用這樣的先有技術(shù)測(cè)井系統(tǒng)所測(cè)得的數(shù)據(jù)的精確性產(chǎn)生有害的影響。其中，一種是非線性效應(yīng)，它主要由不同部分的渦流的相互作用引起的，這就是所謂的一種“集膚效應(yīng)”，這種集膚效應(yīng)隨著工作頻率、源和接收線圈陣的有效長(zhǎng)度和鄰近地層構(gòu)造的導(dǎo)電率的變化而變化。雖然，這些有害的變化可以通過(guò)適當(dāng)挑選操作頻率和有效的線圈裝置長(zhǎng)度大體上加以減小或消除，但這種制約因素限制了系統(tǒng)的應(yīng)用。例如，為了在橫向增加測(cè)井系統(tǒng)的范圍，就必須增加系統(tǒng)線圈的有效長(zhǎng)度。但是，源和接收線圈陣之間的間距較大時(shí)，由于集膚效應(yīng)，測(cè)得信號(hào)的非線性度就會(huì)相應(yīng)增加。
為了修正前述集膚效應(yīng)問(wèn)題，已經(jīng)提出了幾種方法。在一種這樣的裝置中，用一種函數(shù)(功能)電路來(lái)根據(jù)預(yù)定功能修正測(cè)得的信號(hào)。在另一裝置中，消除了90°相位差信號(hào)(據(jù)說(shuō)在一給定的導(dǎo)電率和頻率值范圍內(nèi)似近地等于同相檢測(cè)信號(hào)的集膚效應(yīng)分量)。
另一種不利影響也限制了常規(guī)感應(yīng)測(cè)井裝置的檢測(cè)結(jié)果的精確性。這種不利影響涉及到(ⅰ)鄰近地層構(gòu)造可以是非均質(zhì)的(也就是除了地層構(gòu)造的真正導(dǎo)電率以外，還有許多導(dǎo)電區(qū)存在于鄰近地層構(gòu)造中)，(ⅱ)要測(cè)量的地層構(gòu)造的上面和下面地層有可能影響信號(hào)的響應(yīng)。這些情況在利用已有技術(shù)時(shí)，就會(huì)在累積的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差。
還有另一種不利影響是鉆井(孔)里有大量鉆探的泥漿，泥漿沿鉆井的側(cè)壁形成泥餅，從而有可能使泥漿滲透入構(gòu)造層。結(jié)果，鉆井的直徑起了變化，在測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，探頭由于泥餅的存在而偏移了不同橫向距離。因此引入了另一個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)的正確性不利的因素。
為部分地克服前述的不利影響，在已有技術(shù)的系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了不同的天線陣和有關(guān)電路，以提供多種各不相同的徑向測(cè)井設(shè)備，但是，這些分開(kāi)的設(shè)備必須設(shè)計(jì)使它們的操作各自獨(dú)立，以補(bǔ)償各種不利的因素。例如各個(gè)信號(hào)常常用龍卷曲線圈(tornado)或時(shí)間范疇計(jì)算法，例如加權(quán)重因素作為補(bǔ)償。這些儲(chǔ)存的權(quán)重因素結(jié)合起來(lái)使用以消除除了考慮中區(qū)域的以外的其它區(qū)域的影響。
雖然已有技術(shù)的交流電感應(yīng)測(cè)井裝置是有效的，但是，它們的實(shí)用性受到橫向范圍(距離)小、垂直分辨率低，地層真正導(dǎo)電率測(cè)量精度不夠，以及它們不能測(cè)定地層的傾角或地層構(gòu)造不規(guī)則的范圍和方位。
因此，本發(fā)明的基本目的是提供一種新的、改進(jìn)的感應(yīng)式測(cè)井方法和裝置，從而可以獲得大大改善的精確度、范圍、分辨率和可靠性的測(cè)井紀(jì)錄。
本發(fā)明提供一種脈沖感應(yīng)測(cè)井裝置，該裝置包括一穿越鉆井(孔)的測(cè)井探頭、在井孔下方有一微機(jī)/控制器電路與地面一分開(kāi)的主計(jì)算機(jī)/控制器相連。主計(jì)算機(jī)/控制器和鉆井(孔)下的微處理機(jī)/控制器構(gòu)成了-數(shù)字計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)并產(chǎn)生脈沖測(cè)井代碼(通-斷)，用作周期地使發(fā)射線圈由具有高峰值功率的電流短脈沖驅(qū)動(dòng)。由此，周期地產(chǎn)生一強(qiáng)大的電磁(EM)能的初級(jí)(一次)脈沖，進(jìn)入鄰近地層構(gòu)造供感應(yīng)測(cè)井之用。當(dāng)探頭在鉆井中連續(xù)提升時(shí)，這些高能的脈沖以周期的時(shí)間間隔，在測(cè)井位之間的預(yù)定距離上發(fā)出。
除了用作產(chǎn)生初級(jí)脈沖場(chǎng)的功率電路外，鉆井探頭還包括一檢測(cè)地層構(gòu)造中的二次感應(yīng)場(chǎng)的天線陣。天線陣最好包括一系列沿鉆井(孔)軸向隔開(kāi)的成組、成對(duì)的線圈。每組成對(duì)線圈各自獨(dú)立地檢測(cè)第二場(chǎng)，此后各組成對(duì)線圈測(cè)得的信號(hào)被數(shù)字化、格式化而傳送到在地面上的主計(jì)算機(jī)/控制器。串行傳輸?shù)臄?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是高度精確的和能夠在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行頻率范圍的變換，在頻率范圍加工以后，最終的顯示提供地層構(gòu)造導(dǎo)電率和/或介電值的精確指示，而與地層鉆井(孔)的非線性作用和地層構(gòu)造的方位、傾斜方向無(wú)關(guān)。
按照本發(fā)明的方法，最終的顯示來(lái)自兩個(gè)步驟(1)在每一測(cè)井位用一系列假設(shè)的導(dǎo)電率值和地層厚度建立測(cè)井地層構(gòu)造模型連同脈沖初級(jí)場(chǎng)的實(shí)際參數(shù))，然后(2)將模型的正向的解與用測(cè)井裝置實(shí)際測(cè)到的數(shù)字場(chǎng)數(shù)據(jù)相互核對(duì)。當(dāng)收斂(會(huì)聚)出現(xiàn)時(shí)，操作中止。在步驟(1)和(2)中將用振幅與時(shí)間的函數(shù)表示的測(cè)得信號(hào)轉(zhuǎn)換成深度/振幅-頻率范圍值。對(duì)所得到的矩陣可以再進(jìn)行有關(guān)頻率分割的處理，也就是獲得以某一頻率為中心的矩陣的“頻率切割”以產(chǎn)生地層構(gòu)造的導(dǎo)電系數(shù)和介電值的精確指示。這樣，地層、傾斜和方位分辨率能夠擺脫常規(guī)測(cè)井儀(tool)的范圍要求。
應(yīng)該注意的是，集中在低頻，例如10～20千赫的“頻率切割”可以產(chǎn)生精確的導(dǎo)電率值。實(shí)際介電值則在1～10兆赫之間的較高頻率指示。
本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將從下述結(jié)合附圖，所作的詳細(xì)說(shuō)明得到清楚的理解。


圖1是穿入地層的鉆井的部分截面視圖，表示根據(jù)本發(fā)明的脈沖感應(yīng)測(cè)井裝置作業(yè)時(shí)的情況;
圖2是圖1的測(cè)井探頭的側(cè)視圖;
圖2A是一用以產(chǎn)生一極高電平的脈沖初級(jí)磁場(chǎng)的發(fā)射線圈的側(cè)視詳圖;
圖2B是圖2的探頭中天線陣的垂直剖面詳圖;
圖3A、3C-3F是一系列波形，說(shuō)明本發(fā)明的各種工作特性，圖4是詳細(xì)表示脈沖測(cè)井作業(yè)的時(shí)間與深度情況的顯示圖;
圖5是根據(jù)本發(fā)明用作產(chǎn)生電磁能初級(jí)脈沖的控制和產(chǎn)生初級(jí)場(chǎng)的電路各元件的方框圖;
圖6是圖5中產(chǎn)生場(chǎng)的電流部件的方框圖，圖中包括一L-R-C電力電路;
圖7是圖5和圖6的電路方框圖的操作流程圖;
圖8是圖6的L-R-C電力電路的電路示意圖;
圖9是用作產(chǎn)生本發(fā)明的脈沖初級(jí)場(chǎng)的等離子發(fā)生器的側(cè)視圖，它作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例;
圖10是圖9等離子發(fā)生器的等效電路，圖中畫(huà)出了充電和放電電路;
圖11A和11B是由圖10的電路產(chǎn)生的初級(jí)波的波形;
圖12是一以方框圖形式示出的控制和二次電路檢測(cè)部件圖，二次電路檢測(cè)部件包括用作檢測(cè)鄰近地層構(gòu)造中的感應(yīng)二次場(chǎng)成對(duì)線圈天線組;
圖13A和13B表示圖12的成對(duì)線圈天線組的變換形式、由三個(gè)元件組成一天線組;
圖14是用于圖12中的一前置放大電路，它是圖12中一部分;
圖15和圖16是用于圖12的混合電路的元件，混合電路是圖12的一部分;
圖17是與探測(cè)地層構(gòu)造中二次感應(yīng)場(chǎng)有關(guān)的步驟流程圖;
圖18是一流程圖，表示向井下面發(fā)出和核對(duì)指令代碼的數(shù)字控制步驟;
圖19是一A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換的流程圖;
圖20和21是用于增強(qiáng)信號(hào)以提供良好結(jié)果的先前步驟的流程圖;
圖22是本發(fā)明的結(jié)果的矩陣顯示圖;
概括地說(shuō)，圖1所示的本發(fā)明包括一用作探測(cè)地層11的脈沖(式)感應(yīng)測(cè)井系統(tǒng)10，該系統(tǒng)利用一系列電磁(EM)能的周期脈沖12作為感應(yīng)測(cè)井的初級(jí)(一次)磁場(chǎng)。
前面已經(jīng)指出，術(shù)語(yǔ)“脈沖式”一詞，意味著發(fā)送入地層構(gòu)造11的初級(jí)(一次)磁場(chǎng)脈沖在時(shí)間上是不連續(xù)的，但是，每脈沖的能(量)基本上是恒定的。另外，雖然探頭14沿鉆井的運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)進(jìn)行的或不連續(xù)進(jìn)行的，但是在初級(jí)(一次)能的第二個(gè)脈沖12產(chǎn)生時(shí)，一定要有移動(dòng)，即至少要從16的以實(shí)線表示的測(cè)井的位置移動(dòng)到至少17處的以虛線表示的另一測(cè)井位置。因此，隨同探頭運(yùn)動(dòng)一起的、一個(gè)脈沖順序序列(通-斷)，其中斷(off)的時(shí)間(在兩個(gè)相鄰導(dǎo)通(on)脈沖12之間，和位置16～17一致)必須長(zhǎng)于脈沖本身的寬度。探頭一開(kāi)始就放到鉆井(孔)12下面，然后由地面21的絞盤20通過(guò)滑輪把電纜提升。匯流環(huán)23把電流電24連接到測(cè)井探頭14。為了產(chǎn)生供記錄器26用的數(shù)字脈沖，測(cè)井深度由編碼器顯示。
當(dāng)探頭14相對(duì)于鉆井15運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)地面上的主計(jì)算機(jī)/控制器27產(chǎn)生的數(shù)字測(cè)井代碼產(chǎn)生高峰值功率EM脈沖12并由鉆井下面探頭14的中微處理機(jī)/控制器28接收。鉆井(孔)下面的微處理機(jī)/控制器控制了一電源電路(圖中未畫(huà)出)，該電路可選擇地啟動(dòng)，以便經(jīng)放射源繞組(線圈)系統(tǒng)29觸發(fā)周期脈沖12。每個(gè)脈沖在地層11里感應(yīng)出一個(gè)二次場(chǎng)，然后這種感應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)由在探頭11內(nèi)的天線陣30所檢測(cè)。在經(jīng)過(guò)鉆井(孔)下面的第二個(gè)微處理機(jī)/控制器(圖中未畫(huà)出)數(shù)字化和格式化以后，所探測(cè)到的信號(hào)向上孔傳送到主計(jì)算機(jī)/控制器27。因?yàn)樘筋^在系統(tǒng)中極為重要，所以以下結(jié)合圖2對(duì)探頭的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的說(shuō)明。
如圖所示。探頭14分為一個(gè)指令部分35，該指令部分通過(guò)電纜19支持在上端36處，與指令部分下端38相連的是一輻射部分40。輻射部分和指令部分的直徑相似，它們由一套環(huán)41A機(jī)械連接。如圖所示，輻射部分40由套環(huán)41B連接到分隔部分44，分隔部分44又由套環(huán)41C連接到一接收天線部分45，接收天線部分45由套環(huán)41d以類似方式和一常規(guī)的定向儀器部分46連接，該定向儀器部分46裝有成套磁力計(jì)和加速計(jì)，它們產(chǎn)生向鉆井(孔)上方傳送的定向輸出。上述46部分是、德克薩斯州、奧斯汀的Tenson有限公司的產(chǎn)品。
在制作輻射和天線部分40、45時(shí)，要用非磁性材料制作它們，而分隔部分44由足夠強(qiáng)度的材料制成的，以便經(jīng)得住操作時(shí)的應(yīng)力而不使重量過(guò)度的增加，例如可以利用玻璃纖維制作。在幅射部分40內(nèi)有一輻射源電感線圈50。另行在圖2A中詳細(xì)畫(huà)出。
電感線圈50圖2A中的電感線圈50是接收振幅變化的強(qiáng)大脈沖電流以產(chǎn)生強(qiáng)大初級(jí)(一次)電磁能脈沖的。
輻射線圈50中由電流產(chǎn)生的電磁能可以用一磁偶極來(lái)描述(其強(qiáng)度等于線圈50中的電流、橫截面積和圈數(shù)的乘積)。結(jié)果可以產(chǎn)生巨大的瞬時(shí)脈沖，因?yàn)椴皇谴蟮倪B續(xù)電流，不發(fā)生線圈過(guò)熱的問(wèn)題。電源是由儲(chǔ)存能量的釋放所產(chǎn)生，儲(chǔ)能可以是電能，也可以是化學(xué)能的形式。
因此，線圈50在電磁上要能夠經(jīng)得住大的電流脈沖，以產(chǎn)生本發(fā)明所需要的強(qiáng)大的電磁場(chǎng)。為此，繞在心軸52上的線圈15的繞匝51截面必須很大，以為這種需要提供足夠的表面積，探頭的頂端是頭部53、為此，整個(gè)探頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)就告完成。圖2A是垂直方向極化的輻射天線線圈50，也就是說(shuō)，產(chǎn)生一沿著測(cè)井儀和鉆井(孔)的軸線方向的電磁場(chǎng)。如果需要的話，天線線圈50也可以是水平方向的。
在天線陣部分45內(nèi)的天線54是一系列軸向隔開(kāi)的接收線圈，在圖中總的以編號(hào)54表示，其具體結(jié)構(gòu)則如圖2B所示。在圖2B中，在中間區(qū)域55范圍內(nèi)的成對(duì)的接收線圈54每一對(duì)都構(gòu)成一單獨(dú)的天線組A1、A2……A12。這些天線組A1、A2……A12由兩個(gè)電感拾波線圈56、57構(gòu)成，該兩電感線圈以相反方向繞在心軸上，以便消去共摸感應(yīng)信號(hào)。來(lái)自鄰近天線組的信號(hào)進(jìn)行電子混合，以便使數(shù)字化的信號(hào)表示磁場(chǎng)的二次導(dǎo)數(shù)或曲率。天線陣兩端的線圈59一起形成一類似的天線組A13。在每組中(相反方向的兩個(gè)線圈的匝數(shù)與組A1-A13)相對(duì)于圖2A的源線圈50的中點(diǎn)的距離的立方成反比，使以利于第一(首先)差分化。天線組的數(shù)目只受到驅(qū)動(dòng)測(cè)井儀電子電路、脈沖電源和電動(dòng)機(jī)可用功率的限制。信號(hào)探測(cè)的原理。
地層構(gòu)造中有關(guān)電阻率的分布的信息包括在磁場(chǎng)的曲率中。在要求高空間分辨率的應(yīng)用場(chǎng)合，這個(gè)信息一般在每組位置測(cè)得的峰值磁場(chǎng)的80至120分貝(dB)以下。由于可以購(gòu)得的電子放大器具有大約100至110分貝(dB)的動(dòng)態(tài)范圍，因此信號(hào)必須通過(guò)反向線圈方法加以差分以避免超過(guò)前端放大器的動(dòng)態(tài)范圍。
另外要指出的，每個(gè)組A1……A12與相鄰的組隔開(kāi)一個(gè)恒定的軸向距離D。在鄰近地層構(gòu)造內(nèi)，探測(cè)感應(yīng)二次場(chǎng)時(shí)，本發(fā)明要求用天線陣54對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行高精度的測(cè)量，表示地層構(gòu)造特征的信息，在測(cè)得的信號(hào)中處在從80至120分貝下面。但是，一旦形成數(shù)字的形式，數(shù)據(jù)就可以精確地處理和向上傳送，而質(zhì)量不會(huì)再降低。假如測(cè)井儀器中的數(shù)據(jù)不數(shù)字化，那么信號(hào)會(huì)因傳輸損失而降低質(zhì)量，從而信息無(wú)可挽回地丟失。
在這方面，在這一應(yīng)用場(chǎng)合，信號(hào)獲得的定義是在向上孔傳送到主計(jì)算機(jī)之前，由天線陣54獲得信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，把信號(hào)與其它信號(hào)混合、數(shù)字化并把它們存儲(chǔ)在探頭上的存儲(chǔ)器里的過(guò)程。
數(shù)據(jù)的獲得如前面所述，脈沖的產(chǎn)生和數(shù)據(jù)的獲得是在探頭穿越鉆井(孔)時(shí)，利用地面上的計(jì)算機(jī)/控制器和兩個(gè)探頭上的微處理機(jī)/控制器一道以系統(tǒng)的方法進(jìn)行的。同時(shí)，它們形成一計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一測(cè)井(指令)通-斷脈沖代碼，代碼的一部分如圖4中76所示，它系統(tǒng)地控制測(cè)井作業(yè)。
測(cè)井代碼如圖所示，相鄰測(cè)井位1和2最好是交疊的。規(guī)范化到軸向長(zhǎng)度L1、L2的天線組A1～A13的每一對(duì)線圈和輻射線圈50一起，在每一測(cè)井位置提供一系列交疊磁場(chǎng)測(cè)量值。那樣，橫向范圍要求(是輻射線圈50和天線陣54之間的間隔Le的函數(shù))能夠與系統(tǒng)測(cè)井要求分隔開(kāi)來(lái)，因?yàn)榈貙訕?gòu)造的增量垂直響應(yīng)(靠近每一天線組A2～A13)與每個(gè)天線組A1-A13相對(duì)于輻射線圈50的距離直接有關(guān)。
對(duì)于通常的測(cè)井作業(yè)中遇到的導(dǎo)電值、假定工作頻率為7500赫左右，天線間隔距離1米和平均線圈間隔Le(見(jiàn)圖2)為8米，經(jīng)驗(yàn)表明測(cè)井儀或探頭的最大橫向范圍大約是100米，具有大約1米的垂直地層分辨率。對(duì)于15千赫的使用頻率，8英寸的天線間隔距離和3米的平均線圈間隔距離Le(見(jiàn)圖2)，經(jīng)驗(yàn)表明測(cè)井儀的最大橫向范圍大約是15米，具有8英寸的垂直地層分辨率。
如圖4所示，同發(fā)出脈沖、檢測(cè)、放大和數(shù)字化步驟有關(guān)的操作形成了一恒定的測(cè)井間距77，這個(gè)間距與脈沖間距78相比是比較長(zhǎng)的，但遠(yuǎn)小于空載間距76。脈沖77的脈沖寬度與其它操作要求比較，例如與向鉆孔上方傳輸數(shù)據(jù)的要求相比是極小的，因此作業(yè)的占空因數(shù)(系數(shù))很小，即0.0001或更小。另外，利用一個(gè)在鉆井更下面一點(diǎn)的微處理機(jī)/控制機(jī)，就有足夠時(shí)間可以供在測(cè)井位之間將所檢測(cè)到的信號(hào)數(shù)字化。此外，脈沖間距必須足夠短，以便探頭的向上運(yùn)動(dòng)可以忽略不計(jì)。
一次測(cè)井運(yùn)行期間的探頭速度約在每秒鐘10～30英尺之間，由這樣運(yùn)行所確定的脈沖代碼76沒(méi)有規(guī)范化于探頭速度，但是取決于測(cè)井位深度。深度(或測(cè)井位置)通過(guò)深度編碼器25，由地面21上的主計(jì)算機(jī)控制器27(圖1)不斷地和精確地監(jiān)視。由于沿著整個(gè)行程每個(gè)測(cè)井位的深度可預(yù)先確定而且這種數(shù)據(jù)已存放在主計(jì)算機(jī)/控制器27的儲(chǔ)存器中，所以經(jīng)測(cè)井代碼76對(duì)探頭發(fā)出的指令是自動(dòng)產(chǎn)生的。
波形特征圖3A和3C詳細(xì)地說(shuō)明了初級(jí)(一次)電磁場(chǎng)的特征。在這些波形圖中，水平軸的時(shí)間是規(guī)范化于感應(yīng)測(cè)井過(guò)程中的脈沖間距的時(shí)間，而垂直軸則代表不同的電量。
圖3A表示源線圈激勵(lì)電流和電壓的一般特性。在時(shí)間t0驅(qū)動(dòng)電壓瞬時(shí)地從0變化到Vcap(電容)，電流波形61開(kāi)始按照所描繪的阻尼振蕩進(jìn)行變化，落后于所示電壓波形62，如圖所示。結(jié)果產(chǎn)生如圖3c中所示的高強(qiáng)度、隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)65。它的相當(dāng)高的峰值66產(chǎn)生了大大高出環(huán)繞噪聲電平的相當(dāng)高的功率的脈沖波形。在它的波形形狀中突變陡度也是值得注意的。這種特征對(duì)產(chǎn)生全范圍的頻率成分是有幫助的。最終由天線陣檢測(cè)到的感應(yīng)磁場(chǎng)具有類似的頻率特征，這種信號(hào)能夠與有關(guān)的地層構(gòu)造參數(shù)相聯(lián)系(例如導(dǎo)電率、電阻率或介電常數(shù))。
對(duì)本技術(shù)熟練的人都懂得，圖3c的磁場(chǎng)65具有和圖3A的電流波形61同樣的振幅變化。眾所周知，磁場(chǎng)65會(huì)產(chǎn)生一磁感應(yīng)B的初級(jí)(一次)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)強(qiáng)度是隨時(shí)間變化的，它對(duì)應(yīng)于H場(chǎng)的強(qiáng)度。在沒(méi)有渦流的情況下，唯一的感應(yīng)磁場(chǎng)是由初級(jí)磁場(chǎng)65產(chǎn)生的源感應(yīng)場(chǎng)。因此，在接收天線陣中感應(yīng)的電壓是該場(chǎng)的強(qiáng)度隨時(shí)間變化的速率相一致的。
地層(床)響應(yīng)圖3D、3E和3F表示場(chǎng)65在不同環(huán)境中是如何響應(yīng)的。
在這方面，請(qǐng)注意二次感應(yīng)場(chǎng)在接收線圈中感應(yīng)的電壓信號(hào)是隨鄰近構(gòu)造地層的導(dǎo)電率變化的。因?yàn)檫@種分量是與圖3A的驅(qū)動(dòng)電流波形是相同的，它隨初級(jí)感應(yīng)場(chǎng)的變化是構(gòu)造地層導(dǎo)電率或電阻率的直接的指示。
如圖3D、3E和3F所示，渦流對(duì)高，中，低導(dǎo)電率地層構(gòu)造的測(cè)得的信號(hào)波形70、71和72的峰值69有較大的影響。由于渦流的流動(dòng)產(chǎn)生對(duì)抗初級(jí)電流的二次感應(yīng)場(chǎng)，高導(dǎo)電率周圍環(huán)境產(chǎn)生最大的抵抗初級(jí)感應(yīng)場(chǎng)的二次感應(yīng)場(chǎng)。這樣的二次場(chǎng)將作為在每一天線組上并在其中感應(yīng)一電壓分量，該電壓分量具有相當(dāng)于圖3A的電壓波形62的波形。
源場(chǎng)的產(chǎn)生圖5-11例示了供測(cè)井用的、產(chǎn)生高強(qiáng)度初級(jí)脈沖磁場(chǎng)的電路。
如圖5所示，主計(jì)算機(jī)/控制器27通過(guò)電力/數(shù)據(jù)總線78連接到井孔下面的控制器/微處理機(jī)80和從那里連接到電源/開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)81。在放電以前，電感-電阻-電容(L-R-C)電路網(wǎng)絡(luò)已用在控制器網(wǎng)絡(luò)84的控制下的井孔下面的電源83被低功率連續(xù)補(bǔ)充充電。如圖所示，電力總線85用來(lái)提供經(jīng)井孔下面的控制器/微處理機(jī)80的電力通道，并由此連接到源/開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)82?？刂菩盘?hào)在相同的電路間通過(guò)，但使用以編號(hào)86表示的數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線86通過(guò)微處理機(jī)88及存貯器89接受控制器87的控制。反饋回路90，包括圍繞在輻射線圈50周圍的磁通量測(cè)試線圈91，提供了對(duì)線圈50上磁場(chǎng)的時(shí)一幅波形的識(shí)別。介于表面電極(Surfaceeletrode)及通常的探頭電極之間的電位差由自生電勢(shì)電路92指示。
控制器84圖6更詳細(xì)地示出了電源/開(kāi)關(guān)網(wǎng)路81的控制器84。
如圖所示，控制網(wǎng)絡(luò)84的作用是提供對(duì)高、低壓電源93、94的監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)中使用了調(diào)節(jié)器95，電壓監(jiān)測(cè)器96及定時(shí)器97連同電壓監(jiān)測(cè)器96和磁通量監(jiān)測(cè)器98內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器(圖中未畫(huà)出)。
磁通量監(jiān)測(cè)器98由一個(gè)與在監(jiān)測(cè)器96內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器相連接(圖中未畫(huà)出)的無(wú)源阻容積分電路所組成。這樣，與磁通量成比例的電壓便得到數(shù)字化以供控制之用。調(diào)節(jié)器95包括一個(gè)與運(yùn)算放大器串聯(lián)的電壓衰減電路。當(dāng)不平衡狀態(tài)產(chǎn)生時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。同樣，包括有衰減電路的電壓監(jiān)測(cè)器96通過(guò)同一A/D轉(zhuǎn)換器監(jiān)測(cè)電源93的輸出電壓，為如圖5所示的微處理器/控制器80提供一個(gè)信號(hào)。定時(shí)電路包含一個(gè)控制一個(gè)開(kāi)關(guān)的計(jì)數(shù)器以改善初級(jí)(一次)場(chǎng)的波形，對(duì)此下文即作出解釋。
微處理器相互作用圖5所示的控制器/微處理器80和圖6的控制器84的相互作用很有啟發(fā)，它可由圖7的流程圖100得到最好的說(shuō)明。
假定一測(cè)井位到來(lái)，控制器/微處理器先在101發(fā)出復(fù)位指令，然后一個(gè)負(fù)載開(kāi)關(guān)啟動(dòng)時(shí)間便如圖7的102步所示放入某一寄存器(圖中未畫(huà)出)。接著，如103所示將一個(gè)延時(shí)間隔放入另一寄存器內(nèi)。當(dāng)所需的電壓電平如104所示放入另一寄存器中以后，在105步中對(duì)直流電源裝置通電，然后該電壓便在106、107和108步中得到監(jiān)視和測(cè)試，隨后在109及110中便分別發(fā)出獲得命令和復(fù)位命令。
為了交叉檢查在106、107及108中的測(cè)試命令的性質(zhì)，電壓電平如前所述那樣由圖7的控制器84的調(diào)節(jié)器95、電壓監(jiān)視器96及定時(shí)器97測(cè)定，然后將結(jié)果向上傳送到指令控制器/微處理器80。其目的是在L-R-C電源電路112，通電后控制圖5中源線圈50產(chǎn)生的輻射脈沖的形狀、幅度和持續(xù)時(shí)間。
L-R-C電力電路圖8更詳細(xì)地說(shuō)明L-R-C電力電路112。
其用途是允許積累低功率電平的電荷，即在一選定的時(shí)間間隔內(nèi)積累到50瓦特，然后在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)輻射線圈50將所積累的電荷進(jìn)行放電，例如在60秒內(nèi)放電，峰值功率可以達(dá)到100兆瓦，一般達(dá)到50兆瓦。這就是說(shuō)，本發(fā)明通過(guò)運(yùn)用脈沖放電時(shí)間比脈沖充電時(shí)間快得多的極低占空比，用中等平均功率提供極其強(qiáng)大的峰值功率電平。
更詳細(xì)地說(shuō)，L-R-C電路112由充電電路113組成，其中能量存儲(chǔ)電容114充電到預(yù)定的電壓。電路112還包括放電電路111，通過(guò)該電路電容中的能量快速放電，在輻射線圈50中產(chǎn)生一高強(qiáng)度的瞬態(tài)電流。起始時(shí)，開(kāi)關(guān)115、116及117是開(kāi)路的。當(dāng)有數(shù)字指令時(shí)，充電回路中的開(kāi)關(guān)115閉合，電容114由標(biāo)準(zhǔn)高壓充電電源118充電。當(dāng)電容上達(dá)到預(yù)定的充電電壓，例如達(dá)5000V時(shí)，開(kāi)關(guān)115開(kāi)路，脈沖功率源已可以啟動(dòng)。在收到地面主計(jì)算機(jī)/控制器27發(fā)生的啟動(dòng)命令后，開(kāi)關(guān)116閉合，來(lái)自電容114的能量通過(guò)主放電回路111放電，主放電回路由電容114，電感輻射線圈50和與這些元件相聯(lián)系的各種寄生電阻及電感組成。
這種放電是如圖3A所示的L-R-C電路的典型放電特性。如果寄生電阻很小，電流波形將起振蕩并且緩慢衰減。它具有將輻射能量集中在振蕩基頻周圍的優(yōu)點(diǎn)。這種放電的頻譜如圖3G所示，其峰值在15KHz處。
放電波形能在任意所需的時(shí)刻終止而改變放電電流的頻譜。擴(kuò)展頻率可以使分析更方便，因而是人們所需要的。在適當(dāng)時(shí)刻閉合開(kāi)關(guān)117就可以終止放電脈沖。閉合開(kāi)關(guān)117使放電電路114中的電流流經(jīng)大功率電阻120，電阻快速吸收能量而把電流波形衰減掉。
脈沖等離子磁流體動(dòng)力源(PPHMD)122圖9至11示出了可以用作圖8的L-R-C電力電路的另一種脈沖功率源，即脈沖等離子磁流體動(dòng)力源112。
脈沖等離子磁流體動(dòng)力源122的優(yōu)點(diǎn)是放電電路能量大部分是由炸藥筒的化學(xué)能得到的。在實(shí)用的測(cè)井裝置中，電力只有幾百瓦，其中大多數(shù)用來(lái)運(yùn)行各種電力設(shè)備和電動(dòng)機(jī)。另一方面，磁流體動(dòng)力源(MHD)122僅僅需要很小一部分的電能就能夠放射出極強(qiáng)大的電磁能，這種電源最適宜用于每次測(cè)井所需脈沖數(shù)較少、分辨率要求較低的超擴(kuò)展范圍場(chǎng)合。例如，在數(shù)十微秒時(shí)間內(nèi)釋放10至30千焦耳的能量到輻射圈內(nèi)，達(dá)到5億至50億瓦的峰值功率，具體內(nèi)容可參見(jiàn)美國(guó)專利3878409“炸藥驅(qū)動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)”。
使用時(shí)，源122由炸藥的爆炸激發(fā)的。如圖9所示，化學(xué)爆炸物126與空間127的氬氣爆炸。氣體電離并以高速度流向通道128，等離子體流經(jīng)由線圈124產(chǎn)生的磁場(chǎng)并在連接到源線圈(未畫(huà)出)的電極129上產(chǎn)生電能。
起爆圖10說(shuō)明起爆過(guò)程。
如圖所示，一個(gè)小的輔助電容充放電電路130產(chǎn)生用于源122的磁場(chǎng)。一個(gè)小的能量?jī)?chǔ)存電容被充電，在接到點(diǎn)火命令后，通過(guò)圍繞在磁流體動(dòng)力(MHD)源122周圍的場(chǎng)線圈132放電。當(dāng)在這輔助場(chǎng)線圈中的電流達(dá)到最大值時(shí)，炸藥筒123爆炸并驅(qū)動(dòng)高導(dǎo)電的等離子體以先前指出的那種高速度運(yùn)動(dòng)。高速運(yùn)動(dòng)的等離子體穿越磁場(chǎng)時(shí)，經(jīng)過(guò)法拉弟磁流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程產(chǎn)生強(qiáng)大的電力輸出。輸出的電流脈沖或者轉(zhuǎn)換成高電壓小電流或者直接供給輻射線圈用以產(chǎn)生磁偶極子。
開(kāi)關(guān)133打開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān)134閉合使小電容131充電。當(dāng)電容131充電結(jié)束，開(kāi)關(guān)134打開(kāi)。當(dāng)接到點(diǎn)火命令時(shí)，開(kāi)關(guān)133閉合，電容131通過(guò)場(chǎng)線圈132放電。當(dāng)場(chǎng)線圈電流達(dá)到最大值時(shí)，炸藥筒123點(diǎn)火，磁流體動(dòng)力源開(kāi)始產(chǎn)生電流。當(dāng)?shù)入x子體脈沖到達(dá)浸在外加磁場(chǎng)中的電極時(shí)，磁流體動(dòng)力源導(dǎo)通(產(chǎn)生電力輸出)。
它的一個(gè)典型的電流脈沖135示于圖11A。相應(yīng)的頻譜136見(jiàn)圖11B。這種脈沖產(chǎn)生很寬的頻譜，由于電流脈沖幅值很大，譜能密度大并且能在幾百赫到50千赫的范圍內(nèi)應(yīng)用。
天線陣的工作圖12至19所示電路利用井孔下面的控制器/微處理器140和井孔上面的主微處理機(jī)/控制器27檢測(cè)感生信號(hào)的振幅一時(shí)間信號(hào)。
圖12至19的電路的作用是將圖2和2B中的每一天線組A1……A13的信號(hào)響應(yīng)關(guān)聯(lián)起來(lái)，以得到一系列交迭的磁場(chǎng)測(cè)量值。那樣，對(duì)橫向范圍的要求(已知為源線圈與天線群A1……A13間距離的函數(shù))能由系統(tǒng)測(cè)井要求中去除。應(yīng)該進(jìn)一步指出的是，所有操作都由圖12的地面主計(jì)算機(jī)/控制器27和井孔下面的控制器/微處理器140之間相互作用的數(shù)字控制信號(hào)協(xié)調(diào)進(jìn)行的。
控制器/微處理器140圖12更詳細(xì)地描述控制器/微處理器140。
如圖所示，控制器/微處理器140通過(guò)電源數(shù)據(jù)總線141和主計(jì)算機(jī)/控制器27相連。它包括一個(gè)控制器142?？刂破?42控制前置放大驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)142，混合網(wǎng)絡(luò)143，A/D轉(zhuǎn)換電路144和微處理器145，以檢測(cè)天線陣146的感生信號(hào)并對(duì)它們進(jìn)行數(shù)字化處理。
圖13A、13B說(shuō)明圖2B所示組成單天線組A1-A13的一對(duì)接收線圈如何形成三元陣150，其中組A由三元(三個(gè)線圈對(duì))組成，所以每一對(duì)都有反應(yīng)軸線151、152或153與其它兩個(gè)軸線正交。
前置放大器電路142圖14詳細(xì)說(shuō)明前置放大電路142。
如圖所示，來(lái)自天線群A1的增量差分信號(hào)響應(yīng)在經(jīng)過(guò)阻塞變壓器147和開(kāi)關(guān)148后在放大器146的輸出端145檢出。經(jīng)過(guò)放大器149的放大，差分信號(hào)送至混合電路143。
電路142設(shè)計(jì)用于低噪聲，高共模抑制比并提供很高的增益帶寬乘積使溫度影響減至最小。放大器146前后的補(bǔ)償衰減網(wǎng)絡(luò)150用以調(diào)整鄰近天線的電平，以得到混合信號(hào)的良好區(qū)別。
第二級(jí)放大器149用以提高信號(hào)使進(jìn)一步的電子放大、衰減或混合不會(huì)使信號(hào)噪聲比(SNR)下降。每一天線的信號(hào)噪聲比是在第二級(jí)放大器149放大前已經(jīng)建立了的，是可能達(dá)到的最高的信噪比。
混合電路143
圖15和16詳細(xì)說(shuō)明混合電路143。
如圖15所示，對(duì)來(lái)自圖2B的末端天線組A13的直接信號(hào)首先通過(guò)適當(dāng)改變可變電阻200及可調(diào)電容201的值進(jìn)行增益及相位調(diào)零。那樣，天線的響應(yīng)能方便地校準(zhǔn)。在放大器204、205的非反相輸入端202、203的信號(hào)電平控制又?jǐn)U大了校準(zhǔn)的范圍。在放大器205輸入及輸出端的濾波器205和206濾去了的直流電源和L-R-C電路產(chǎn)生的不需要的低頻和高頻分量信號(hào)。
如圖16所示，對(duì)來(lái)自天線組A1……A12的混合信號(hào)通過(guò)適當(dāng)改變可變電阻210和可調(diào)電容211的值進(jìn)行類似的增益和相位調(diào)零。經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)板212之后，由于在放大器214的非反相輸入端213出現(xiàn)規(guī)范化信號(hào)電平，又增加了校準(zhǔn)的范圍。濾波器215和216抑制了不需要的頻率。
經(jīng)過(guò)混合電路143后，信號(hào)由圖12的A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化。轉(zhuǎn)換器144最好具有至少12位，數(shù)字速率最好具有從100KHz至1MHz的動(dòng)態(tài)范圍。一旦信號(hào)數(shù)字化以后就存儲(chǔ)起來(lái)等待來(lái)自主計(jì)算機(jī)/控制器27的命令把它們傳送到地面。
流程圖250圖17通過(guò)流程圖250詳細(xì)說(shuō)明檢測(cè)操作的步驟。假定有一測(cè)井位到來(lái)。如圖中251所指出的，首先進(jìn)行前置放大，接著，在252步進(jìn)行混合。此后信號(hào)在253、254濾波、放大和進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。隨后在255有一個(gè)條件語(yǔ)句，如果用戶不希望數(shù)據(jù)在井孔下面進(jìn)行傅立葉變換，則將數(shù)據(jù)傳送到地面。如果傅立葉變換希望在井孔下面進(jìn)行，則數(shù)據(jù)經(jīng)由指令256及257傳送到控制器/微處理器80進(jìn)行。傅立葉變換結(jié)果通過(guò)指令258和259傳送到主計(jì)算機(jī)。
另外，數(shù)字化的二次場(chǎng)信號(hào)的獲得，必須獲得其它三個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)。首先是磁通量監(jiān)測(cè)信號(hào)要通過(guò)圖6的磁通量監(jiān)測(cè)器98獲得。如前面已提及的，磁通量監(jiān)測(cè)器98的輸出信號(hào)與傳輸脈沖的磁偶極矩是成比例的。來(lái)自磁通量監(jiān)測(cè)器98的信號(hào)在數(shù)字化前經(jīng)過(guò)放大和濾波。該信號(hào)不混合而是用以檢驗(yàn)脈沖電力放電電路的工作是否適當(dāng)以及使天線信號(hào)規(guī)范化以糾正脈沖與脈沖的差別。
還對(duì)自生電動(dòng)勢(shì)和/或伽瑪射線進(jìn)行測(cè)量。這是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，用以使本測(cè)井裝置與其它測(cè)井儀(tool)相關(guān)聯(lián)。
測(cè)井探頭的使用在本發(fā)明中，此項(xiàng)操作的實(shí)行是由恰當(dāng)編程的數(shù)字測(cè)井代碼和結(jié)合使用地面的主計(jì)算機(jī)/控制器80與井孔下面的控制器/微處理器140來(lái)完成的。
代碼特性目標(biāo)代碼輻射起始去主由我畢特我方他方計(jì)算機(jī)來(lái)控制器/微處理機(jī)1120180天線控制器/微處理機(jī)02132140地址指令譯碼器的UART控制器代碼接收緩沖寄存器A傳送緩沖寄存器A控制B狀態(tài)B
現(xiàn)代控制C波特選擇D數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒發(fā)送準(zhǔn)備就緒這里，UART是指萬(wàn)用異步接收發(fā)送器，相當(dāng)于并行一串行變換器，同時(shí)維持系統(tǒng)格式完整。
操作1.將測(cè)井儀及電纜往下放到井孔里。在這期間，對(duì)測(cè)井儀的狀態(tài)和傳輸系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)。用背景數(shù)據(jù)獲得來(lái)檢驗(yàn)前置放大器的工作是否正常。
2.測(cè)井儀準(zhǔn)備向井孔上方拉時(shí)，啟動(dòng)測(cè)井序列(程序)。電纜操作人員最希望將井下測(cè)井儀拉上來(lái)時(shí)不要發(fā)生停頓。當(dāng)井下測(cè)井儀停止時(shí)，它十有八九是被卡住在井孔里。脈沖井下測(cè)井儀的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)不受拉起速率的影響，因此，電纜操作人員被從數(shù)據(jù)質(zhì)量的因擾中解脫出來(lái)。
3.測(cè)井儀是調(diào)節(jié)得在預(yù)定的深度產(chǎn)生脈沖的。選擇井下測(cè)井儀的拉起速率以保證當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定深度時(shí)，井下測(cè)井儀會(huì)發(fā)射脈沖，準(zhǔn)確的深度信息通過(guò)電纜被不間斷地提供到進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的主計(jì)算機(jī)。
4.當(dāng)主計(jì)算機(jī)通過(guò)脈沖測(cè)井代碼給出發(fā)射命令時(shí)，產(chǎn)生下述過(guò)程-數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)接通;
-放電電路開(kāi)關(guān)閉合以在輻射線圈內(nèi)發(fā)出電流脈沖;
-在發(fā)射信號(hào)后約2.5毫秒，數(shù)據(jù)獲得終止;
-在指令組件內(nèi)的微處理機(jī)啟動(dòng)儲(chǔ)能電容器的再充電;
-在天線組件內(nèi)的微處理機(jī)控制每個(gè)天線的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器通過(guò)下述兩途徑之一進(jìn)行輸出;(ⅰ)在固件內(nèi)完成快速傅里葉變換，然后以2400波德數(shù)據(jù)速率將快速傅里葉變換結(jié)果輸送至地面上的主計(jì)算機(jī)，(ⅱ)以19，200波德的速率直接輸送到主計(jì)算機(jī);
-完成數(shù)據(jù)至地面的傳送;
-存儲(chǔ)電容器被充電至規(guī)定電壓;
-井下測(cè)井儀自動(dòng)對(duì)開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)以及和每一根天線的通信聯(lián)系進(jìn)行檢查;
-當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定深度時(shí)，井下測(cè)井儀準(zhǔn)備產(chǎn)生下一個(gè)脈沖。
5.井下測(cè)井儀在沿著井孔向上拉的過(guò)程中按選定間隔發(fā)出脈沖后，數(shù)據(jù)獲得工作即告完成。數(shù)據(jù)現(xiàn)儲(chǔ)存在主計(jì)算機(jī)內(nèi)。
在這些步驟中，微處理機(jī)/控制器80運(yùn)行如下控制-接通電源充電電路;
-接通放電電路;
-啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，使電流脈沖流經(jīng)衰減電阻;
-收集、輸送自發(fā)電勢(shì)和γ射線測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)(用來(lái)與其化類型的測(cè)井儀相關(guān)聯(lián));
監(jiān)測(cè)-測(cè)井儀電子電路直流電源電壓;
-電源的充電電壓;
-指令組件電子電路的溫度;
-開(kāi)關(guān)的開(kāi)或關(guān)的狀態(tài);
在天線組件內(nèi)的微處理機(jī)/控制器140完成下述操作控制-打開(kāi)數(shù)據(jù)獲得通道;
-設(shè)置天線通道的狀態(tài)(混合或不混合);
-設(shè)定信號(hào)波形加工板內(nèi)的可控增益;
-收集和輸送天線數(shù)據(jù);
-收集和輸送磁通量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);
-設(shè)定數(shù)據(jù)獲得或背景噪聲獲得的天線斷電器;
-把天線和磁通量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接送到地面或送到微處理機(jī)內(nèi)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。
流程圖18和19在圖18中，微處理機(jī)/控制器已被啟動(dòng)，且在步驟260、261完成了狀態(tài)的檢查。此后，當(dāng)逐個(gè)依次回答了步驟262、263、264、265和266的條件詢問(wèn)時(shí)，各有關(guān)器件都進(jìn)入了運(yùn)行。詢問(wèn)的目的是決定執(zhí)行一合適的指令。接著是執(zhí)行步驟267、268和269。如果不能運(yùn)行，則執(zhí)行步驟269A和269B。
在圖19中詳細(xì)地示出了天線微處理機(jī)/控制器140的運(yùn)行。
如圖所示，在步驟270的復(fù)位信號(hào)將地址記數(shù)器復(fù)位，接著，在步驟271發(fā)出獲得指令。在272的條件時(shí)間指令在步驟273、275控制“1”位或“0”位的輸送。然后，地址計(jì)數(shù)器在步驟274復(fù)位。
逆過(guò)程圖20和21說(shuō)明了本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理。
數(shù)據(jù)處理井孔里的可測(cè)數(shù)據(jù)是磁場(chǎng);一線圈接收天線產(chǎn)生一與貫穿線圈的單位時(shí)間磁通變化率成比例的電壓。接收線圈可以垂直或水平安置;對(duì)水平地層結(jié)構(gòu)模型來(lái)說(shuō)，使用垂直天線就足夠了，如果要測(cè)量地層的三維傾角則還要求使用水平天線。
通過(guò)直接的數(shù)學(xué)計(jì)算可以證明，為了唯一地確定地層結(jié)構(gòu)電性能，必須從相隔一定距離垂直安置在井孔里的若干接收天線獲得磁場(chǎng)的數(shù)據(jù)。獲得空間信息是十分重要的，由于本發(fā)明采用的是脈沖，很容易獲得不同頻率下的測(cè)量值，而這種測(cè)量可以提供比垂直分層關(guān)系更為直接的徑向變化數(shù)據(jù)。本發(fā)明的垂直分辨率與接收天線直接有關(guān)，垂直間隔越靠近，測(cè)井的分辨率越精細(xì)。
在天線的制造技術(shù)和數(shù)據(jù)獲得電路中存在著一定的實(shí)際上的困難和限制，因而限制了可以得到的數(shù)據(jù)，影響了測(cè)井的分辨率及準(zhǔn)確性。僅僅建立井孔的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)及地層特性之間的數(shù)學(xué)關(guān)系是不夠的，還必須將電子噪音的影響，有限的天線間隔、有限的數(shù)字精度和其它實(shí)際問(wèn)題考慮進(jìn)去。通過(guò)直接的數(shù)值運(yùn)算可以證明，地層特性和場(chǎng)數(shù)據(jù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系對(duì)噪音或各種形式的數(shù)據(jù)的差錯(cuò)，不論是屬于電子的、機(jī)械的、還是屬于數(shù)字的，都是很敏感的。除了通過(guò)新穎的天線和電路設(shè)計(jì)將噪聲源減到最低程度以外，本發(fā)明還盡量把噪聲的影響減低到最小程度。
在額定的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)，從天線組件中獲得的數(shù)據(jù)的量就說(shuō)明地層模型的數(shù)據(jù)的量。從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，這類系統(tǒng)是很吸引人的。但是在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，存在著問(wèn)題。在沒(méi)有噪聲的情況下，額定的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)精確且獨(dú)一無(wú)二地再現(xiàn)了地層模型的地層特性;如果磁場(chǎng)是從一個(gè)假設(shè)的高精度分層模型計(jì)算出的，那未這些由額定系統(tǒng)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)就好像是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一樣，由額定的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得出的地層參數(shù)與實(shí)際情況非常吻合。不幸的是，這種系統(tǒng)容不得一點(diǎn)差錯(cuò)。如果由于噪聲而使得模擬數(shù)據(jù)走了樣的話，地層特性就會(huì)偏離正確值，導(dǎo)致錯(cuò)誤的讀數(shù)。額定的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)不能為野外使用的感應(yīng)測(cè)井儀提供令人滿意的精度。
本發(fā)明利用了超過(guò)額定量的冗余數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以將噪聲的影響減少到最低值并將測(cè)井的精度提高到最大限度。磁場(chǎng)數(shù)據(jù)由天線組件獲得并被數(shù)字化，同時(shí)，天線的位置盡可能與能使用的數(shù)據(jù)通道和所希望的垂直分辨率相一致。數(shù)字化的、作為時(shí)間函數(shù)的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)由眾所周知的數(shù)字傅里葉變換技術(shù)進(jìn)行處理，以根據(jù)其頻譜產(chǎn)生磁場(chǎng)量。用這種方法獲得的頻率項(xiàng)可能相當(dāng)大，有可能高達(dá)2048個(gè)，具體項(xiàng)數(shù)取決于分配的計(jì)算資源和電磁輻射源的脈沖的細(xì)節(jié)。大量不同天線位置處的和大量不同頻率的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的組合構(gòu)成一數(shù)據(jù)矩陣，用以供冗余信號(hào)處理。這種情況與已有技術(shù)的感應(yīng)測(cè)井系統(tǒng)，在已有技術(shù)的測(cè)井儀中，可用數(shù)據(jù)是從一根天線接收和一個(gè)頻率的信號(hào)組成的。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，數(shù)據(jù)分成幾個(gè)頻率區(qū)域以便于提供與地層特性中的徑向變化有關(guān)的信息。在每個(gè)頻率區(qū)域內(nèi)，比如說(shuō)從10KHz到15KHz的區(qū)域內(nèi)，來(lái)自幾個(gè)頻率和所有天線位置的數(shù)據(jù)都被收集以形成目標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣。信號(hào)處理的目的是從盡量減少計(jì)算數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)之間的平均誤差的意義上，確定與目標(biāo)數(shù)據(jù)最吻合的地層特性。
在本發(fā)明中，地層特性的確定是通過(guò)系統(tǒng)地改變地層模型參數(shù)以找到最佳數(shù)值，使目標(biāo)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)和計(jì)算所得的模型數(shù)據(jù)之間的均方誤差減小到最低值。根據(jù)磁場(chǎng)方程的近似解先估算出模型參數(shù)，接著通過(guò)迭代的方法改進(jìn)數(shù)值直至確定最佳模型參數(shù)。圖20是最佳逆過(guò)程的流程圖。如圖所示，得自測(cè)井儀的脈沖測(cè)井的數(shù)字化數(shù)數(shù)據(jù)形成了矩陣的形式。輻射天線和每個(gè)接收天線都有從傅里葉變換信號(hào)過(guò)程中得出的許多頻率分量。每個(gè)頻率分量都是一個(gè)復(fù)數(shù)，代表規(guī)范化源的振幅和相位。
地層特性由數(shù)值的矩陣表示。例如，在301，產(chǎn)生一個(gè)最初的對(duì)地層特性的估算值。在最佳實(shí)施例中，地層特性由地層厚度、地層位置、和地層導(dǎo)電率表示。這些特性可以增之以傾斜角和方位的變化。地層矩陣的維數(shù)(即待確定的參數(shù)總數(shù))必須少于或等于在300的接收天線數(shù)據(jù)矩陣的維數(shù)。在最佳實(shí)施例中，有13個(gè)接收天線位置和兩個(gè)頻率，對(duì)應(yīng)于26個(gè)復(fù)數(shù)，或在接收天線數(shù)據(jù)矩陣內(nèi)的52個(gè)實(shí)數(shù)的總維數(shù)。一共有16層，每層有一個(gè)可變的位置，在地層特性矩陣中這16層有總數(shù)為32的實(shí)數(shù)。對(duì)每對(duì)頻率進(jìn)行一次逆計(jì)算;在不同的頻率下的不同的計(jì)算值確定了地層是如何從井孔橫向變化的。在最佳實(shí)施例中，所計(jì)算的頻率是5.0、5.2、10.0、10.4、20.0和20.8KHz。在上述頻率的磁場(chǎng)是在圖中302處計(jì)算的。然后在303處確定這種計(jì)算的結(jié)果，這樣，最終的地層值可以精確到在百分之五的公差范圍內(nèi)，是否在百分之五以內(nèi)由步驟304確定。如果最終的地層值不在規(guī)定公差以內(nèi)，那么在305用高斯-牛頓矩陣的變換元素重新估算地層參數(shù)，然后在306更新地層參數(shù)的估計(jì)值。接著，通過(guò)循環(huán)307重復(fù)此過(guò)程。如果地層值在304步驟中確定在規(guī)定公差范圍以內(nèi)，則在308步將結(jié)果儲(chǔ)存起來(lái)。
電磁方程的正向解用來(lái)在測(cè)定地層特性的基礎(chǔ)上計(jì)算天線矩陣。最佳的正向解是電磁方程的新的解析解?；蛘?，用根據(jù)赫姆霍茲勢(shì)能理論的分層技術(shù)如W.D.肯尼迪，H.F.摩里遜，S.M.寇里，S.P.吉勒三人的文章中所述的方式進(jìn)行，這篇題為“偏移井孔內(nèi)的感應(yīng)測(cè)井頻率響應(yīng)”的文章于1986年6月9-13發(fā)表在德克薩斯州休斯頓井測(cè)分析家學(xué)會(huì)井測(cè)學(xué)術(shù)年會(huì)刊物第2卷第FFF頁(yè)上。
最佳解代表了在電特性任意地、連續(xù)或不連續(xù)、在特定方向上變化的地層中麥克斯韋電磁方程的精確解。在地層不傾斜的情況中，地層特性僅在垂直方向上變化。這種解法適用于垂直源天線和垂直接收天線。
在具有給定的電子參數(shù)的地層中，具有下列復(fù)數(shù)函數(shù)，總體來(lái)說(shuō)，這些函數(shù)是垂直位置、在地層邊界突然變化的間斷函數(shù)。
K=s2+jω μ(6+j ω ε)]]>β＝ln( (jωμ)/(k) ) (1)其中σ-地層導(dǎo)電率ε-地層介電常數(shù)μ-地層磁導(dǎo)率s-實(shí)積分變量
ω-角頻率這些間斷函數(shù)沿著垂直軸循環(huán)積分以產(chǎn)生三個(gè)具有特定初始條件的連續(xù)函數(shù)(dα)/(dz) ＝2k sinh(α-β)α(+∞)＝β(+∞)(2)(dγ)/(dz) ＝-2k sinh(γ-β)γ(-∞)＝β(-∞)(3)(dv)/(dz) ＝-K sinh(β-α)v(o)＝-ln[1+exp(γ(o)-α(o))](4)在這些方程中，垂直位置Z在偶極源處等于零，并且向位于偶極源下面的接收天線陣正方向增大。
在給定接收位置處的、沿垂直軸的磁場(chǎng)可從下列積分求得B＝ 1/(2πjω) ∫
exp(v)s3ds (5)方程(5)代表了在所有電參數(shù)都具有任意連續(xù)或間斷變化的地層中，相對(duì)于偶極源的磁矩規(guī)范化的測(cè)得磁場(chǎng)的精確解。此解可以擴(kuò)展到包括傾斜角和方位角變化的地層。
更具體地說(shuō)，在最佳感應(yīng)測(cè)井系統(tǒng)中，假定地層有一恒定的磁導(dǎo)率和可以忽略的介電效應(yīng)，且地層參數(shù)由地層厚度、地層位置和地層導(dǎo)電率給出。由于假定導(dǎo)電率在地層內(nèi)是恒定的，對(duì)方程1到4進(jìn)行積分以提供比較簡(jiǎn)單的逐步循環(huán)關(guān)系αn -1=βn+ln〔l xpαn+l xpβn tanhkn(Zn-Zn-1)l xpαn tanhkn(Zn-Zn-1)+l xpβn〕αN=βN +1(6)]]>
方程vn＝vn-1-ln[Cosh Kn(zn-zn-1)+exp(βn-αn)sinh Kn(zn-zn-1)] …(7)v1＝-ln[1+exp(β1-α1)]在此簡(jiǎn)化模型中，地層特性在信號(hào)源以上被平均，并被處理成僅在通過(guò)天線陣探測(cè)的區(qū)域內(nèi)變化。在最佳實(shí)施例中，有16層地層，該地層可以處于信號(hào)源下面的任何地方;逆過(guò)程找出地層并確定地層的導(dǎo)電率。
在圖21中描述了正向解的程序步驟。一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字正交積分程序，例如拉圭芮(Lagurre)積分，被用來(lái)對(duì)積分變量S進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)積分，該積分通過(guò)步驟311執(zhí)行。然后，從步驟311得到的每個(gè)S值與步驟311的輸入材料混合以在312計(jì)算分層函數(shù)，其結(jié)果被用于在步驟313循環(huán)估算等式6和7所確定的輔助函數(shù)。當(dāng)通過(guò)執(zhí)行步驟314和315完成了B一場(chǎng)(等式5)的增量積分后，316的正向解的輸出因此是規(guī)范化的接收天線信號(hào)(即，源的單位磁矩的場(chǎng)強(qiáng))其數(shù)據(jù)格式和實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)相同。然后在317作為規(guī)范化接收數(shù)據(jù)矩陣的元素存儲(chǔ)起來(lái)。
圖22詳細(xì)說(shuō)明了規(guī)范化接收數(shù)數(shù)據(jù)矩陣320的格式。矩陣320包括一原始探測(cè)到的次級(jí)信號(hào)的頻率域轉(zhuǎn)換(振幅對(duì)時(shí)間/深度)，該原始探測(cè)到的次級(jí)信號(hào)被規(guī)范化到如圖所示的測(cè)井位1，2，3，……。它包括一系列具有一振幅值A(chǔ)，A′……B，B′……C，C′的元素，排成具有相同的天線深度位置和相同的頻率分置的行和列。也就是說(shuō)，每個(gè)元素A，A′……B，B′……C，C′代表一在每個(gè)測(cè)井位被測(cè)得信號(hào)的振幅分量并且每一個(gè)元素還對(duì)應(yīng)于某一公共頻率一天線位置。例如，對(duì)于測(cè)井位1的公共列(f0)，元素用A1，f0;A′2，f0;A″3，f0，……An13，f0來(lái)表示，假定天線陣包括十三(13)個(gè)獨(dú)立的天線組，其中行的下標(biāo)1，2，……13表示每一組，而公共列的頻率下標(biāo)是f0，f1……fn。與此類似，對(duì)測(cè)井位(1)的某一公共天線深度數(shù)1，2……或13元素用A1，f0;A′1f1;A″2f2……表示，其中行的下標(biāo)(“1”)表示公共天線組，列的下標(biāo)表示每個(gè)頻率分量f0，f1……如圖所示。
頻率分割可以在每個(gè)矩陣320的一列或幾列進(jìn)行，比如f1-f3。此外，本發(fā)明用此法作勘測(cè)之用。
累積誤差的極小化倒轉(zhuǎn)正向解的最佳方法已在前面結(jié)合圖20討論過(guò)。這種用來(lái)從天線數(shù)據(jù)矩陣確定地層特性矩陣的方法是一種迭代方法，該方法從最小二乘方誤差的意義上來(lái)說(shuō)對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)提供了一種最好的擬合。此方法很好地處理了由非理想數(shù)據(jù)引起的困難，非理想數(shù)據(jù)中包括非理想地層的附加噪聲和擾動(dòng)。附加噪聲來(lái)自天線前置放大器電路系統(tǒng)的熱效應(yīng)和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)字化的有限精度。
注意，地層特性的初始估算是在圖21中301步進(jìn)行的。這種估算可以是一恒定的矩陣或一近似的解析估算，與正向解一起用以產(chǎn)生天線信號(hào)數(shù)據(jù)。然后，將計(jì)算所得的天線矩陣與測(cè)得的數(shù)據(jù)比較，并從圖22所示的矩陣格式估計(jì)一均方誤差，這在前面已經(jīng)描述過(guò)。
均方誤差是一地層特性矩陣的解析函數(shù)，來(lái)自式1至5所示的解析正向解，并且可以估算出雅可比行列式導(dǎo)數(shù)。雅可比行列式表示在一個(gè)系數(shù)、一個(gè)系數(shù)的基礎(chǔ)上天線信號(hào)矩陣對(duì)地層參數(shù)矩陣的導(dǎo)數(shù)。它可以以式1到7所表示的解析解的形式計(jì)算，它可以以數(shù)值法估算。在最佳實(shí)施例中，雅可比行列式的微分系數(shù)是通過(guò)確定天線矩陣變化與地層特性小變化(1%)之比用數(shù)值法估算的。
在最佳實(shí)施例中，用來(lái)獲得逆解的迭代過(guò)程是眾所周知的高斯-牛頓方法。該方法簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)是在一線性矢量T內(nèi)放置測(cè)得天線數(shù)據(jù)矩陣的內(nèi)容，在線性矢量C內(nèi)放置計(jì)算所得的天線矩陣的內(nèi)容，并在線性矢量X內(nèi)放置地層特性矩陣的內(nèi)容。在最佳實(shí)施例中T和C中包括52個(gè)數(shù)。
雅可比行列式被定義為計(jì)算值C相對(duì)于參數(shù)值X微分的矩陣
(8)從n到n+1的迭代為Xn+1＝Xn+(JTJ)-1JT(T-Cn) (9)迭代繼續(xù)進(jìn)行直到前后相繼值的變化的差值在預(yù)定的誤差值范圍之內(nèi)(一般為1%)。
對(duì)本發(fā)明涉及的那些懂行者來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有許多結(jié)構(gòu)上的變化、也可以有種種不同的實(shí)施例以及種種不同的應(yīng)用，所有這些變化不同的實(shí)施例以及應(yīng)用都在本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)。此處的揭示和描述僅屬于舉例說(shuō)明本發(fā)明的性質(zhì)，本發(fā)明絕不限于這些用以舉例說(shuō)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用測(cè)井探頭在地層深處產(chǎn)生一原始(初級(jí)、一次)磁場(chǎng)，然后檢測(cè)指示地層電參數(shù)的感應(yīng)二次磁場(chǎng)，從而對(duì)井孔周圍地層進(jìn)行井測(cè)地層的方法，該方法包括下述步驟(ⅰ)在沿井孔的一系列位置處，產(chǎn)生一系列時(shí)間間隔的高峰值功率原始(初級(jí)、一次)磁場(chǎng)脈沖；(ⅱ)檢測(cè)每個(gè)所述原始磁場(chǎng)脈沖在所述的地層內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生的二次磁場(chǎng)提供的響應(yīng)數(shù)據(jù)；和(ⅲ)處理所述的響應(yīng)數(shù)據(jù)以提供環(huán)繞井孔周圍的地層的電參數(shù)的讀數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)有選擇地用一脈沖電流驅(qū)動(dòng)輻射線圈產(chǎn)生脈沖原始(初級(jí)場(chǎng))場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的原始場(chǎng)脈沖的峰值功率至少為1兆瓦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的原始場(chǎng)脈沖的峰值功率為50兆瓦左右。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的原始場(chǎng)脈沖的峰值功率在1～1000兆瓦范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的輻射線圈的選擇驅(qū)動(dòng)由數(shù)字測(cè)井代碼控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的數(shù)字測(cè)井代碼由一在地面上的主計(jì)算機(jī)/控制器產(chǎn)生，該機(jī)至少與一個(gè)置于測(cè)井探頭上的微處理機(jī)/控制器相聯(lián)系。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，探測(cè)二次磁場(chǎng)的步驟(ⅱ)包括分步驟(a)使用一系列天線，每根天線獨(dú)立探測(cè)不同地層區(qū)域的所述的二次場(chǎng)的分量和(b)將每個(gè)測(cè)得的分量分別數(shù)字化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(ⅲ)還有步驟(a)用一系列假設(shè)的導(dǎo)電率和地層厚度值連同脈沖原始場(chǎng)的實(shí)際參數(shù)作出相鄰地層的響應(yīng)模型;(b)將從步驟(a)的模型得出的正向解與在深處測(cè)得的二次磁場(chǎng)的分量交叉對(duì)照校核。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，正向解和在深處測(cè)得的二次磁場(chǎng)的分量的交叉對(duì)照校核是在頻率域內(nèi)進(jìn)行的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，探測(cè)二次磁場(chǎng)的步驟包括在采用探頭內(nèi)的一系列天線，并且脈沖發(fā)射期間與所述天線即時(shí)天線深度有關(guān)的頻率轉(zhuǎn)換被用于正向解和交叉校核步驟之中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，頻率轉(zhuǎn)換可以進(jìn)行頻率分割以便把響應(yīng)集中在范圍頻率R左右。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，R大約為1-40千赫，由此提供準(zhǔn)確的導(dǎo)電率值。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，R大約1-30兆赫，由此提供精確的介電常數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，頻率轉(zhuǎn)換以矩陣的格式，其中行與列的分別是天線深度和頻率。
16.一種利用一測(cè)井探頭在地層深處產(chǎn)生一原始磁場(chǎng)并檢測(cè)含有地層電參數(shù)指示的感應(yīng)產(chǎn)生的二次場(chǎng)來(lái)系統(tǒng)地探測(cè)井孔周圍地層的裝置包括(ⅰ)用來(lái)在沿井孔的一系列位置處產(chǎn)生一系列時(shí)間間隔的高峰值功率原始磁場(chǎng)脈沖的裝置;(ⅱ)用來(lái)探測(cè)每個(gè)所述的原始磁場(chǎng)脈沖在所述的地層內(nèi)感生的二次磁場(chǎng)提供的響應(yīng)數(shù)據(jù)的裝置，和(ⅲ)用來(lái)處理所述的響應(yīng)數(shù)據(jù)以提供環(huán)繞井孔的地層的至少一個(gè)電參數(shù)的讀數(shù)的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，用來(lái)產(chǎn)生所述的高峰值功率的原始脈沖的裝置包括一輻射線圈以及和輻射線圈有選擇地連接(接觸)的電力源網(wǎng)絡(luò)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述的電力源網(wǎng)絡(luò)包括一容性充放電電路和一開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述的電力源網(wǎng)絡(luò)包括一磁流體動(dòng)力源和一開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述的容性充放電電路通過(guò)有選擇地用脈沖電流驅(qū)動(dòng)輻射線圈而產(chǎn)生所述的脈沖原始場(chǎng)，其中，每測(cè)井周期的原始場(chǎng)能量基本上是恒定的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述的原始場(chǎng)的峰值功率至少為1兆瓦。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述的原始場(chǎng)的峰值功率為50兆瓦左右。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述的原始場(chǎng)的峰值功率的范圍為1～100兆瓦。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，磁流體動(dòng)力源通過(guò)有選擇地用脈沖振蕩電流驅(qū)動(dòng)輻射線圈產(chǎn)生所述的脈沖原始場(chǎng)，其中，每測(cè)井周期的原始場(chǎng)的能量基本上是恒定的。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，所述的原始場(chǎng)的峰值功率范圍為10～1000兆瓦。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述的電力源網(wǎng)絡(luò)由數(shù)字測(cè)井代碼選擇性地控制。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，所述的數(shù)字測(cè)井代碼由一在地面上的主計(jì)算機(jī)/控制器產(chǎn)生，該主計(jì)算機(jī)/控制器至少與一個(gè)設(shè)置在測(cè)井探頭上的微處理機(jī)/控制器相聯(lián)。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，探測(cè)二次磁場(chǎng)的裝置包括(ⅰ)一系列天線，每根天線獨(dú)立探測(cè)不同的地層區(qū)域的所述的二次場(chǎng)的分量，和(ⅱ)與所述的系列天線相連接的裝置，用來(lái)將每個(gè)測(cè)得分量分別數(shù)字化。
29.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述的處理裝置包括(a)用一系列假定的導(dǎo)電率和地層厚度值連同脈沖原始場(chǎng)的實(shí)際參數(shù)建立相鄰地層的響應(yīng)模型的裝置，和(b)將(a)的正向解和測(cè)得的二次磁場(chǎng)的分量進(jìn)行交叉校核的裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于，提供(a)的正向解的所述建立模型的裝置和(b)的所述的交叉校核裝置在頻率域內(nèi)執(zhí)行操作。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述的處理裝置提供頻率轉(zhuǎn)換，頻率轉(zhuǎn)換可以進(jìn)行頻率分割以便把響應(yīng)集中在R范圍內(nèi)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于，R大約為1-40千赫，由此提供導(dǎo)電率值。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于，R大約為1-10兆赫，由此提供介電常數(shù)值。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于，頻率-深度轉(zhuǎn)換以矩陣格式，其中行與列分別是天線深度和頻率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種脈沖感應(yīng)測(cè)井系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一穿越井孔的測(cè)井探頭，且具有下井的微處理機(jī)/控制器電路，與地面上的一獨(dú)立的主計(jì)算機(jī)/控制器相連。主計(jì)算機(jī)/控制器和兩個(gè)井孔下面的微處理機(jī)/控制器構(gòu)成一數(shù)字計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生一數(shù)字脈沖測(cè)井代碼，用于周期地使輻射線圈被高峰值功率振蕩電流驅(qū)動(dòng)。一大功率的電磁能原始(初級(jí)、一次)脈沖被間歇地產(chǎn)生以照射相鄰地層而進(jìn)行感應(yīng)測(cè)井。
文檔編號(hào)G01V3/38GK1030959SQ88103529
公開(kāi)日1989年2月8日 申請(qǐng)日期1988年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1987年6月8日
發(fā)明者斯蒂芬·波·吉爾, 約翰·特·沃特斯基, 里奧·布里克 申請(qǐng)人:Mpi股份有限公司