[發(fā)明專利]三軸正交線圈系、三軸正交線圈系調(diào)整方法及板狀絕緣體

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210252467.6
• 申請(qǐng)日: 2012-07-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103573246B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖加奇;謝昱北
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司
• 主分類號(hào): E21B47/00
• 分類號(hào): E21B47/00;E21B49/00;H01F5/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 毛立群;盧江

本發(fā)明提供一種測(cè)量水平和垂直電導(dǎo)率的三軸正交線圈系，其具有2個(gè)在X方向排列的X向線圈、2個(gè)在Y方向排列的Y向線圈、2個(gè)在Z方向排列的Z向線圈，通過(guò)形成在X方向、Y方向的線圈板的柱體插入Z向線圈絕緣體的安裝面的孔，從而使得三軸發(fā)射線圈陣列和接收線圈陣列的X、Y和Z軸分別正交到一個(gè)點(diǎn)上，由此在測(cè)井時(shí)使X向、Y向、Z向線圈組成獨(dú)立的三軸線圈，從而確保每一個(gè)線圈的9個(gè)分量的位置均相同。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三軸正交線圈系，更具體地涉及石油測(cè)井儀器中用于裸眼井周圍垂直電導(dǎo)率測(cè)量的三軸正交線圈系，該線圈系裝配在三維感應(yīng)測(cè)井儀器上。

背景技術(shù)

陣列感應(yīng)測(cè)井儀是在普通感應(yīng)儀器的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的，該儀器具有一定的徑向探測(cè)能力。該陣列感應(yīng)測(cè)井儀采用一系列不同線圈距的線圈陣列對(duì)同一地層進(jìn)行測(cè)量，然后通過(guò)硬件或軟件進(jìn)行聚焦處理來(lái)獲得不同徑向探測(cè)深度的地層電導(dǎo)率，從而有效地識(shí)別油氣層。陣列感應(yīng)測(cè)井儀向地層發(fā)送電磁場(chǎng)，由各個(gè)線圈陣列接收，接收到的信號(hào)經(jīng)井下儀器處理后遙傳至地面儀器。整個(gè)儀器的線圈系的關(guān)鍵部分由多個(gè)單側(cè)布置的三線圈陣列、例如七個(gè)三線圈陣列構(gòu)成，并且工作在多個(gè)頻率模式下。

單軸的感應(yīng)測(cè)井儀測(cè)量的是水平電導(dǎo)率。三維感應(yīng)測(cè)井能探測(cè)地層的電各向異性，提供關(guān)于地層的水平和垂直電導(dǎo)率以及地層傾角和走向的信息。作為一個(gè)例子，三維感應(yīng)測(cè)井儀包括由一個(gè)三軸發(fā)射線圈陣列，以及5個(gè)單軸接收線圈陣列和兩個(gè)三軸接收線圈陣列構(gòu)成的線圈系。三軸發(fā)射線圈陣列產(chǎn)生X、Y和Z三個(gè)方向的磁場(chǎng)。每個(gè)三軸接收線圈陣列對(duì)應(yīng)一個(gè)定向耦合項(xiàng)和兩個(gè)在其他方向上與發(fā)射線圈陣列交叉耦合的項(xiàng)。這樣，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)上就會(huì)產(chǎn)生9個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)：3×3張量電壓矩陣。這9個(gè)耦合項(xiàng)是同時(shí)測(cè)量的。然后利用反演技術(shù)從張量電壓矩陣中提取電導(dǎo)率各向異性、層界位置和相對(duì)傾角。接收線圈陣列的各接收線圈配置在不同的間距位置上，以獲得不同的探測(cè)深度。當(dāng)這9個(gè)分量的位置均相同時(shí)，這個(gè)矩陣才可以進(jìn)行數(shù)學(xué)旋轉(zhuǎn)求解地層相對(duì)傾角。而且從一個(gè)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到另一個(gè)坐標(biāo)系也被大大簡(jiǎn)化，因?yàn)檫@樣才可以只涉及到簡(jiǎn)單的變換，并且所有測(cè)量都在同一坐標(biāo)系以及同一深度上進(jìn)行。這就需要三維感應(yīng)儀器的三軸發(fā)射線圈陣列的X、Y 和Z向，以及三軸接收線圈陣列的X、Y和Z向的三個(gè)坐標(biāo)軸分別正交到一個(gè)點(diǎn)上。

進(jìn)而，線圈系的精度對(duì)測(cè)量精度起決定性作用。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需根據(jù)現(xiàn)有的工藝能力水平形成合理的線圈系構(gòu)型。常用的結(jié)構(gòu)是使用導(dǎo)線繞制在某種絕緣基體上，并在該基體上切削加工成形出某些結(jié)構(gòu)從而限定線圈的空間幾何位置。該絕緣體的加工精度從而成為了關(guān)鍵技術(shù)。常用的絕緣體材料有耐高溫玻璃鋼，但缺點(diǎn)在于玻璃鋼的熱膨脹系數(shù)比較大，當(dāng)溫度升高時(shí)線圈的測(cè)量信號(hào)會(huì)發(fā)生溫度漂移，若漂移超過(guò)許可范圍，則需拆下線圈構(gòu)件重新繞制線圈，重新校準(zhǔn)儀器。因?yàn)殛嚵懈袘?yīng)線圈較多，所以拆裝線圈多有不便，而且，由于耐高溫玻璃鋼多采用高溫樹脂和玻璃布纏繞工藝實(shí)現(xiàn)，屬于復(fù)合材料，所以切削加工的精度等級(jí)較低，作為線圈絕緣體也不能滿足陣列感應(yīng)線圈系的精度要求。

為了使絕緣體獲得較高的切削加工精度和較高的熱穩(wěn)定性，行業(yè)已引入工程結(jié)構(gòu)陶瓷作為線圈絕緣體。常用的陶瓷材料一般為氧化鋁陶瓷和氮化硅陶瓷，高溫?zé)Y(jié)成型為空心圓柱體，利用其熱膨脹系數(shù)小和無(wú)磁絕緣的特性。但工程結(jié)構(gòu)陶瓷具有硬脆特性，普遍采用磨削加工，其加工難度大，加工效率低，加工成本高。特別是固定陣列感應(yīng)線圈凹槽的形狀尺寸多在十分之一毫米量級(jí)，位置尺寸為毫米量級(jí)，其公差多為10微米量級(jí)，并且大量重復(fù)出現(xiàn)，磨削方法限制了絕緣體的結(jié)構(gòu)形式和生產(chǎn)效率。因此，磨削加工成形陣列感應(yīng)線圈絕緣體的工藝方法的成本效率較低。