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1、10申请公布号CN103437761A43申请公布日20131211CN103437761ACN103437761A21申请号201310404276122申请日20130906E21B49/00200601E21B47/0020120171申请人北京环鼎科技有限责任公司地址102200北京市昌平区城区镇超前路23号72发明人何明李英波刘金柱74专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401代理人巴晓艳54发明名称一种测量钻井的硬电极组合测井仪57摘要本发明提供一种测量钻井的硬电极组合测井仪，所述测井仪包括回流电极、发射电极和电子线路组成，所述测井仪能够实现一次下井便能进行电极系数据的。
2、测量；所述电子线路包括电源电路、测量放大电路、刻度电路、功率控制电路和通讯接口电路。本发明的有益效果是测井仪通过遥传仪器控制，实现一次下井，即可测出用户要求的常规曲线，也能同时测出电位、梯度曲线。51INTCL权利要求书1页说明书6页附图7页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图7页10申请公布号CN103437761ACN103437761A1/1页21一种测量钻井的硬电极组合测井仪，所述测井仪包括回流电极、发射电极和电子线路，其特征在于，所述测井仪能够实现一次下井便能进行电极系数据的测量。2根据权利要求1所述的测井仪，其特征在于，所述电子线路包括电源电。
3、路、测量放大电路、刻度电路、功率控制电路和通讯接口电路。3根据权利要求2所述的测井仪，其特征在于，所述电源电路通过其中的电源变压器降压，产生18V的交流电与8V的交流电，再经过整流滤波、稳压分别得到12V、12V和5V的电压，为所述测井仪上的其他电路提供电源。4根据权利要求2所述的测井仪，其特征在于，所述测量放大电路包括两个，这两个测量放大电路的电路结构相同，包括宽频带放大器、带通滤波器、相敏检波器和低通滤波器，其中测量信号来自刻度电路信号。5根据权利要求2所述的测井仪，其特征在于，功率控制电路中的振荡电路产生4587MHZ的方波信号，然后分频产生175HZ的方波信号，并由缓冲器起到驱动作用。。
4、6根据权利要求3所述的测井仪，其特征在于，所述刻度电路包括继电器K1、K2、K3、K4；刻度电阻R1、R2、R3、R4以及驱动电路，其中驱动电路包括电阻R6、R7、R8、R9、R10，电容C1、C2、C3及晶体管V1、V2、V3、V4；当RELAY为低电平时，V1、V2截止，K1、K2、K3、K4不通电处于外刻状态，当RELAY为高电平时，V1、V2导通，K1、K2、K3、K4工作，使测井仪从外刻状态切换到内刻状态。7根据权利要求2所述的测井仪，其特征在于，所述通讯接口电路是所述电子线路的核心部分，其中UDATA、UCK、DSIG是所述组合测井仪与测井遥传仪器之间实现数据交换的三条总线。8根据。
5、权利要求7所述的测井仪，其特征在于，其中UDATA为上传数据，GOP脉冲为时序联络信号，两者共用同一根信号线，其中GOP脉冲频率为60HZ或15HZ，由所述遥传仪器下传，当GOP脉冲到达通讯接口电路时，该通讯接口电路将采集的测井待传数据准备好，直到所述遥传仪器发出的UCK到达时，由UCK将数据逐位移出，形成UDATA数据上传给所述遥传仪器，UDATA传完后所述遥传仪器才发出DSIG信号，对组合测井仪进行控制，组合测井仪接收到DSIG信号后立即解码，完成指令操作，至此，完成一个完整的数据通讯周期，直到下一个GOP脉冲的到来，开始下一个数据采集上传周期。9根据权利要求7所述的测井仪，其特征在于，所。
6、述遥传仪器采用以太网通讯板实现井下与井上的通讯功能。权利要求书CN103437761A1/6页3一种测量钻井的硬电极组合测井仪技术领域0001本发明属于测井仪器领域，具体涉及一种测量钻井的硬电极组合测井仪。背景技术0002目前国内测井时客户要求提供电极系数据，为此油田测井小队除了完成大满贯常规测井外，还必须再单下一趟完成电极系的测井，这不仅增加了测井风险，而且导致占用井时加长，大大增加了钻井公司的费用成本。0003在现有技术中常采用普通电阻率的测井方法，其中测量原理参见附图1，为测量某一电阻的阻值R，可应用一个电源给该电阻供电，测量流过该电阻的电流I和电阻两端的电压降V；由欧姆定律即可求出该电。
7、阻的阻值。00040005普通电阻率测井原理也是采用与此类似的方法，依据欧姆定律来测量地层电阻率。参见图1，在介质中设置一个供电电极A，回流电极B放在距电极A无限远的地方，在距电极A一定距离处放置一对测量电极M、N，进行电位差测量。假定电极为点电极，介质是均匀无限的，介质电阻率为。则从电极A流出的电流呈辐射状向四面八方均匀散开，等电位面是以A为球心的球面，如果测量电极M，N与供电电极的距离分别为（注意电阻的量纲为M，长度量纲为M）则0006M点的电位0007N点的电位00080009式中I为电极A流出的电流强度（安培）。由上两式可得M、N两点间的电位差V00100011所以电阻率0012001。
8、3式中，为电极M、N两点间的距离，令0014说明书CN103437761A2/6页40015则0016式中K称为电极系常数。式（5）表明，普通电阻率测井方法是依据欧姆定律来测量地层的电阻率。式（6）是电阻率测井方法的基本公式。0017供电电极A、回流电极B和测量电极M、N的组合称为电极系。由式（4）可以看出，电阻率与M、N之间的电位梯度有线形关系。因此，这种电极系称为梯度电极系。M和N的中点为电极系的深度记录点。如果把N电极移至“无限远”处，则可由式（2）计算出电阻率。这时，电阻率与M点的电位成线形关系。这种结构的电极系称电位电极系。A与M的中点为电位电极系的深度记录点。根据互换原理，供电电极。
9、A、B与测量电极M、N互易位置，所以电阻率的值不变。0018实际测井时，电极系置于井眼内，井内泥浆作为导电媒介质。供电电极A流出的测量电流经泥浆流进地层。井下地层的厚度是有限的；不同的地层，其电阻率各不相同，对于渗透性地层；由于泥浆滤液的侵入而形成冲洗带。因此，一个实际的地层介质不能看作是均匀无限的。显然用普通电阻率法测量地层电阻率要受到井筒泥浆（特别盐水泥浆）、冲洗带以及上下围岩电阻率的影响。由于实际地层是非均匀的各向异性介质，加上井眼影响，普通电阻率测井得的电阻率只能近似反映地层的真电阻率称为视电阻率（A）。0019发明内容0020本发明为了克服现有技术的不足，提供一种新型的硬电极组合测井。
10、仪，通过电子电路的设计，能够通过一次下井便能进行电极系数据的测量。0021本发明提供一种测量钻井的硬电极组合测井仪，所述测井仪包括回流电极、发射电极和电子线路，所述测井仪能够实现一次下井便能进行电极系数据的测量；0022进一步地，所述电子线路包括电源电路、测量放大电路、刻度电路、功率控制电路和通讯接口电路；0023进一步地，所述电源电路包括通过其中的电源变压器降压，产生18V的交流电与8V的交流电，再经过整流滤波、稳压分别得到12V、12V和5V的电压，为所述测井仪上的其他电路提供电源；0024进一步地，所述测量放大电路包括两个，这两个测量放大电路的电路结构相同，包括宽频带放大器、带通滤波器、。
11、相敏检波器和低通滤波器，其中测量信号来自刻度电路信号；0025进一步地，功率控制电路中的振荡电路产生4587MHZ的方波信号，然后分频产生175HZ的方波信号，并由缓冲器起到驱动作用。0026进一步地，所述刻度电路包括继电器K1、K2、K3、K4；刻度电阻R1、R2、R3、R4以及驱动电路，其中驱动电路包括电阻R6、R7、R8、R9、R10，电容C1、C2、C3及晶体管V1、V2、V3、V4；当RELAY为低电平时，V1、V2截止，K1、K2、K3、K4不通电处于外刻状态，当RELAY为高说明书CN103437761A3/6页5电平时，V1、V2导通，K1、K2、K3、K4工作，使测井仪从外刻。
12、状态切换到内刻状态；0027进一步地，所述通讯接口电路是所述电子线路的核心部分，其中UDATA、UCK、DSIG是所述组合测井仪与测井遥传仪器之间实现数据交换的三条总线；0028进一步地，其中UDATA为上传数据，GOP脉冲为时序联络信号，两者共用同一根信号线，其中GOP脉冲频率为60HZ或15HZ，由所述遥传仪器下传，当GOP脉冲到达通讯接口电路时，该通讯接口电路将采集的测井待传数据准备好，直到所述遥传仪器发出的UCK到达时，由UCK将数据逐位移出，形成UDATA数据上传给所述遥传仪器，UDATA传完后所述遥传仪器才发出DSIG信号，对组合测井仪进行控制，组合测井仪接收到DSIG信号后立即解。
13、码，完成指令操作，至此，完成一个完整的数据通讯周期，直到下一个GOP脉冲的到来，开始下一个数据采集上传周期。0029进一步地，所述遥传仪器采用以太网通讯板实现井下与井上的通讯功能。0030本发明的有益效果是测井仪通过遥传仪器控制，实现一次下井，即可测出用户要求的常规曲线（为石油行业规定的九条基本曲线，即三孔隙度曲线中子、密度、声波仪器曲线，三电阻率曲线微球、侧向或感应仪器的深/中/浅电阻率曲线，三岩性曲线自然伽马曲线、自然电位曲线、井径曲线），也能同时测出电位、梯度曲线。附图说明0031图1为现有技术的普通电阻率测井原理图；0032图2为本发明硬电极组合测井仪的结构示意图；0033图3为本发明。
14、硬电极组合测井原理图；0034图4为本发明测井仪中的电源电路原理图；0035图5为本发明测井仪中的测量放大电路原理图；0036图6为本发明测井仪中的功率控制电路原理图；0037图7为本发明测井仪中的刻度电路原理图；0038图8为本发明测井仪中的通讯接口电路原理图；0039图9为本发明测井仪与TCC的通讯采用半双工的工作方式原理图。具体实施方式0040以下内容将结合说明书附图对本发明的具体实施方式作详细说明0041参见图2，为本发明的硬电极组合该测井仪，测井仪由回流电极1、发射电极2和电子线路3组成；所述回流电极1和发射电极2均设有电极环，所述电极环与电子线路的一端连接。其中，电子线路包括电源电。
15、路、测量放大电路、刻度电路、功率控制电路和通讯接口电路。其中测井仪回流电极1的长度为4445MM，发射电极2的长度为4590MM，电子线路的长度为1080MM，外径为92MM，该测井仪的记录点包括25M梯度记录点、045M梯度记录点、04M电位记录点、SP电位记录点。其中04M的电位记录点距底部距离为3806MM，045M梯度记录点距底部距离为3556MM，25M梯度记录点距底部距离为2586MM；SP电位记录点距底部距离为3336MM。0042参见图3，本发明的硬电极组合测井仪由两个相对独立的测井系统组成即电极系测井和自然电位测井系统。各测井分系统工作原理如下说明书CN103437761A4。
16、/6页60043电极系测量原理0044电极系测井的基础理论为欧姆定律原理。当发射电极A输入稳定频率、恒定幅度的交变方波信号时，在被测地层中建立交变电场，通过测量测量电极M、N之间的电位差正比于地层环电阻率，即可推断出地层的电阻率。其中M045、N045；M25、N25用来测量045M和25M梯度；M04、N04用来测量04M电位。0045自然电位测量原理0046自然电位是一种“自然的”地层直流电位，该测井仪线圈系玻璃钢外壳中有一个专用SP电极作自然电位采样点，该采样信号通过电缆直接将模拟信号送到地面仪器进行处理。SP环与铠皮测量SP信号。0047上述测量的梯度和电位信号分别输入电极系刻度电路、。
17、并经过测量放大电路的放大测量，输入至功率控制电路和通讯接口电路。0048以下内容对各具体电路说明0049其中电源电路参见图4由地面测井系统通过部分缆芯向井下仪器供180V，50HZ的交流电，经过电源变压器（在机架上，属于电源电路的一部分）降压，产生18V的交流电与8V的交流电。再经过整流滤波、稳压分别得到12V、12V和5V的电压，为仪器上的电路提供电源。0050其中V5、V6是避免稳压块被击穿，起保护作用，V11、V12、V13、V14的作用是一样的，有三个稳压模块安装在散热块上。0051测量放大电路图参见图5两块测量放大电路的各通道电路结构相同，每个通道均由宽频带放大器、带通滤波器、相敏检。
18、波器和低通滤波器组成，测量信号来自刻度电路板，第一级为宽频带放大电路，稳压管及相关的电阻电容用来限制输入信号的幅度，其增益G1494K/RG。0052带通滤波器由R6、R8、R9、R10、C1、C2、U4（U4是双运放放大器分别用U4A,U4B来表示，用来区分用芯片中的哪路运放电路）及其他相关的电阻电容组成，其中心频率为175HZ，增益为5。0053相敏检波器由模拟开关U6和滤波电路组成。U6的控制信号取自175HZ参考信号。当U6的1、9端175HZ参考信号为高电平时，U6的23、1011端接通；而34、1112端断开。这时U4输出的175HZ信号正处于正半波，在滤波电容C7和C10上得到一。
19、个全波整流的正信号；而当参考信号为低电平时，U6的23、1011断开，34、1112接通，由U4输出的175HZ信号变为负半波。在滤波电容C7和C10上得到一个全波整流的负信号，信号的直流分量的幅度为00540055式中，VIP输入信号的峰值；VIRMS输入信号的有效值。0056相敏检波器的增益为00570058对于N/SP通道，其输入信号来自SP电极和电缆铠皮，SP信号是一个采自自然电说明书CN103437761A5/6页7位的直流电平，自然电位是一种地层自然状态下的直流电平。信号先通过宽频带放大电路放大之后再通过两级的低通滤波传送至下一级。0059功率控制电路如图6所示，其中Y与U1（CD。
20、4060）构成振荡电路，产生4587MHZ的方波信号，然后由U1、U2（CD4060）分频产生175HZ的方波信号，由U3（MC14504）缓冲器起到驱动作用。0060从功率控制电路来的信号PC决定了U4（ADG436）输出的175HZ信号的大小，U5B、U5A（OPA2132U）及其相关的电阻电容组成中心频率为175HZ的带通滤波，U5B的放大倍数在141左右，U5A的放大倍数也在141左右，至此175HZ的方波信号变成了175HZ的正弦波信号。之后由U6、U7（PA61）进行电流放大。0061刻度电路如图7所示，由继电器K1、K2、K3、K4；刻度电阻R1、R2、R3、R4；以及驱动电路组。
21、成。其中K1、K2、K3、K4为电磁继电器。驱动电路包括电阻R6、R7、R8、R9、R10、电容C1、C2、C3、晶体管V1、V2、V3、V4。0062当RELAY为低电平时，V1、V2截止，K1、K2、K3、K4不得电，处于外刻状态，当RELAY为高电平时V1、V2导通，K1、K2、K3、K4工作，使仪器从外刻状态切换到内刻状态。0063在外刻状态下，CI由R5、K1B8输入，经K1B6输出到A发射，B接受到K1A4输入，经K1A2输出返回到CI组成供电回路。0064在内刻状态下，CI由R5、K1B8输入，经K1B7输出，经R1、R2、R3、R4到K1A3输入，经K1A2输出返回到CI组成供。
22、电回路。梯度测量045M采集自R1两端，梯度测量25M采集自R3两端，梯度测量40M采集自R4两端，电位测量04M采集自R1R2R3两端。0065通讯接口电路如图8所示，通讯接口电路是测井仪电子线路的核心部分，它完成该测井仪器和TCC之间的通讯，及仪器控制、A/D转换、D/A转换、功率控制、数据采集等功能。0066图8中UDATA/GO、UCK、DSIG是组合测井仪与TCC（遥传仪器）之间实现数据交换的三总线（DTB总线），仪器与总线的连接采用一种菊花链式连接，组合测井仪与TCC的通讯采用半双工的工作方式，如图9所示。组合测井仪与TCC的通讯联络信号有三个0067上传数据及GOP脉冲信号UDA。
23、TA/GO0068上传时钟UCK0069下传指令DSIG0070其中UDATA为上传数据，GOP脉冲为时序联络信号，两者共用同一根信号线。GOP脉冲频率为60HZ或15HZ，由TCC下传，当GOP脉冲到达线路时，该线路将采集的测井待传数据准备好，直到TCC发出的UCK到达时，由UCK将数据逐位移出，形成UDATA数据上传给TCC，UDATA传完后TCC才发出DSIG信号，对组合测井仪进行控制，组合测井仪接收到DSIG信号后立即解码，完成指令操作（刻度、测井），至此，完成一个完整的数据通讯周期，直到下一个GOP脉冲的到来，开始下一个数据采集上传周期。0071整个电路的地址识别、命令解码、控制及数。
24、据传送在CPLD复杂可编程逻辑模块内完成；A/D转换、功率控制则由单片机来实现。从而达到刻度控制及上传数据并串转换。0072UCK信号通过三极管V3反向后将电平转换为5V。UDATA/GO信号上的GOP脉冲幅度为36V，UDATA信号幅度为12V，V10是一个比较器，门槛阈值为24V，因此，GOP脉冲通过U10转换为5V脉冲传给CPLD，而12V的UDATA信号无法通过，从而实现了GOP脉冲的说明书CN103437761A6/6页8电平转换和与UDATA信号的分离。DSIG信号是幅度为12V的双向归零制信号，它本身包括了数据信息和时钟信息，它通过比较器U8、U9，在将电平信号转换为5V的同时分。
25、离出时钟信号和数据信号送给CPLD，由CPLD进行解码发出控制信号。CPLD内的数据寄存器将并行数据转换成串行数据，在上传时钟UCK的触发下将串行数据通过总线驱动器V4把上传数据UDATA送到TCC进行编码处理上传到地面仪器进行处理。其中TCC是连接井下测量系统与地面仪器的通讯仪器，属于本领域的现有技术，可采用以太网通讯板，能实现信号的遥传功能。0073通过上述的电子线路等设计，本发明的测井仪通过遥传仪器控制，实现一次下井，即可测出用户要求的常规曲线，也能同时测出电位、梯度曲线。0074以上内容是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。说明书CN103437761A1/7页9图1图2说明书附图CN103437761A2/7页10图3说明书附图CN103437761A103/7页11图4说明书附图CN103437761A114/7页12图5说明书附图CN103437761A125/7页13图6说明书附图CN103437761A136/7页14图7说明书附图CN103437761A147/7页15图8图9说明书附图CN103437761A15。