孫宏博，倪衛(wèi)寧，李新，張衛(wèi)，王保良，冀海峰，黃志堯，李海青

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基于C4D技術(shù)的油基鉆井液隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井信號(hào)檢測(cè)

孫宏博1，倪衛(wèi)寧2，李新2，張衛(wèi)2，王保良1，冀海峰1，黃志堯1，李海青1

(1. 浙江大學(xué) 控制科學(xué)與工程學(xué)院 工業(yè)控制技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州，310027；2. 中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京，100000)

為了解決傳統(tǒng)隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井在油基鉆井液下測(cè)量受限的問(wèn)題，提出基于電容耦合非接觸電導(dǎo)測(cè)量(C4D)技術(shù)的信號(hào)檢測(cè)方法與裝置。首先構(gòu)建基于C4D技術(shù)的測(cè)井等效電路模型，然后采用數(shù)字相敏解調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)井微弱信號(hào)幅值和相位的檢測(cè)，依據(jù)所建模型可求得地層電阻率；同時(shí)，采用有限元仿真方法對(duì)模型的有效性以及所設(shè)計(jì)的測(cè)井響應(yīng)特性進(jìn)行研究；最后，設(shè)計(jì)1套模擬測(cè)井實(shí)驗(yàn)裝置，并在多個(gè)激勵(lì)頻率下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明：在20 kHz工況下實(shí)驗(yàn)裝置的測(cè)量性能較好；當(dāng)?shù)刃У貙与娮杪蕿?.135~8.368kΩ·m時(shí)，測(cè)量相對(duì)誤差小于5%。

隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井；油基鉆井液；C4D；數(shù)字相敏解調(diào)；有限元仿真

長(zhǎng)期以來(lái)，測(cè)井技術(shù)在勘探與開(kāi)采油氣等礦產(chǎn)資源中發(fā)揮著重要的作用。隨著易開(kāi)采資源的日益減少，勘探開(kāi)發(fā)向著更深更復(fù)雜的儲(chǔ)層推進(jìn)，深井、斜井等高難度井開(kāi)采工程逐漸增多，這對(duì)測(cè)井技術(shù)提出了更高要求[1]。隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井是一種重要的測(cè)井技術(shù)，它同時(shí)包含了隨鉆測(cè)井與側(cè)向電阻率測(cè)井的特點(diǎn)，具有測(cè)量實(shí)時(shí)性好、精度高、量程大、成本低、探測(cè)深度大和適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng) 用[2?3]。20世紀(jì)60年代，ARPS[4]發(fā)明了一種帶有螺線環(huán)形激勵(lì)和檢測(cè)線圈的側(cè)向電阻率測(cè)井裝置，其基本原理是：正弦激勵(lì)信號(hào)在螺線環(huán)形激勵(lì)線圈兩側(cè)鉆鋌上感生交流電壓，鉆鋌與附近地層構(gòu)成交流測(cè)量回路，檢測(cè)鉆鋌不同部位的電流即可求得相應(yīng)的地層電阻率。上述原理在地質(zhì)導(dǎo)向測(cè)井領(lǐng)域得到重要應(yīng)用和發(fā)展，在此基礎(chǔ)上研制的典型的裝置有：GIANZERO 等[5]設(shè)計(jì)了一種能同時(shí)測(cè)量側(cè)向電阻率和鉆頭電阻率的雙電阻率隨鉆測(cè)井儀器；斯倫貝謝公司設(shè)計(jì)了可以測(cè)量5個(gè)部位電阻率的隨鉆測(cè)井儀器[6]；蘇義腦等[7]研制成功了具有隨鉆側(cè)向電阻率與鉆頭電阻率測(cè)量功能的NBLOG?1型測(cè)量短節(jié)。然而，此類隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井往往只適用于水基鉆井液工況；在油基鉆井液工況下，不導(dǎo)電的鉆井液將測(cè)井儀器與被測(cè)地層隔離，導(dǎo)致測(cè)量難以進(jìn)行[7?8]。在油基鉆井液應(yīng)用日益廣泛而相關(guān)測(cè)井技術(shù)尚有不足的背景下[9]，研究油基鉆井液隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井技術(shù)具有重要意義。電容耦合非接觸電導(dǎo)測(cè)量(C4D)技術(shù)是較為新型的非接觸電導(dǎo)檢測(cè)技術(shù)，目前主要應(yīng)用于分析化學(xué)領(lǐng)域[10?13]。電容耦合非接觸測(cè)量絕緣管道內(nèi)流體電導(dǎo)率的基本原理等同于測(cè)井在油基鉆井液下非接觸檢測(cè)井眼外地層電阻率。因此，本文作者將C4D技術(shù)應(yīng)用于測(cè)井領(lǐng)域，提出基于C4D技術(shù)的隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井方法；建立測(cè)井電路模型及仿真測(cè)井模型，并對(duì)所提出方法進(jìn)行仿真研究；設(shè)計(jì)測(cè)井樣機(jī)及其模擬測(cè)井實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)，并在不同激勵(lì)頻率下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 C4D測(cè)量原理

圖1(a)所示為典型的C4D兩電極結(jié)構(gòu)[14]。傳感器主要由激勵(lì)電極、檢測(cè)電極和絕緣管道組成，激勵(lì)電極和檢測(cè)電極為金屬環(huán)狀電極并套裝于絕緣管道外側(cè)。兩電極、絕緣管道和被測(cè)導(dǎo)電液體構(gòu)成1個(gè)交流測(cè)量通路，其等效電路如圖1(b)所示。其中：1和2分別為激勵(lì)電極與檢測(cè)電極通過(guò)絕緣管壁與管道內(nèi)的導(dǎo)電液體形成的耦合電容；為管道內(nèi)兩電極間導(dǎo)電液體的等效電阻。在激勵(lì)電極上施加交流電壓信號(hào)，則在檢測(cè)電極上產(chǎn)生交流電流信號(hào)，該電流信號(hào)包含了管道內(nèi)被測(cè)液體的電導(dǎo)率信息，通過(guò)信號(hào)采集與處理模塊將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)o進(jìn)行采集，進(jìn)而可以測(cè)得待測(cè)液體的電導(dǎo)率。

(a) 典型的C4D兩電極結(jié)構(gòu)；(b) C4D系統(tǒng)等效電路模型

2 基于C4D技術(shù)的油基鉆井液隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)量原理

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成及測(cè)量原理

圖2所示為本文作者設(shè)計(jì)的基于C4D技術(shù)的油基鉆井液隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井系統(tǒng)示意圖。由圖2可知：測(cè)量系統(tǒng)主要包括待測(cè)地層、傳感器、信號(hào)采集與處理模塊。傳感器主要由鉆鋌以及嵌套在鉆鋌上的激勵(lì)線圈(匝數(shù)為t，纏繞在環(huán)形磁芯上)和檢測(cè)電極(環(huán)形結(jié)構(gòu)，與鉆鋌絕緣)構(gòu)成；信號(hào)采集與處理模塊主要包括正弦交流激勵(lì)源、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)與計(jì)算機(jī)，正弦交流激勵(lì)源一方面為傳感器提供激勵(lì)信號(hào)e(設(shè)其初始相位為0°)，另一方面為信號(hào)采集與處理模塊提供與e同步的觸發(fā)信號(hào)。測(cè)井傳感器檢測(cè)電極與待測(cè)地層之間隔有油基鉆井液井眼。

激勵(lì)信號(hào)e在激勵(lì)線圈兩側(cè)鉆鋌上產(chǎn)生感生電壓，該電壓在鉆鋌、井眼及地層形成交流測(cè)量通路。經(jīng)檢測(cè)電極流入井眼及地層的電流的幅值和相位包含地層電阻率信息，由鉆鋌流經(jīng)運(yùn)放及檢測(cè)電極的電流o與電流相等，方向相反，通過(guò)放大電路(反饋電阻為f)將電流信號(hào)o轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)o，ADC將模擬信號(hào)o轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)o()，采用DPSD技術(shù)求得電壓信號(hào)o的幅值o和相位，進(jìn)而可求得地層等效電阻或電阻率。

圖2 測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2.2 基于C4D技術(shù)的測(cè)井電路模型

圖3(a)所示為測(cè)井電路原理圖。由于本文采用的激勵(lì)頻率相對(duì)較低(10~25 kHz)，故忽略了地層的介電特性及頻散特性。圖3(b)所示為簡(jiǎn)化的交流測(cè)量通路模型，即井眼等效電容與地層等效電阻的串聯(lián) 模型。

(a) 測(cè)井電路原理圖；(b) 交流測(cè)量通路簡(jiǎn)化模型

根據(jù)圖3(a)所示電路，有

其中：e，，，o和o分別為信號(hào)e，，，o和o的向量表示形式；o為信號(hào)o的有效值。

根據(jù)圖3(b)所示的交流測(cè)量通路簡(jiǎn)化模型，可得

式中：和分別為信號(hào)和的有效值。

進(jìn)而可得

式中：為地層電阻率與等效電阻的映射系數(shù)。

2.3 DPSD技術(shù)

DPSD技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，不僅可有效降低外界環(huán)境噪聲影響，具有解調(diào)精度高、速度快和靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于惡劣測(cè)井環(huán)境下的信號(hào)檢測(cè)[15]，而且DPSD技術(shù)可以同時(shí)求得信號(hào)的幅值和相位，從而獲得更為完整的電學(xué)信 息[16]。本文作者將DPSD技術(shù)應(yīng)用于所提出的油基鉆井液隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井，實(shí)現(xiàn)對(duì)前文所述信號(hào)o的幅值o和相位的求解。圖4所示為DPSD技術(shù)基本原理[17]。

圖4 DPSD技術(shù)原理示意圖

對(duì)被測(cè)信號(hào)o等間隔采樣，每周期采樣點(diǎn)數(shù)為，則定義采樣后的數(shù)字信號(hào)為o()(其中，=0, 1, 2, 3, …,?1)。sin()為與激勵(lì)信號(hào)同相的參考信號(hào)數(shù)字序列，cos()為與激勵(lì)信號(hào)正交的參考信號(hào)數(shù)字序列。將()分別和兩路正交參考信號(hào)數(shù)字序列進(jìn)行乘法累加運(yùn)算，則可得到2個(gè)正交分量U和U。通過(guò)U和U計(jì)算得到被測(cè)信號(hào)o的幅值o和相位為

將o代入式(1)可得

將求得的和分別代入式(2)和(3)即可求得地層等效電阻或電阻率。

3 油基鉆井液下隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井仿真

測(cè)井問(wèn)題的研究是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，通常需要借助于有限元仿真方法[18]。本文作者利用COMSOL有限元仿真軟件建立了1個(gè)仿真測(cè)井模型，通過(guò)研究測(cè)井的響應(yīng)特性來(lái)驗(yàn)證所建立模型的有效性，并建立地層電阻率與等效電阻的映射關(guān)系。

3.1 建立仿真模型

根據(jù)所設(shè)計(jì)的隨鉆側(cè)向電阻率隨鉆測(cè)量傳感器參數(shù)，建立油基鉆井液下隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井仿真模型，其中仿真鉆鋌長(zhǎng)6.15 m，直徑為0.171 m(6.75″)；井眼直徑為0.2 m；地層模型為圓柱體，高8 m，半徑為 6 m。

測(cè)井敏感場(chǎng)域滿足準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)的條件，仿真建模的敏感場(chǎng)域方程及邊界條件可描述為

圖5所示為所建立的仿真模型及其電場(chǎng)分布。由圖5可知：電場(chǎng)線在鉆鋌附近比較密集，并通過(guò)井眼及地層與鉆鋌形成回路。

3.2 C4D測(cè)井簡(jiǎn)化模型的仿真驗(yàn)證以及測(cè)井響應(yīng)特性的仿真研究

根據(jù)所建立的仿真模型，在仿真地層電阻率f為0~100 kΩ·m，激勵(lì)電壓=1 V的條件下，分別在激勵(lì)頻率為10，15，20和25 kHz下對(duì)地層電阻率的測(cè)井響應(yīng)特性進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)檢測(cè)電極進(jìn)行表面法向電流密度積分，求得由電極流向地層的電流及其相位；通過(guò)式(2)求得等效電阻f。

圖5 COMSOL仿真模型及電場(chǎng)分布

電學(xué)測(cè)井中往往最關(guān)心的是地層和鉆井液的“雙電特性”，即導(dǎo)電性與介電性。由于所建立的簡(jiǎn)化模型(見(jiàn)圖3)忽略了地層介電性、油基鉆井液導(dǎo)電性以及雜散電容，為了驗(yàn)證該模型的有效性，對(duì)簡(jiǎn)化的地層模型和實(shí)際地層模型進(jìn)行仿真對(duì)比研究。

1) 簡(jiǎn)化的地層模型仿真。地層相對(duì)介電常數(shù)設(shè)為1，油基鉆井液電導(dǎo)率設(shè)為10?30S/m，通過(guò)仿真得到10 kHz激勵(lì)頻率下f與f的映射關(guān)系為f0.278 8f，并以此作為參考映射關(guān)系，如圖6所示(虛線部分)。

2) 實(shí)際的地層模型仿真。根據(jù)實(shí)際地層及油基鉆井液的“雙電特性”參數(shù)[19?20]進(jìn)行仿真研究，不同頻率下f與f的映射關(guān)系如圖6所示(實(shí)線部分)。

由圖6可知：在不同頻率下仿真地層電阻率與等效電阻呈線性關(guān)系；同時(shí)，激勵(lì)頻率、地層電阻率越大，則實(shí)線相對(duì)虛線分散越明顯。在相同f下，簡(jiǎn)化模型與實(shí)際模型的f最大偏差為2.68%；而當(dāng)電阻率為0~10 kΩ·m時(shí)，相應(yīng)最大偏差為0.08%，在該范圍內(nèi)求得f與f的映射關(guān)系為ff(和為常數(shù))。不同激勵(lì)頻率下映射關(guān)系參數(shù)如表1所示。由表1可知：在不同激勵(lì)頻率下，f與f的映射關(guān)系接近于參考映射關(guān)系f0.278 8f。因此，在頻率范圍為10~ 25 kHz和電阻率范圍為0~100 kΩ·m(0＜f＜ 361.471 kΩ)時(shí)，可認(rèn)為所建立的簡(jiǎn)化模型是有效的，且在電阻率為0~10 kΩ·m(0＜f＜35.863 kΩ)范圍內(nèi)，簡(jiǎn)化模型與實(shí)際模型非常接近。

圖6 地層電阻率與等效電阻的仿真映射關(guān)系

表1 地層電阻率與等效電阻的仿真映射關(guān)系參數(shù)

4 模擬測(cè)井實(shí)驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)裝置介紹

圖7所示為設(shè)計(jì)的模擬測(cè)井實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。實(shí)驗(yàn)裝置主要由信號(hào)發(fā)生器、傳感器、放大電路、數(shù)據(jù)采集儀與計(jì)算機(jī)構(gòu)成。其中：測(cè)井傳感器主要包括鋼管(直徑1=0.168 m)、螺線環(huán)形激勵(lì)線圈(內(nèi)含磁芯)、檢測(cè)電極(高度=0.11 m)。模擬井眼采用絕緣桶(外徑2=0.2 m，對(duì)應(yīng)檢測(cè)電極處包裹一層錫箔紙)模擬井壁，用柴油模擬油基鉆井液。地層用交流電阻箱(可調(diào)范圍為0~100 kΩ)模擬，交流電阻箱一端接錫箔紙，另一端接激勵(lì)線圈上側(cè)的鉆鋌。信號(hào)發(fā)生器一路通過(guò)激勵(lì)線圈為傳感器提供正弦激勵(lì)信號(hào)(e=7.07 V)，另一路為數(shù)據(jù)采集儀(采樣頻率s=250 kS/s)提供與第一路同步的方波觸發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字上升沿采樣。檢測(cè)電極檢測(cè)的電流經(jīng)放大電路(電阻f10 kΩ)后，由數(shù)據(jù)采集儀采集并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

采用交流電阻箱模擬地層，具有調(diào)節(jié)方便、可調(diào)范圍大的優(yōu)點(diǎn)。但交流電阻箱電阻實(shí)際上并非純電阻，用阻抗分析儀對(duì)所采用的交流電阻箱實(shí)測(cè)表明：隨著電阻增大、頻率增加，其感性成分會(huì)逐漸增加。通過(guò)測(cè)量，當(dāng)c=30 kΩ時(shí)，在10，15，20和25 kHz激勵(lì)頻率下，感抗占總阻抗百分比分別為2.1%，3.4%，4.3%和5.5%。為了降低不確定性以便分析，本文作者選擇在交流電阻箱電阻0~30 kΩ范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)，并忽略電阻箱電感。

1—信號(hào)發(fā)生器；2—激勵(lì)線圈；3—鋼管；4—檢測(cè)電極；5—放大電路；6—數(shù)據(jù)采集儀；7—計(jì)算機(jī)；8—錫箔紙；9—柴油；10—絕緣桶；11—交流電阻箱。

4.2 信號(hào)采集與分析

分別在激勵(lì)頻率為10，15，20和25 kHz的條件下進(jìn)行信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)。在每個(gè)激勵(lì)頻率下，調(diào)節(jié)電阻箱電阻(參考電阻)c，從0至30 kΩ每隔2 kΩ作為1個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)重復(fù)測(cè)量50次，每次采樣數(shù)為15 000(用時(shí)=10 000s=0.06 s)，求得信號(hào)的有效值(取平均值)及其標(biāo)準(zhǔn)差σ和平均相位(取平均值)及其標(biāo)準(zhǔn)差σ，測(cè)量結(jié)果如圖8所示。對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行單調(diào)性、靈敏度和重復(fù)性分析，結(jié)果如表2所示。

由圖8和表2可知：1) 測(cè)得的電流信號(hào)有效值為微安級(jí)，且曲線相對(duì)平緩；當(dāng)c較小時(shí)，曲線非單調(diào)，是因?yàn)榇藭r(shí)c相比“井眼”容抗非常小，信噪比很低，而相位在整個(gè)測(cè)量區(qū)間內(nèi)單調(diào)性較好，靈敏度也較高，因此，引入相位測(cè)量可以解決油基鉆井液下僅靠測(cè)幅值無(wú)法測(cè)量地層電阻率的問(wèn)題。2) 激勵(lì)頻率越大，靈敏度越高，但激勵(lì)頻率大小受傳感器頻率性能制約。3) 電流有效值和相位的標(biāo)準(zhǔn)差和重復(fù)性系數(shù)均非常小，表明設(shè)計(jì)的傳感器比較理想，且在激勵(lì)頻率為20 kHz時(shí)，σ，σ，α和α均相對(duì)更小，認(rèn)為此工況下傳感器性能較佳。

(a) 實(shí)測(cè)電流I；(b) 實(shí)測(cè)電流標(biāo)準(zhǔn)差σI；(c) 實(shí)測(cè)相位φ；(d) 實(shí)測(cè)相位標(biāo)準(zhǔn)差σφ

表2 不同頻率下I和φ的單調(diào)性、靈敏度和重復(fù)性

注：[a, b]和[a,b]分別為電流有效值和相位的單調(diào)區(qū)間，其中，a和a，b和b分別為單調(diào)區(qū)間的下限和上限，I和I，φ和φ分別為單調(diào)區(qū)間下限和上限對(duì)應(yīng)的有效值和相位；k和k分別為電流有效值和相位曲線在單調(diào)區(qū)間內(nèi)的斜率(表征靈敏度)，k=(I?I)/(b?a)×100%，k=(φ?φ)/(b?a)×100%；α和α分別為電流有效值和相位在單調(diào)區(qū)間內(nèi)的重復(fù)性系數(shù)，α=σ/×100%，α=σ/×100%。

4.3 數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)采集的信號(hào)，結(jié)合式(2)求得不同實(shí)驗(yàn)頻率下的實(shí)測(cè)電阻s，結(jié)果如圖9所示。由圖9可知：實(shí)測(cè)電阻與參考電阻呈線性關(guān)系，說(shuō)明所設(shè)計(jì)的模擬測(cè)井系統(tǒng)線性特性基本良好；隨著頻率和電阻增加，線性關(guān)系略變差，與電阻箱電感變大的影響有關(guān)。同時(shí)，實(shí)測(cè)電阻大于參考電阻。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得傳感器激勵(lì)線圈的傳輸效率約為93%，此時(shí)實(shí)測(cè)電流相對(duì)變小，從而導(dǎo)致實(shí)測(cè)電阻大于參考電阻。

圖9 不同頻率下的實(shí)測(cè)電阻

由于激勵(lì)頻率為20 kHz時(shí)設(shè)計(jì)的模擬測(cè)井系統(tǒng)性能較佳，故取激勵(lì)頻率為20 kHz時(shí)的數(shù)據(jù)并根據(jù)參考電阻c用最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到校正后的數(shù)學(xué)模型如下：

在0.5~30 kΩ范圍內(nèi)每個(gè)采樣點(diǎn)采集5次數(shù)據(jù)，利用校正后的模型，求得實(shí)測(cè)電阻R，結(jié)果如圖10所示。由圖10可知：實(shí)測(cè)電阻R與參考電阻Rc的相對(duì)誤差分別小于5.0%(0.5＜Rc≤10 kΩ)，2.5%(10＜Rc≤20 kΩ)，1.5%(20＜Rc≤30 kΩ)。

根據(jù)激勵(lì)頻率為20 kHz時(shí)得到的仿真線性模型=0.279 1?0.004 8，即可求得相對(duì)應(yīng)的電阻率，則0.5~30 kΩ電阻范圍對(duì)應(yīng)的地層電阻率范圍為0.135~ 8.368 kΩ·m。

5 結(jié)論

1) 提出1種油基鉆井液隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井信號(hào)檢測(cè)新方法，DPSD技術(shù)不僅可以同時(shí)求得信號(hào)的幅值和相位，而且有利于提高系統(tǒng)的抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)了微弱信號(hào)的檢測(cè)。

2) 利用COMSOL有限元仿真軟件建立1個(gè)仿真測(cè)井模型，分別在10，15，20和25 kHz激勵(lì)頻率下對(duì)測(cè)井響應(yīng)特性進(jìn)行有限元仿真研究，驗(yàn)證了所建立的等效測(cè)量電路模型的有效性，并建立地層電阻率與等效電阻的映射關(guān)系。

3) 設(shè)計(jì)研發(fā)1套針對(duì)實(shí)際6.75″鉆鋌的隨鉆側(cè)向電阻率測(cè)井樣機(jī)，并搭建1套模擬測(cè)井實(shí)驗(yàn)裝置。所設(shè)計(jì)的測(cè)井實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在各頻率下均具有較好的測(cè)量性能，其中，在激勵(lì)頻率為20 kHz時(shí)性能最佳，在等效地層電阻0.5~30 kΩ范圍內(nèi)實(shí)測(cè)值與參考值相對(duì)誤差小于5%，驗(yàn)證了所提出方法及其裝置的可行性和有效性。

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(編輯 伍錦花)

Signal detection of lateral resistivity LWD based on C4D technique with oil-based drilling fluid

SUN Hongbo1, NI Weining2, LI Xin2, ZHANG Wei2, WANG Baoliang1, JI Haifeng1, HUANG Zhiyao1, LI Haiqing1

(1. State Key Laboratory of Industrial Control Technology, College of Control Science and Engineering,Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;2. Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering, Beijing 100000, China)

In order to solve the problem of measurement limits of traditional lateral resistivity logging while drilling (LWD) with oil-based drilling fluid, a method based on the capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D) technique was proposed for signal detection and the corresponding device was developed. First, an equivalent logging circuit model based on C4D was established. Then, digital phase sensitive demodulation (DPSD) technique was introduced to detect amplitude and phase of weak logging signal, and formation resistivity was obtained by the established model. Meanwhile, finite element simulation was conducted to study validity of the model as well as response characteristics of the designed logging sensor. Finally, a simulated logging experimental device was designed, and the experiment was carried out at multiple excitation frequency. The results show thatthe designed device has good performance when excitation frequency is 20 kHz, and corresponding relative measurement errors are less than 5% within equivalent formation resistivity range of 0.135?8.368 kΩ·m.

lateral resistivity LWD; oil-based drilling fluid; C4D; DPSD; finite element analysis

10.11817/j.issn.1672-7207.2018.05.032

TP212

A

1672?7207(2018)05?1281?08

2017?05?06；

2017?06?28

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2016ZX05021-002) (Project(2016ZX05021-002) supported by the National Science and Technology Major Program of China)

王保良，博士，教授，從事檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置研究；E-mail: wangbl@zju.edu.cn