油水井瞬變電磁探測儀接收系統參數優化設計

李志強,張文輝,陳嘉輝

（西安石油大學，光電油氣測井與檢測教育部重點實驗室，陜西西安，710065）

油水井瞬變電磁探測儀接收系統參數優化設計

李志強,張文輝,陳嘉輝

（西安石油大學，光電油氣測井與檢測教育部重點實驗室，陜西西安，710065）

接收線圈過渡過程的存在，使一次場響應在感應段和衰減段均發生了畸變，而二次響應則在發射電流關斷后出現幅值變小、達到極大值的時間延遲等現象。為縮短線圈的固有過渡過程，本文通過采用采用接入匹配電阻的方法使接收線圈工作于臨界阻尼狀態，同時盡量增大線圈的阻尼系數。該方法為井中瞬變電磁響應信號的正確判斷以及接收系統的參數優化奠定了良好基礎。

瞬變電磁；接收系統；參數優化

0 引言

瞬變電磁法具有對電阻率敏感、不存在直接耦合、探測距離與時間特性相對應等優點，因而對目標體的分辨率明顯優于頻域電磁法。此外，瞬變電磁信號中的低頻成分還能夠有效提高信號對套管的穿透能力，因而可以較好解決傳統電阻率測井中的諸多問題。本文針對油水生產井的實際工作環境與特點，對油水井瞬變電磁探測儀接收系統參數的優化進行了研究，從而為油水井瞬變電磁探測儀的改進與研究提供了方法和依據。

1 瞬變電磁法

1.1 瞬變電磁理論

瞬變電磁理論是一種時間域電磁檢測方法，它是以有間歇的周期性階躍脈沖作為激勵信號。在發射線圈中的脈沖電流關斷時，接收線圈以及包括金屬套管在內的周圍地層介質由直接變化的源磁場感應出交變場，稱為一次場信號；這種激發方式具有瞬時和平面波場的特點，其在早期主要由高頻信號分量組成，反應的是淺層的地質信息。隨后一次場的感應渦流向介質內部逐步以“煙圈”形式傳播，而在各介質界面上激發出新的電磁場，成為對應的二次場信號。二次場衰減變緩，信號主要為低頻分量，反映的是較深層處的地質信息。接收線圈中由二次場變化產生的感應電動勢，正是對介質特性參數信息的直接性反映，而且在時間上可以與一次感應電動勢分開。

1.2 瞬變電磁場響應曲線

不同電導率的地質體在相同的激勵源下產生的二次場幅度及衰減速率都是不同的。根據瞬變電磁的理論可知，局部良導體上用接收線圈觀測到的感應電壓的時間特性取決與：

2 接收線圈特性分析

2.1 線圈等效模型

圖1 接收線圈模型

常用的接收線圈有多匝空芯線圈和磁芯多匝線圈(探頭)兩種，如圖1（a）所示為多匝空心線圈的外觀圖。無論是何種線圈都具有內阻r，電感L，還有分布電容，考慮到前置放大器對線圈的影響，則線圈可以等效為圖1（b）所示的電路。

2.2 接收線圈在階躍脈沖下的響應分析

利用基爾霍夫定律，圖2中輸入與輸出電流的關系的零輸入響應有：

其相應的特征方程為：

根據式（9）的K值不同，可以得到三種情況下的負階躍響應：

由時域表達式可以看出，欠阻尼狀態下，負階躍響應會出現振蕩，波形嚴重失真；過阻尼狀態下信號衰減緩慢，其過度過程比較長，如圖2為、及時的輸出響應曲線。可見在臨界阻尼狀態下，是階躍響應的最佳狀態，因此通過調節匹配電阻可以使接收線圈工作在臨界阻尼狀態以此來獲得合理的輸出和較平坦的頻率響應。

圖2 三種情況負階躍響應曲線

3 實驗結果分析

在實際應用中常調節匹配電阻RT以及輸入電容C值使電路工作在微過阻尼的狀態，以得到較小的渡越時間并避免產生振蕩響應，有利于瞬變響應信號的采集。當調節RT和C值達到臨界阻尼狀態時，如圖3：

圖3 RT=300和C=0.1uf時的臨界阻尼狀態響應曲線

4 結論

通過對井中瞬變電磁法接收線圈上瞬變電磁響應過渡過程的深入研究，得到如下結論:接收線圈上的一次場響應在感應段和衰減段均發生了畸變，通過對欠阻尼、臨界阻尼和過阻尼狀態時，接收線圈輸出響應的對比可知，應采用接入匹配電阻RT和輸入電容C值的方法，使接收線圈工作于臨界阻尼狀態。

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Electromagnetic detector parameter optimization design of receiving system variable instantaneous oil wells

Zhang Wenhui,Li Zhiqiang,Chen Jiahui
(Xi'an Petroleum University, Key Laboratory of opto electronic gas logging and testing,Xi'an, Shaanxi,710065)

The presence of the receiver coil transition process, so that a field response in the induction section and section attenuation distortion occurred, while the secondary response in the emission current shutdown appears smaller amplitude, time delay to reach the maximum value of such phenomena. Inherent in the transition process to shorten the coil, the paper matching the resistance through the use of an access method using the receiving coils work in critically damped, while trying to increase the damping coil. This method parameters hole transient electromagnetic response signals correct judgment and reception system optimization has laid a good foundation.

TEM；receiving system；parameter optimization

國家自然科學基金“基于線源的井間剩余油探測理論和方法”（41174160）資助

李志強，西安石油大學在讀研究生，電子與通信工程專業，主要研究方向為電子科學與技術。