测井仪器复习提纲

第一章从早期的模拟测井到现代的成像测井系统，简述每次升级和换代的显著技术特征是什么？第一代（模拟式）半自动、全自动电测仪：第一代测井“系统”的核心是模拟记录装置，本质上是一个大型的电工仪表。少量下井仪器使用电子管或晶体管，电路以硬连线为主（分压，分流，LC滤波，等）。典型代表有前苏联的51型和国产的JD581。第二代数字化测井仪（系统）地球物理方法的进步使下井仪器形成电、声、核完整系列是第二代测井系统的主要特征。仪器控制和信号处理由分立元件逐步过渡到以集成电路为主。地面系统复杂，操作繁琐，精度不高。典型代表有Atlas3600系列和国产的SJD801。第三代数控测井仪（系统）以装备了车载计算机为主要特征的第三代数控测井系统是测井装备史上的划时代的进步，将测井装备引入现代技术领域。典型代表有AtlasCLS3700，SchlumbeggerCSU，国产SKC3700，等；后来陆续开发的基于PC的各类“小数控”在功能上几乎完全相同，也属第三代测井系统。第三代测井系统几乎完全兼容和继承了第二代系统的下井仪器，并在性能上有所提高，形成了更为完整的下井仪器系列。第四代成像测井系统成像测井系统的重要特征是下井仪器传感器系列产生了重大变革阵列化的传感器（主要集中在电、声、核磁等方法）发明和应用使得获得地层信息的精细程度大幅度增加。其典型代表有Atlas的ECLIPS5700，Schlumbegger的MAXIS500和Halliburton的EXCEL2000，国产的EiLog-06、SL6000等。第四代测井系统同时也兼容第三代系统的下井仪器系列。第四代测井系统井下仪器系统采用高速互联：CAN，EarthNet2、成像测井系统的井下仪器和地面仪器各有什么特征，典型的成像测6井井下仪器有哪些？井下仪器：（1）成像测井系统的重要特征是下井仪器传感器系列产生了重大变革阵列化的传感器（主要集中在电、声、核磁等方法）发明和应用使得获得地层信息的精细程度大幅度增加。（2）第四代测井系统同时也兼容第三代系统的下井仪器系列。（3）第四代测井系统井下仪器系统采用高速互联：CAN，EarthNet地面系统：（1）计算机性能大幅度提高，并出现了通过网络连接的多机“并行”系统构架，（2）彩色大屏幕显示器完成人机交互和测井曲线显示；（3）多种高密度的数据存储设备；（4）先进的图形化多任务操作系统UNIX(VMS)，WindowsNT（XP）等；（5）复杂庞大的测井专用软件系统；（6）高速数据传输通道（>200kbps）（7）加入前端处理子系统:VME，VXI，cPCI…等，并使用RTOS；（8）引入DSP进行信号采集和数据通讯处理。成像测井仪器主要代表：微电阻率扫描成像测井仪（FMS，FMI，StarII，WDS，等）；阵列感应测井仪（AIT，HIDL，MIT，等）；阵列侧向测井仪（ARI，HAL等）；交叉偶极阵列声波测井仪（DSI，XMAC，LFD，MPAL等）；超声波井周成像测井仪（CBIL，USI，MUST等）；核磁共振成像测井仪（CMR，MRIL等）。3、试述典型测井系统组成结构和各部分的主要功能。测井系统的组成探测器（由传感器组成的探头，地球物理方法的实现手段）井下模拟信号处理，数据采集，数据处理模拟、数字化信息传输地面模拟信号处理，数据采集深度信号采集、处理车载计算机数据处理，成果显示、绘图、数据文件测井地面系统：供电、控制、传输、数据采集、记录、测量信号（电信号）转换成测井物理参数、快速解释（测井物理参数处理成地质参数），等4、测井仪器包括哪些类型，各类型包括哪些仪器，仪器采用的传感器是什么？电法信号激励和接收（传导电流，近场）：电极，线圈，天线仪器类型：电位，梯度，微电极三侧向，双侧向，微球，地层倾角，微电阻扫描，方位侧向...感应，双感应，阵列感应介电，电磁波声波信号激励和接收：换能器（压电陶瓷，磁致伸缩）仪器类型：单发双收，双发双收，长源距声波，阵列声波，CBL/VDL偶极声波，方位声波，远探测声波井下声波电视（超声扫描）核（放射性）信号激励和接收：放射源（伽马，中子：化学源，脉冲源）；晶体，PMT仪器类型：伽马：自然伽马，补偿密度，岩性密度中子：井壁中子，补偿中子，阵列中子中子-伽马：碳氧比（C/O），中子寿命，中子伽马磁（核磁）井斜，磁定位，套损测井，核磁共振测井热（井温）测井地面系统包括哪些功能模块，各模块的作用是什么？测井地面系统：供电、控制、传输、数据采集、记录、测量信号（电信号）转换成测井物理参数、快速解释（测井物理参数处理成地质参数），等现代测井系统的发展与当今哪些技术（体系）的进步密不可分，试举例说明？研发水平与微电子技术、数字系统设计技术、计算机软件、通讯、信号处理等现代IT技术的进步有极大的关系，是与近代科技结合最紧密的部分，投资强度占测井业的80%以上。模拟信号处理测井仪器中的模拟信号：电测井电压、电流，核脉冲，声波波形…特征：（被调制的）稳态信号，（周期或随机）瞬态信号信号放大：电压放大，电流放大，低漂移直流、低频放大，选频（窄带，宽带）放大，脉冲放大（1）脉冲分离（2）极零点补偿，基线补偿（3）脉冲鉴别（4）峰值保持；远距离信号传送及共模抑制；滤波（有源滤波）（LPF，HPF，BPF，BRF）数据采集模/数转换器：（1）积分型ADC（2）ΣΔ型ADC（3）逐次比较型ADC（4）高速ADC；ADC接口电路设计；脉冲信号采集（1）信号放大（2）计数采集，PHA数字系统设计发展及需求：可编程ASIC原理；FPGA、CPLD设计工具:ActiveVHDL，FPGAexpress，ispLEVEL，MAX-PlusⅡ（QuartusII）,第三方工具...数字系统设计原理：基本概念：设计中的抽象级别；描述方法（电路图，布尔方程、真值表、状态机）；仿真：功能仿真，定时仿真；器件编程或下载（配置）系统架构及其互连（系统内和系统间）系统架构：通用CPU，DSP，MCU；开发环境；信号采集，数字信号处理，数字系统控制，数字系统接口计算机系统总线：PC总线（ISA），PC104总线；EISA总线；STD总线；VME、VXI总线；PCI、cPCI、PXI总线（主要性能描述，总线信号定义，总线命令，总线数据传输，配置空间及配置访问，接口技术及典型桥接芯片）计算机外设总线：串行通讯接口；GPIB（IEEE488）接口总线；通用串行接口总线USB测井接口前端及嵌入式应用：嵌入式MPU（ARM，Coldfire…），RTOS（VxWorks，uCLinux，uCOSx）第二章与数控测井系统相比，成像测井系统在技术上主要的发展是什么？系统组成：地面+井下，硬件+软件；井下：阵列、组合式高精度传感器；多路、高速、高精度并行数据采集；井下仪器之间高速互联总线；高速电缆双向数据传输地面：计算机性能大幅度提高，基于网络连接的分布式多机系统，具有冗余备份功能；以现代操作系统、数据库系统支撑的测井软件系统。多种高密度的数据存储设备；高速数据传输通道（>200kbps）；加入前端处理子系统；引入DSP进行信号采集和数据通讯处理试述常见微电阻扫描测井仪的极板结构和测量原理。①FMI探头包括四个能伸缩的臂，每个臂上安装一个主极板和一个副极板，共八个极板。每个极板24个电扣，分两排，共192个电扣，可测得192条曲线，对8in井眼的覆盖率达到了80%；FMI的测量原理：电流从极板和电扣出发，经过地层到达作为回路电极的上部电子仪器外壳。FMI的测量电流分为高频、低频和“直流”三个分量，分别代表了近井地层、地层和各种干扰信号，后者最终被滤除。②：西方Atlas公司的同类仪器为StarImager。6个极板，每个极板24个电扣，上下两排各12个电扣。总共144个电扣。采样间隔0.1in，8in井眼覆盖率60%，6极板互相独立。③：哈里伯顿公司研制出六臂电阻率井眼成像测井仪EMI，6个极板，150个电扣，在8in井眼时的覆盖率可达60%，EMI在不规则的井眼中有更可靠的测量结果。XRMI是在EMI基础上改进的仪器，极板机构相同。在每个极板上安装数字化模块，增强实时处理能力，电路设计制作工艺改进，提高测量精度和动态范围微电阻扫描仪的主要关键技术有极板制造、绝缘活动接头、分时数据采集和数据传输等；分辨率0.2in；测量方式：成像＋倾角。常见的声波成像测井仪有哪些？试述BHTV下井仪的结构和测量原理。井下声波电视BHTV；井周超声成像测井仪CBIL、DCBIL；数字超声扫描测井仪DUST；超声波成像测井仪USI、UBI下井仪：测量原理：井下超声电视利用脉冲反射法原理工作。在仪器被上提运动的同时，换能器围绕井周旋转，形成一条以螺旋轨迹变化的扫描测量数据序列，经处理后获得沿井壁展开回波幅度或到达时间图像。试述阵列感应测井仪AIT线圈系的结构，AIT有哪些测量参数？与普通双感应仪器相比有哪些优点？结构：AIT使用阵列式线圈系，有1个公用的发射线圈和8对接收和补偿线圈，发射居中，接受和补偿交叉排列于两侧。测量参数：仪器采用26kHz、53kHz和105kHz等三种不同频率激励，同时测量接收信号的R和X分量，总共有28个测量参数，经处理后能获得几组具有相同垂直分辨率但探测深度不同的电阻率测井曲线，可以清楚地反映出地层侵入状况，并可处理成为二维电阻率测井图像。优点：很好地满足深、中、浅电阻率的测量，垂直分辨率相同，使得仪器有很好的纵向和径向探测特性。5.试述方位电阻率成像测井仪ARI的电极系结构和测量原理。电极系结构：斯论贝谢公司在双侧向测井仪基础上研制出一种新型测井仪ARI。ARI与普通双侧向的最大区别是在A2的中部增加了由12个按30O等分周向排列的定向电极的方位电极阵列，使之具有一定的周向分辨能力。测量原理：仪器工作中，方位电极阵列各定向电极发出的测量电流被A2聚焦回到地面B0电极的同时，也被相邻电极聚焦。纵向聚焦的关键是各定向电极中部的监督电极和装在A2电极上的环状监督电极M3、M4提供的方位测量平衡信号。ARI在获得一定的径向分辨能力的同时由于有较小的纵向尺寸，也获得了比LLd、LLs好的纵向分辨率。LLhr的探测深度接近LLd。6.试述偶极声波测井对地层各向异性进行评价的原理，设计一种偶极阵列声波测井仪并分析各部分的功能，给出声系的典型结构。DSI测井仪有哪些测量方式？制造中采用了哪些关键技术？评价原理：在各向异性地层中，会发生横波分裂，正交偶极测井由X、Y交替发射可得到交叉偶极的四个测量分量，进而获取地层的快、慢横波数据，通过对快慢横波参数的提取获取地层各向异性（如判断地层最大主应力方向）。设计：数据采集电路；接收器；隔声体；单偶极发射器；上偶极发射器；下偶极发射器；功能自己说；DSI仪可工作在下偶极方式、上偶极方式、斯通利波方式、纵横波方式、首波检测方式和专家方式等。DSI仪器的关键技术主要有：高性能单极、偶极换能器（其中叠片式接收换能器既用于偶极接收，又用于单极接收），隔声体，多通道并行数据采集系统等。7、试说明井下仪器对周向和径向进行成像测量的方法，并分别举例对应的成像测井仪器结构和工作原理。周向：微扫和井下声波电视；径向：ARI和AIT。方法：前面方法说一遍。8.试述核磁共振测量原理和自旋回波法的测量过程。测量原理：原子核具有动量矩和磁矩，其磁矩矢量可表为：μ=γP。氢核具有较大的磁矩并且产生较强的信号，核磁共振测井以氢原子核的响应为基础。在外加磁场作用下（磁化），自旋核将绕外磁场进动，进动频率为：ω0=γB0对被静磁场磁化后的自旋核施加频率为ω0的与B0垂直交变磁场B1，使核磁矩吸收能量发生能级跃迁，称为核磁共振自旋回波：使用90o和一系列180o脉冲先后极化，在间隔变化的180o脉冲序列之间测得FID序列，可得到T2*。9典型的国产成像测井仪器有那些？各自的主要特点是什么？研制中采用了哪些先进技术？（EILog型成像测井地面系统•EILog(ExpressandImageLoggingSystem，快速与成像测井系统)地面仪器是CNPC研制的测井数据地面采集与处理解释平台，主要由数据采集硬件平台、数据采集和控制软件平台、现场解释处理平台组等成。EILog可完成裸眼井、套管井、生产井和射孔取心作业，和国产成像测井仪器的测井作业。在测井作业期间进行实时测井过程控制、实时测井质量控制、测井数据管理控制、系统服务控制，完成测井数据的采集、处理、显示、绘图和记录。具有良好的扩充性和一定的容性.•EILog地面仪器的软件采用WindowsXP平台开发，在层次结构上被分为测井应用层、测井内核层、测井数据交换层，测井设备驱动层等；从功能模块上划分，软件由实时前端采集任务管理，采集管理，测井主控和测井数据后处理等四个模块组成•WDS（MCI）型微电阻率扫描成像测井仪•微电阻率扫描成像测井仪由推靠器极板体发射交变电流，使处于极板中部的阵列电扣发射出的电流能垂直于极板外表面进入地层的聚焦作用。测量极板上阵列排列的电扣发射到地层中的电流反映了地层微电阻率的变化，经适当处理可刻度为彩色或灰度等级图象。WDS（MCI）型微电阻率扫描成像测井仪•仪器机械结构主要由极板、推靠器、预处理短节、数据采集短节、测斜短节、绝缘短节、旋转短节和绝缘外套等组成。•仪器电路由极板电路，预处理短节电路、采集短节电路等组成。•MIT型阵列感应成像测井仪•阵列感应成像测井仪有效地克服了普通感应仪器的不足，提高了纵向分辨率，增强了对地层径向非均质侵入特性的定量描述，扩大了仪器测量的动态范围。•MIT仪器的探测器采用8阵列线圈系结构，3种工作频率。MIT仪器测量接收线圈中二次场的感应电动势，经仪器刻度和工程转换后得到地层实部和虚部电导率信息，然后进行软件合成聚焦，井眼环境校正，得到3种纵向分辨率下的5种不同探测深度的视电阻率曲线。•HAL型阵列侧向测井仪•高分辨率（0.3m）、多探测深度（6条视电阻率曲线）的阵列侧向仪器。•25个电极：13个供电电极（主电极A0,屏流电极A1-6,上下对称），6对监控电极对（主监控电极对M0/M1，辅助监控电极对M2/M3和M4/M5，上下对称分布）•6种工作模式，测得6条视电阻率曲线，AL0主要测量泥浆电阻率，AL1-AL5测量不同探测深度的地层电阻率。•AL1-AL5与三侧向工作方式相同，通过改变屏流返回电极、屏流电极个数、监控电极的选择使用、软硬结合聚焦等方法获得相同的纵向高分辨率、不同探测深度的电阻率曲线。方位阵列侧向测井仪（ALT）•贴井壁方位电阻率测量。•6种探测深度的工作模式，所有探测模式采用聚焦方式来实现。•0.1m纵向分辨率，36条电阻率曲线。•井周6个方位，6个探测深度（0．25m、0．35m、0．39m、0．45m、0．6m、1．40m）。•AL1～AL6探测模式均采用三侧向工作方式，获得不同探测深度的方法采取了改变屏流返回电极位置、屏流电极长度或使用监控电极及调节其位置来实现多功能超声成像测井仪•多功能井下超声成像测井仪包括地面系统与下井仪器两部分，可与XY井径仪、陀螺仪、井温仪和数据传输短节等组合。•仪器由固定在井下仪器上的旋转换能器发射超声脉冲，声波在井眼流体中传播到达井壁，其中一部分能量被反射回换能器并被接收处理。•换能器参数：工作频率0.5MHz/1.0MHz，自发自收。仪器接收到的脉冲幅度和声波旅行时间被同时记录，得到超声回波幅度和回波时间两种两维平面图象，用伪彩色或灰度编码表示在记录的深度和方位位置上每次发射的超声波脉冲的幅度和时间测量值.•多功能井下超声成像测井仪用于分析井壁岩性、冲蚀带、裂缝和孔洞以及套管井中水泥胶结质量和射孔质量等。井下仪器由发射电路、接收电路、可变增益放大电路、对数放大电路、回波幅度检测电路、四相码调制电路、同步系统及电源组成。•地面系统硬件部分包括接口模块箱、深度系统、工控机接口、显示器、绘图仪等组成。应用软件包括现场测井软件和解释软件。测井软件实现井下测井数据的接收，通过数据和图像显示实时监控测量过程。解释软件包括数据录入、预处理、处理解释、成果图打印功能等模块。多极子阵列声波测井仪MPAL•多极子阵列声波测井仪（MPAL）是为国产成像测井系统配套的最新一代的声波测井仪。•仪器以BH.AtlasXMACII的功能和技术指标为目标，结合目前国内外设计、开发制造高性能下井仪在元器件、材料和工艺的条件，使仪器的整体性能指标达到所规定的技术要求，并能够在将来进行批量生产.仪器的电子线路主要由发射激励电路、信号接收电路、数据采集电路、系统控制电路、遥传接口电路和井下电源电路等几部分组成，系统控制电路采用专用串行通讯对各部分电路进行控制和设置。•仪器有八个高性能的波形数据采集通道，可以完成任意组合的单极、偶极和四极模式的声波信号测量，数据通过高速遥传子系统送到地面设备处理，最终得到与XMACII相同的测量结果。•仪器采用了DSP、CPLD等先进器件，SMT工艺，整机不使用保温瓶，可在175℃/140MPa环境下连续工作。）国产成套装备成像测井仪器部分即“三电两声一核磁”，包括阵列感应测井、微电阻率扫描成像测井、阵列侧向测井、超声成像测井、多极子阵列声波测井以及多频核磁共振测井技术。MIT阵列感应测井仪能够提供多种分辨率、多种探测深度的地层电阻率，可有效地描述地层剖面的电阻率特征，确定储层含油气饱和度，从而更准确地发现和识别油气层。MCI微电阻率扫描成像测井仪主要用于裂缝、岩性识别，薄层划分和沉积相研究。HAL阵列侧向仪具有多种探测深度和纵向分辨率，可在高矿化度泥浆井眼环境和高阻地层中准确测量地层电阻率。围岩影响小，纵向分辨率高。UIT超声成像测井仪产生的井壁图像直观、方便，裂缝、孔洞在图像上都一目了然，可全方位地检测整个井壁。在裸眼井中，UIT超声成像可以直观地从图像上识别裂缝、溶孔溶洞。在套管井中可检测套管腐蚀、变形，检测射孔、水力割缝质量。MPAL多极子阵列声波成像测井仪提供多种组合模式的声波全波信息，主要用于孔隙度、渗透率、各向异性参数计算，对裂缝性储层油气识别和压裂效果预测具有显著作用，可满足大斜度井声波测井要求。多频核磁共振测井仪采用居中方式、梯度磁场、多频测量。能够探测地层有效孔隙度、束缚流体体积、渗透率、流体性质、孔径尺寸分布等地层信息。目前，多频核磁共振测井仪已获得重大技术突破，样机已研制成功。主要技术：探测器设计，DSP应用•WDS高温高压空腔极板。为了减少引线的数量，必须将极板测量信号放大器及有关电路放到极板内，由于电子元件不能承受高压力，因此要求极板内腔为空腔，并能在高温高压环境下密封。极板传感器电扣直径为4mm，边缘只有1mm，且工作在高温高压情况下承受高达50kg与井壁岩石的摩擦压力。采用一种自适应密封技术解决了电扣和极板之间的绝缘、耐压、耐温问题，其技术指标达到175C、140Mpa和10MΩ绝缘。MIT数据采集电路由一个主DSP、三个从DSP和四个A/D采集信道组成。•主DSP完成井下所有DSP的程序加载，对三个从DSP的控制及数据交换，实现井下仪器总线接口电路DTB的控制、命令接收和数据组织。从DSP1和DSP2实现四个A/D采集信道的控制，PGA控制，实时相敏检波及数字滤波，并将处理的实分量和虚分量结果送给主DSP。从DSP3为发射短节提供同步发射信号，提供8个辅助信道A/D，D/A控制及温度测量的时序控制。斯伦贝谢新推出的电缆scanner系列测井仪器目前有哪几种类型？它们探测提高的共同特点是什么？分别可以解决哪些关键问题？新型核磁共振测井仪MRscanner第三章1、根据不同测井仪器的特点，试例举几种测井传感器（探头）信号的类型，并说明在数据采集之前的典型模拟处理过程。电流、电压、时差、自然伽马强度处理过程：（1）用波特图描述幅频特性、相频特性和时延特性（频域），冲击（脉冲）响应图（时域），根轨迹图（零、极点）设计方法：等效电路计算，查表，EDA工具，模拟电路仿真（2）远距离（高共模干扰抑制）信号放大：测井中的“远距离”信号：SP，电缆张力，电缆记号，采用差分放大器双端传送信号（共模抑制比80～140dB，抗共模电压500～2000V）（3）低漂移直流，低频放大，电荷放大，等；低噪声μV～nV级输入信号放大（电阻率测量，过套管电阻率CHFR）；非线性电路（如乘法器，模拟运算器），积分器；电荷放大（包括某些积分器、采样保持器）需要极高的Zi（GΩ级），极小的输入电流（pA级）2、测井数据采集主要使用什么类型的ADC？其主要技术指标有哪些？试利用所学知识设计AD7892与i8051单片机之间的接口电路。（1）A/D转换的基本原理：采样，保持，量化，编码。（2）高精度ADC类型有积分型ADC，ΣΔ型ADC（线性脉冲编码调制LPCM），逐次比较型（successiveapproximation）ADC等。高速ADC的基本类型有直接比较，快闪，闪电，闪烁型等。其中，1）积分型ADC通过对零，定时积分，定斜积分，计数定时等实现