一种新型微球聚焦测井仪极板 【技术领域】
本发明专利涉及一种新型微球聚焦测井仪，特别是涉及一种新型微球聚焦测井仪的传感器-微球极板。
背景技术
在石油地质测井领域中，利用测量地层横向(垂直井轴)不同深度电阻率的变化来判断地层含油、气、水的性质，是目前最有效的测井解释方法。微球聚焦测井仪是目前国内外测量地层冲洗带(靠近井壁)电阻率Rxo的最好方法。微球聚焦测井仪在我国已经使用了24年，至今仍然是国内外浅探测的最好测井方法。随着测井技术的不断发展，对微球聚焦测井仪提出更高的要求；要求仪器的测量动态范围从目前的1万倍提高到10万倍，测量精度从15％提高到5％(最大)。技术指标的提高包括两个方面：电子线路和传感器-微球极板。
原微球聚焦测井仪极板是在1985年参考schlumberger公司的MSFL极板设计的。经过二十多年的使用发现该极板存在以下问题：
微球聚焦电子仪器测量地层模拟箱(0.2-2000欧姆米)时，误差小于5％，当仪器测井时，对高电阻率(1000-2000欧姆米)地层测量曲线幅度经常偏低(30％--50％)；有时甚至出现负值，使仪器无法正常工作。其区别就是测量模拟箱时，没有通过极板和地层介质，而是仪器直接与模拟箱(电阻网络)相连。这个问题早在1992年就已发现，由于微球聚焦测井仪使用的刻度K值(0.041米)是Schlumberger公司提出的，它是考虑到大部分测井地质条件(Hmc、Rmc、Rxo/Rmc)给出的一个经验刻度K值。在我国测井过程发现：微球聚焦测井仪使用的刻度K值(0.041米)在不同地层条件下，产生测量误差是不同的(见表1)。
表1 Schlumberger公司K值测量误差
当Hmc大于19mm及Rxo/Rmc大于50时，仪器测量的误差会更大。多年来，很多人都想解决此问题，有人想通过各个油田使用不同的K值；有人想通过制作精密的校正图版，对测井曲线进行校正来解决。但最终都不能真正解决微球聚焦测井仪由于极板电场畸变产生的测量误差。由于这种测量误差的存在，影响仪器的测量动态范围，老仪器只能达到(0.2-2000欧姆米)。本发明专利通过对微球聚焦测井电场的分析，通过大量的电场模拟实验，我们认为造成微球聚焦测井(在某些地质条件下)测量误差大的根本原因是微球聚焦测井仪的电场畸变，这种电场畸变是由于微球极板电极形状设计不合理造成的。想通过采用不同K值和校正图版是不能真正解决的。
极板的形状对测井质量和极板使用寿命有很大影响，目前M1M2电极采用188X138mm长方形，排放在极板的最外边，所以微球极板的外形也只能是有“两翼”的长方形，如图3所示。测井时，极板受25公斤以上的推靠力，紧贴井壁快速滑动，当井壁为不规则的砂岩或石灰岩时，极板的“两翼”部分就容易被井壁刮到而使极板与井壁接触不良，造成曲线抖动，在组合测井时，由于几种仪器串连在一起一次下井测量，更容易造成微球极板与井壁接触不好，使测量曲线异常。严重时极板会被刮坏而影响测井成功。
如图3所示，原极板的电极是长方形的，M1或M2电极上各点到Ao电极的距离相差很多，M1、M2电极是控制主电场平衡的监督电极，微球聚焦仪器测量的平衡条件是M1、M2电极之间电位差为零。由于M1、M2电极上各点到Ao电极的距离不等，在电极中就会有电流流动，这部分电流我们称为误差电流ΔI，它不但会损耗电场能量而且还使球形电场发生畸变。地层电阻率越高，球形电场畸变也越大。通过室内模拟实验可以看到，随地层电阻率增高，测量误差也会增大，见图5。当在电阻率Rxo/Rmc大于1000以上地层测量时，因电场的畸变会造成仪器测量误差会增加到100％以上。严重时，仪器将无法正常工作。
【发明内容】
本发明的目的是从根本上解决微球聚焦测井仪器极板电场方面存在的问题，设计一种新型微球聚焦测井仪极板，测量精度高，极板使用寿命长。
本发明的技术方案是：一种新型微球聚焦测井仪极板，其特征是极板的外形为流线型，极板电极M1 M2 A1 Mo Ao为椭圆形，椭圆的长轴L为各电极M1、M2、A1纵向到Ao电极最近距离的两倍，椭圆的短轴M为各电极M1、M2、A1横向到Ao电极最近距离的两倍；其中电极Ao位于极板的中心，从中心到极板边缘依次为Mo、A1、M1、M2；极板电极由高温导线直接引出，排列次序为M1M2Mo AoA1或M2 M1 Mo Ao A1，在电极短路片下面留2mm断槽。
本发明根据微球聚焦测井原理和微球聚焦测井主屏电极电场的合理分布，设计出与原微球聚焦测井仪极板电场完全不同的一组新极板，新极板在测井时，会有以下优点：
1、电极形状改为椭圆形后，电场形状也为球形。电极中的误差电流ΔI减小80％以上，所以测量数值(Rxo)受低阻泥饼(Rmc)影响小；特别对于高电阻地层Rxo/Rmc大于1000时，新极板比老极板测量精度高很多。
2、由于电极采用椭圆形代替原来的长方形，大大地改善了极板与井壁的接触，从而提高了测井资料质量和测井成功率。
3、极板外形改成流线型，使极板使用寿命提高很多。
【附图说明】
图1是微球聚焦电场在非均匀介质中的分布示意图。
图2是微球聚焦电场在均匀介质中的分布示意图。
图3是原微球极板电极尺寸图。
图4是本发明微球聚焦测井极板图。
图5是新老极板非均匀介质测量Rxo对比图。
图6是老极板电场图。
图7是新极板电场图。
图8是电极短路片开槽示意图。
【具体实施方式】
微球聚焦测井的基本原理：微球聚焦测井主要测量渗透性地层冲洗带地电阻率Rxo。所有电法测井测量的视电阻率只反映供电电流分布在介质部分的电阻率变化。微球聚焦测井就是通过改变电极的排列和供电方式，使主电流绝大部分分布在地层冲洗带2中，为了减小渗透性地层低电阻率泥饼1对测量的影响，在主电极Ao附近增加了一个屏蔽电极A1和一个泥饼校正电极Mo，在Ao与A1之间供与主电极同相位的屏蔽电流I1，由于I1绝大部分分布在低阻泥饼中，主电流Io受同相位I1的屏蔽，只能穿过泥饼1进入地层冲洗带2，在地层冲洗带中，主电流不再受I1屏蔽而像点电极一样，向周围介质放射状发射。这样，就保证了主电流主要分布在地层冲洗带。使微球聚焦测井测量的Rxo主要反映地层冲洗带电阻率。
在纵向剖面上，理想的电场应是以Ao为圆心，为R的点电源电场中，任一点M的点位：Um＝RtIo/4∏X1/AM，在电场中任何到A点距离不等的两点M N(AM≠AN)，如果用电阻R将连接起来，电阻中就会有电流流过。电流的强度ΔI的大小与介质电阻率Rt、与主电流Io强度成正比、与MN两点到A点的距离成反比，其电位差的关系如下：
M点的点位：Um＝RtIo/4∏X1/AM-----(1)
N点的点位：Un＝RtIo/4∏X1/AN-----(2)
MN两点用电阻R连接后，
M N之间的电流：ΔI＝(Um-Un)/R-(3)
将1和2式代入3式：
ΔI＝RtXIoX(AM-AN)/4∏XRXAMXAN
从上式可以看出：误差电流ΔI与地层电阻率Rt、主电流Io成正比和M N两点到A点的距离差成反比；与M N之间连接的电阻R的阻值成反比。
微球极板为了在测井时，灵活地随井壁改变极板曲率，各电极是由多个电极块组成。电极块之间再由导电良好的基片(铍青铜片)连接在一起，电极块之间的电阻R很小(一般小于0.05欧姆)。但这样会使误差电流ΔI变大，对测量造成一定的误差。并且误差会随地层电阻率的增高而增大。
本发明专利提供一种新型微球聚焦测井仪的传感器-微球极板，该新型极板的电极根据微球聚焦测井原理和微球聚焦测井主电极电场的分布，设计了一组新电极M1 M2 A1 Mo Ao，其中电极Ao位于极板的中心，从中心到极板边缘依次为Mo、A1、M1、M2，新电极的形状按照等位面4原理把原来长方形电极改为椭圆形电极，并且新型极板的外形改变为受阻力较小的流线型，如图4所示。新型极板的长轴(纵向)和短轴(横向)与原来极板相同，所以该极板的探测深度3与原极板相同(15CM)。
本发明专利为了克服极板电极误差电流ΔI对测量精度的影响，把微球极板电极的形状设计为椭圆形，椭圆的长轴为各电极(M1 M2A1)纵向到Ao电极最近距离的两倍，椭圆的短轴为各电极(M1 M2 A1)横向到Ao电极最近距离的两倍。连接各电极块的基片(铍青铜片)在电极引出线的另外一方，开2mm的断槽，以减少误差电流的影响。组成各电极的电极块材料采用纯铁，与材料为铍青铜片的基片用激光焊接为一体。
本发明专利的电极由高温导线直接引出，排列次序为M1 M2Mo Ao A1(原极板为M1 Mo Ao A1 M2)或M2 M1 Mo Ao A1。使监督电极M1M2引线靠近，减少供电电极引线A1对M1M2引线的干扰(M1M2工作信号为微伏)。这样大大提高了测井的准确度，降低误差。
从微球聚焦测井电场分布原理图1和图2看，主电极Ao在冲洗带2中形成的电场应该为一个半椭圆小球状。而由于原微球聚焦极板的M1 M2电极形状为长方形，主电极Ao的电场不再是以主电极Ao为中心的半椭圆小球状(见图6)，图6和图7是新老极板在相同条件(均匀介质；相同Io、I1发射强度)下，测量出的电场对比图。老极板电场比新极板电场分布范围小；而且电场形状是畸变的半椭圆球体。这种畸变在非均匀介质条件下，会产生一定的测量误差，而且测量误差会随地层电阻率的增高随泥饼厚度的增加而增大。