隨鉆電阻率發(fā)射天線電路研究

劉 暢

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院鉆井工藝研究所，黑龍江大慶163000）

1 研究的目的及意義

隨鉆電阻率測量儀器的設計以發(fā)射和接受雙收圈系為基礎，所使用的發(fā)射源為徑向放置的高頻電流線圈,相當于軸向磁偶極子源，通過測量兩接收線圈的感應電動勢的相位差、幅度比的相對量來獲得地層視電阻率。

發(fā)射天線電路研究是電阻率研究的重要部分之一，可對隨鉆電阻率項目以后的研究起到指導性作用，具有里程碑的意義。發(fā)射天線的接收示意圖，如圖1所示。

圖1 天線發(fā)射接收示意圖

2 電阻率測井原理及發(fā)射天線電路研究

2.1 電阻率測井原理

MPR工具的校正或補償理論是，用4個發(fā)送器代替一個發(fā)送器的DPR系統(tǒng)[1]；

（1）被補償?shù)腜D和AT值只不過是2個非補償性的讀數(shù)的平均值；

（2）在400KHz頻率上連續(xù)的重復測量是為研究的深度提供一個改進的數(shù)值；

（3）在MPR鋌的設計中，包括有4個發(fā)送器和2個接收器；

（4）每一個都包括2個天線，一個頻率為400kHz，另一個為2MHz，發(fā)送和接收RF射頻信號；

（5）每一個信號都在包含有調(diào)諧回路的連接盒上有一個端口。

MPR的特點：

（1）消除了溫漂；

（2）在增加了電阻率限制的情況下，電路以獲得更為精準的電阻率測量；

（3）為將探測區(qū)域更深入化，提供至少2個曲線圖表；

（4）細孔的容量問題；

（5）有穿越30°/100ft的急轉(zhuǎn)彎的能力；

（6）在150℃環(huán)境中工作；

（7）PR工具是由4個發(fā)送器和2個接收器組成的，并且其工作頻率分別為2MHz和400kHz：

（8）其中400kHz的頻率的設置是為增加研究的深度和減少電介質(zhì)的影響；

（9）2MHz頻率對垂直和水平方向的分辨率是有幫助的；

（10）利用這2個不同的頻率來進行8個不同深度的測量。

另外，由于設計工具的需要，這些測量是補償方式工作，當相同頻率時，2個測量值相加后取平均值；4個發(fā)送器必須均勻分布在2個接收器的兩側(cè)；來自于頂部的和底部的發(fā)送器相位差或振幅的和相加再除以2：

相位差的補償=[T1（PD）+T2（PD）]/2=[（P11-P12）+（P22-P21）]/2

振幅值的補償=[T1（AT）+T2（AT）]/2=[（A12-A11）+（A21-A22）]/2

不同于DPR工具在鋌壁上為發(fā)送器和接收器提供電量，MPR則在探棒內(nèi)或壓力管內(nèi)儲存了所有的電量；探棒安置在MPR鉆鋌的內(nèi)部，并且在鉆鋌壁的內(nèi)側(cè)附著探棒與短槳的組合體；在短槳里面是鉆鋌的天線同探棒的電源相連接的端口；基于系統(tǒng)的探棒的最大的優(yōu)點是，探棒同任何型號的鉆鋌都能兼容，這是一個小的改進；鉆鋌本身包括6根天線，即4個發(fā)送天線和2個接收天線，如圖2所示。

圖2 隨鉆電阻率殼體示意圖

MPR探管包括3個主要部分，它們都同短連接器相連接：

（1）發(fā)送器的上半部分，放置T2和T4的電路板；

（2）發(fā)送器的下半部分，放置T1和T3的電路板；

（3）接收器部分，放置MPC、接收器、PSU和調(diào)制解調(diào)器。

探棒的短連接器主要有以下4個功能：

（1）同3個主要的探棒部分相連接；

（2）提供各模塊之間的電氣連接；

（3）提供發(fā)送和接收器天線間的電氣連接；

（4）給記憶存儲提供通信的通道。

在6-3/4″和8-1/4″的MPR鉆鋌中，有一個短槳的上部和M30模環(huán)的補充連接。

在電阻率內(nèi)部電路中，主控板尤為重要，它控制了整個電阻率的數(shù)據(jù)測量和計算。68332這個芯片安裝在處理器的主板上，它控制每一個在發(fā)送和接收器的主板上68HC11控制器；每一個68HC11都控制一個NCO，68332通過BUS直接和68HC11通信；68HC11會解碼一系列指令，并承載一些數(shù)據(jù)進入NCO寄存器，以產(chǎn)生特定的頻率：2MHz或400kHz；獲取的數(shù)據(jù)必須保證同發(fā)送信號是完全的同步，這是由在處理器主板上的一個晶體振蕩器來完成的。時鐘是運行在12.288MHz的頻率上的，這個頻率允許數(shù)控振蕩器以最小的失真產(chǎn)生2MH和400kHz的輸出信號。

2.2 發(fā)射天線電路研究

發(fā)送器PCBA由下面元件組成：68HC711微控制器、12.288MHz的時鐘、AD7008數(shù)控振蕩器、低通濾波器、電源輸出放大器、直流轉(zhuǎn)換器和3W的電源。

輸出的2MHz和400kHz的頻率是由AD7008數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的，AD7008被微控制器68HC711所控制，而68HC711又輪流被68332的主處理器控制。AD7008的輸出被電源輸出器放大，發(fā)送器的電源是由DC-DC轉(zhuǎn)換器供電的。

3 結(jié)論

隨鉆電阻率測井技術是在鉆進過程中，將井下測量數(shù)據(jù)通過泥漿脈沖傳到地面，并從地面進行解碼后得到地層電阻率數(shù)據(jù)，它能更及時更準確地反映出井下井眼的實時數(shù)據(jù)。其測量的精度及實時性更高，提高了地層評價的準確性，是油田生產(chǎn)中急需的技術。隨鉆地層電阻率測井儀器已經(jīng)成為石油鉆井作業(yè)的主導設備。

隨鉆電阻率模塊中，發(fā)射天線電路是整個殼體的基礎，是隨鉆電磁波測井技術的基石之一，打破國外的技術壟斷指日可待。可形成具有自主知識產(chǎn)權的隨鉆電阻率測量儀器，降低LWD應用成本，發(fā)展水平井鉆井技術。該測量儀器可以應用在國內(nèi)各油田引進的隨鉆儀器上，提高LWD的使用效率，擴大水平井的應用領域和范圍，為國產(chǎn)商業(yè)用機的研發(fā)奠定基礎，應用前景廣闊。

[1]貝克休斯MPR維修手冊[E].2014.