一种磁定位测井仪.pdf

本实用新型公开了一种磁定位测井仪，包括弹簧臂，以及设置于弹簧臂上的形状相同、体积相等的前磁钢和后磁钢；前磁钢和后磁钢通过导磁板相连，并且分别置于导磁板的两端；前磁钢和后磁钢内部的磁场方向均与弹簧臂垂直，且前磁钢与后磁钢内部的磁场方向相反；前磁钢和后磁钢外部的磁场通过导磁板形成恒定磁场；前磁钢与后磁钢之间设置有用于测量前套管与后套管相连处的套管接箍处或套管丝扣处磁阻变化的霍尔元件；霍尔元件的信号输出端上连接有保证前置放大电路在套管磁阻没有变化时，输出信号为零的调零电路；前磁钢与后磁钢的外侧分别设置有与导磁板以及弹簧臂相配合将霍尔元件密封的密封罩。通过实验结果知，本实用新型既能够在西姆莱斯扣的油气井中应用，又能够解决原CCL在原套管测量中不理想的问题。

1.  一种磁定位测井仪，其特征在于：包括弹簧臂(12)，以及设置于弹簧 臂(12)上的形状相同、体积相等的前磁钢(3)和后磁钢(4)；前磁钢(3) 和后磁钢(4)通过导磁板(9)相连，并且分别置于导磁板(9)的两端；前磁 钢(3)和后磁钢(4)内部的磁场方向均与弹簧臂(12)垂直，且前磁钢(3) 与后磁钢(4)内部的磁场方向相反；前磁钢(3)和后磁钢(4)外部的磁场通 过导磁板(9)形成恒定磁场；前磁钢(3)与后磁钢(4)之间设置有用于测量 前套管(1)与后套管(2)相连处的套管接箍(6)处或套管丝扣(7)处磁阻 变化的霍尔元件(8)；霍尔元件(8)的信号输出端上连接有保证前置放大电路 在套管磁阻没有变化时，输出信号为零的调零电路；前磁钢(3)与后磁钢(4) 的外侧分别设置有与导磁板(9)以及弹簧臂(12)相配合将霍尔元件(8)密 封的密封罩(13)。

2.  根据权利要求1所述的磁定位测井仪，其特征在于：所述的导磁板(9) 为能够与前磁钢(3)和后磁钢(4)相配合使磁感线通过其内部，形成恒定磁 场的背铁，背铁的两端均与设置于前磁钢(3)和后磁钢(4)外侧的密封罩(13) 配合密封。

3.  根据权利要求1所述的磁定位测井仪，其特征在于：所述的前磁钢(3) 与后磁钢(4)之间的弹簧臂(12)上设置有用于安装霍尔元件(8)的霍尔元 件安装座(10)。

4.  根据权利要求3所述的磁定位测井仪，其特征在于：所述的霍尔元件安 装座(10)与后磁钢(4)之间设置有用于固定霍尔元件安装座(10)的固定块 (11)。

5.  根据权利要求1所述的磁定位测井仪，其特征在于：所述的霍尔元件(8) 的电源接口以及信号输出端通过套装有过线管(14)的导线与凋零电路以及电 源相连。

6.  根据权利要求1或5所述的磁定位测井仪，其特征在于：所述的凋零电 路包括仪表放大器以及控制电阻(R1)，控制电阻(R1)的控制端连接到仪表放 大器的反相输入端上，仪表放大器的正相输入端与霍尔元件(8)的信号输出端 相连。

7.  根据权利要求6所述的磁定位测井仪，其特征在于：所述仪表放大器的 输出端将放大后的信号输入到低通滤波器中，滤掉高频干扰信号，再经过压频 转换器处理为能够记录的套管接箍信号或套管丝扣信号，并输出。

8.  根据权利要求7所述的磁定位测井仪，其特征在于：所述低通滤波器的 截止频率为25Hz。

一种磁定位测井仪
技术领域
本实用新型涉及一种磁定位测井仪。
背景技术
石油测井系统中必须准确地测定测井仪器在井筒中的位置和深度。油气井 的井筒是由固定长度为L的特制钢质套管通过接箍连接在一起构成的，因此依 次记录套管的个数N就可确定测井仪器在井筒中的深度位置H＝L*N。
常规井下套管接箍测井仪(CCL)是利用两块磁钢、一只接收线圈和电子线路 组成。测井时，通过检测接收线圈感应电压Ei随套管接箍的变化(Ei＝-N*dφ/dt) 来记录并确定接箍的个数。再根据H＝L*N计算出井下地层的准确深度。
原CCL测井时会因套管老化或套管直径较大产生接箍漏测、套管破损时产 生误测。尤其在产气井中，套管之间的连接不再是通过套管接箍连接，而是改 为两支套管的丝扣(西姆莱斯扣)直接连接。原CCL因测量不到西姆莱斯扣而 无法正常工作。目前，仅有专利--电磁聚焦套管丝扣(接箍)测井仪--能够测出 西姆莱斯扣，但它存在体积大、线路复杂、温度漂移大、测量曲线易受套管破 损影响的缺点。
另外，原CCL还存在测量曲线易受套管破损影响和测量曲线的幅度受仪器 测井速度影响的缺点。
实用新型内容
本实用新型提供了一种磁定位测井仪，主要解决了原CCL因测量灵敏度不 够高，会在套管老化时易漏测、套管破损时误测以及在新型套管中不能测出西 姆莱斯扣等不理想的问题。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：包括弹簧臂，以及 设置于弹簧臂上的形状相同、体积相等的前磁钢和后磁钢；前磁钢和后磁钢通 过导磁板相连，并且分别置于导磁板的两端；前磁钢和后磁钢内部的磁场方向 均与弹簧臂垂直，且前磁钢与后磁钢内部的磁场方向相反；前磁钢和后磁钢外 部的磁场通过导磁板形成恒定磁场；前磁钢与后磁钢之间设置有用于测量前套 管与后套管相连处的套管接箍处或套管丝扣处磁阻变化的霍尔元件；霍尔元件 的信号输出端上连接有保证前置放大电路在套管磁阻没有变化时，输出信号为 零的调零电路；前磁钢与后磁钢的外侧分别设置有与导磁板以及弹簧臂相配合 将霍尔元件密封的密封罩。
所述的导磁板为能够与前磁钢和后磁钢相配合使磁感线通过其内部，形成 恒定磁场的背铁，背铁的两端均与设置于前磁钢和后磁钢外侧的密封罩配合密 封。
所述的前磁钢与后磁钢之间的弹簧臂上设置有用于安装霍尔元件的霍尔元 件安装座。
所述的霍尔元件安装座与后磁钢之间设置有用于固定霍尔元件安装座的固 定块。
所述的霍尔元件的电源接口以及信号输出端通过套装有过线管的导线与凋 零电路以及电源相连。
所述的凋零电路包括仪表放大器以及控制电阻，控制电阻的控制端连接到 仪表放大器的反相输入端上，仪表放大器的正相输入端与霍尔元件的信号输出 端相连。
所述仪表放大器的输出端将放大后的信号输入到低通滤波器中，滤掉高频 干扰信号，再经过压频转换器处理为能够记录的套管接箍信号或套管丝扣信号， 并输出。
所述低通滤波器的截止频率为25Hz。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、具有非常高的灵敏度，可以检测出套管磁阻微小的变化。
本实用新型采用高灵敏度微功耗的霍尔元件代替接收线圈，采用调零电路 后，仪器测量精度提高很多。可以适应任何种类的油、套管接箍井的测量。
2、线路简单、结构简单、体积小。
与原CCL相比，本实用新型用霍尔元件代替原结构复杂的感应线圈以后， 恒磁磁钢体积也可以减小很多；使仪器体积减小、结构简单，性价比也提高。
与电磁聚焦套管丝扣(接箍)测井仪相比，本实用新型没有交流发射线圈， 省去了发射驱动部分的电子线路，因而线路简单、结构简单，体积也小。
3、测量结果准确率高。
本实用新型检测探头体积小，可采用灯笼体结构一周设计多个检测探头紧 贴井壁测量，输出的多路CCL曲线通过对比，可以有效地排除井下套管破损的 干扰。
4、温度漂移小。
本实用新型中采用的霍尔元件的温度漂移系数为±0.1mV/℃，最高输出电压 为4.15V，即温度变化100℃，输出电压最多变化0.24％。而原CCL和电磁聚焦 套管丝扣(接箍)测井仪采用铜线圈接收，铜的温度漂移系数为0.004，即温度 变化100℃，输出电压变化0.004*100*100％＝40％。可见，新型磁定位测井仪受 温度影响减小很多。
5、测量结果不受测井速度的影响。
与原CCL相比，本实用新型测量套管时，霍尔传感器的输出信号只与磁通 值有关。因此，测量曲线的幅度与测井速度无关。
附图说明
图1为原CCL传感器工作原理图；
图2为原CCL传感器测量到的套管接箍信号曲线；
图3为原CCL测量西姆莱斯扣套管曲线；
图4为本实用新型的工作原理图；
图5为本实用新型的测量曲线；
图6为本实用新型的整体结构示意图；
图7为本实用新型调零电路的示意图。
其中，1为前套管；2为后套管；3为前磁钢；4为后磁钢；5为线圈；6为 套管接箍；7为套管丝扣；8为霍尔元件；9为导磁板；10为霍尔元件安装座； 11为固定块；12为弹簧臂；13为密封罩；14为过线管。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明：
参见图4至图7，本实用新型包括弹簧臂12，以及设置于弹簧臂12上的形 状相同、体积相等的前磁钢3和后磁钢4；前磁钢3和后磁钢4通过导磁板9相 连，并且分别置于导磁板9的两端；导磁板9为能够与前磁钢3和后磁钢4相 配合使磁感线通过其内部，形成恒定磁场的背铁，背铁的两端均与设置于前磁 钢3和后磁钢4外侧的密封罩13配合密封。前磁钢3和后磁钢4内部的磁场方 向均与弹簧臂12垂直，且前磁钢3与后磁钢4内部的磁场方向相反；前磁钢3 和后磁钢4外部的磁场通过导磁板9形成恒定磁场；前磁钢3与后磁钢4之间 设置有用于测量前套管1与后套管2相连处的套管接箍6处或套管丝扣7处磁 阻变化的霍尔元件8；前磁钢3与后磁钢4之间的弹簧臂12上设置有用于安装 霍尔元件8的霍尔元件安装座10。霍尔元件安装座10与后磁钢4之间设置有用 于固定霍尔元件安装座10的固定块11。霍尔元件8的信号输出端上连接有保证 前置放大电路在套管磁阻没有变化时，输出信号为零的调零电路；霍尔元件8 的电源接口以及信号输出端通过套装有过线管14的导线与凋零电路以及电源相 连。凋零电路包括仪表放大器以及控制电阻R1，控制电阻R1的控制端连接到 仪表放大器的反相输入端上，仪表放大器的正相输入端与霍尔元件8的信号输 出端相连，仪表放大器的输出端将放大后的信号输入到截止频率为25Hz的低通 滤波器中，滤掉高频干扰信号，再经过压频转换器处理为能够记录的套管接箍 信号或套管丝扣信号，并输出。前磁钢3与后磁钢4的外侧分别设置有与导磁 板9以及弹簧臂12相配合将霍尔元件8密封的密封罩13。
本实用新型的原理及工作过程：
本实用新型所采用的技术方案是：利用两块磁钢和一个导磁板产生恒定磁 场，采用一只霍尔元件来代替原CCL的单线圈接收，通过测量两套管连接处磁 阻的变化，来准确测量出套管接箍的深度。在电子线路设计方面，采用可控调 零电路，使仪器可以在非常高的灵敏度条件下工作。通过同一水平面采用四个 方位角对井下套管进行测量，就可以判别接箍信号和破损信号。这样，磁定位 测井仪具有不受测井速度和套管破损的影响，对各种套管接箍都能精确测量出。
本实用新型包括两部分：检测探头和调零电路。
1、检测探头
设计新检测探头的目的就是要提高仪器测量灵敏度、去掉测速和套管破损 的影响。
西姆莱斯扣通过丝扣连接，没有接箍。因此，在连接处产生的磁通变化很 小，要准确地测量出丝扣连接处的磁阻变化，新检测探头采用高灵敏度微功耗 的霍尔元件进行测量。新检测探头中霍尔元件位于两个磁极相反的磁场中，因 而套管壁磁阻没有变化时，霍尔元件仍有数值输出，即测量曲线的基值。本实 用新型采用了调零电路，保证前置放大电路在套管磁阻没有变化时，输出信号 为零。这样前置放大电路的增益就可以按仪器灵敏度要求提高。
新检测探头与原CCL检测探头相比最大的差别是：原CCL检测探头是通过 测量接收线圈中产生随套管质量变化的感应电动势，接箍信号以感应电动势的 形式输出；新检测探头采用霍尔元件直接测量磁力线因套管质量变化产生的漏 磁，检测信号以霍尔电压的形式输出。这样，霍尔电压不受测井速度的影响， 因而测量曲线的幅度不受测井速度影响。
套管破损是不可避免的，因新型磁定位仪器检测探头体积小，仪器可采用 灯笼体结构一周设计四个检测探头紧贴套管井壁测量，输出的四路CCL测井信 号分别进行处理。处理结果曲线上的同一位置处都出现尖峰，可确认为是接箍 信号，否则认为是套管破损引起的尖峰。这样，可以有效地排除井下套管破损 引起的干扰，提高测量结果的准确率。
参见图1至图3，原CCL检测探头由两块磁钢、一只线圈5组成。当仪器 经过套管接箍6时，由于套管内的磁场分布发生变化，在接收线圈5中产生一 个套管接箍信号，如图2所示。如图3所示，当仪器经过新型套管测量时，由 于只有套管丝扣7没有接箍，所以很难从测量曲线上区分出套管丝扣的信号。
如图4所示，本实用新型主要由导磁板9、霍尔元件8以及两块形状相同、 体积相等的前磁钢3和后磁钢4组成。霍尔元件8平行固定在导磁板9的中间 位置。当本实用新型以图4中位置在套管内移动时，检测探头就会在套管周围 产生一定规律的磁场，如果套管壁存在套管丝扣7，套管丝扣7周围的磁场就会 发生变化，检测探头中的霍尔元件8就会感应到变化的磁场，然后以电压信号 输出。
如图5所示，本实用新型在同时测量套管丝扣7和套管接箍6连接的套管 时，测量曲线在套管丝扣7连接处曲线A幅度变化明显。测量的曲线在套管接 箍6处曲线B幅度变化明显。对测量曲线分析后，得出以下结论：
本实用新型测量灵敏度高，可以清晰测量出套管丝扣的变化；本实用新型 可以代替原CCL仪器测量原套管接箍；本实用新型测量曲线基值小，变化平稳。
2、调零电路
霍尔元件在套管壁磁阻没有变化时，仍有基值电压信号输出。由于该基值 的存在，会限制前置放大电路的增益(增益太高放大器输出会饱和，使信号失 真)，而增益又直接影响仪器的测量灵敏度。本实用新型先采用了可控调零电路， 保证前置放大电路在套管磁阻没有变化时，输出信号为零。再经过前置放大器 放大，放大后的信号包括套管接箍信号和其他干扰信号。再经过截止频率为 25HZ的低通滤波器滤掉其他高频干扰信号。最后经过压频转换器处理为可记录 的套管接箍(或套管丝扣)信号输出。
如图6所示，本实用新型的传感器主要由检测探头部分和调零电路组成。 检测探头部分主要由过线管14、前磁钢3、导磁板9、霍尔元件安装座10、霍 尔元件8、固定块11组成。仪器测井时，霍尔元件8输出的套管接箍或套管丝 扣信号有一个基值。由于该基值的存在，会限制前置放大电路的增益，增益太 高放大器输出会饱和，使信号失真；而增益又直接影响仪器的测量灵敏度。如 图7所示，为了解决这个矛盾，本实用新型采用了调零电路，通过控制电阻R1 在放大器反相输入端的电压，来保证前置放大电路在套管磁阻没有变化时，输 出信号为零。这样前置放大电路的增益就可以按仪器灵敏度要求提高。
本实用新型采用高灵敏度微功耗的霍尔元件代替原结构复杂的接收线圈， 采用两个形状相同、大小相等的磁钢和一个导磁板产生恒定的磁场。磁钢置于 导磁板两端，起顺向导磁作用。霍尔元件置于两磁钢中间位置，测量变化的磁 场。测井时，磁钢发出的磁力线通过油、套管壁和导磁板构成闭合回路。
本实用新型中霍尔元件输出的电压信号先经过调零电路将测井曲线基值去 掉后，再经过前置放大电路。这样前置放大电路的增益就可以按仪器灵敏度要 求提高。
以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保 护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何 改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。