CN205297567U - 井间电磁测井发射*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种井间电磁测井发射***，包括：地面监控平台；井上发电装置；井下发射装置。地面监控平台实时监视并控制井下发射装置的发射频率、电压和电流等发射情况；井上发电装置为井下发射装置提供电源；井下发射装置提供一个通过频率任意设置且大范围可调、发射电压和电流受控的大功率电磁激励源产生的强度受控的电磁场。本***拥有自备电源，不受电网限制，且体积小，重量轻，灵活机动，适用于野外作业；地面监控平台操作简单，实时监控井下发射装置的发射情况；井下发射装置可任意调整和控制发射频率、发射电压和发射电流，为井间电磁测井技术提供强度受控的电磁场，从而大幅提高测井的平面宽度和分辨率。

Description

井间电磁测井发射***

技术领域

本实用新型涉及井间电磁测井技术领域，特别涉及一种井间电磁测井发射***。

背景技术

油藏勘探研究的重要技术手段——井间电磁测井技术，是当代地球物理应用技术发展的重要前沿，也是一项极具挑战性的重大研究课题。用于研究井间油藏的构造形态、储层展布和裂缝的发育方向；描述油富集区及井间的流体分布；监测油田的开发动态，指示水驱、蒸汽驱和聚合物驱的波及前沿和方向，分析井间剩余油分布。从而可大幅度提高油田滚动勘探和开发调整中钻探高效井的成功率，达到优化开发方案和提高最终采收率的目的。

井间电磁测井技术是在单井电磁测井技术基础上发展起来的测井方法，它是对井间的电阻率分布进行测量。它将发射装置置于一口井中，采用10Hz～10kHz的频率向地层发射电磁场，而将接收装置置于另一口或多口邻近的井中接收经地层传播过来的电磁场，通过对数据进行反演，得到反映井间油藏构造和油、气、水分布的二维乃至三维的电阻率(或电导率)分布，从而以较高的精度和分辨率实现对井间地层岩石的导电特性的直接测量和描述。

由于发射装置和接收装置可以贴近要探测的井段或目的层，井间电磁测井技术具有针对性强优点，其测量结果与其它地球物理方法相比，具有较高的精度和分辩地层能力，因而使其具有很大的应用价值，是研究井间地质构造、流体分布极为有效的、必不可少的地球物理方法。同时，由于它的横向探测方式和特点，使测井从根本上改变以往测井技术横向探测能力不足的弱点，并能有效解决“井孔”与“井间”所采集到的信息类型和信息量极不平衡的问题，从而能加深人们对井间地下地质情况的认识和了解，提高油藏描述的精度，提高油田钻探高效井的成功率。

鉴于此，如何提供一种可以任意设置发射频率，增减发射电压和电流、大幅提高测井平面的宽度和分辨率的井间电磁测井发射***成为目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种井间电磁测井发射***，可为测井技术提供一个频率任意设置且大范围可调、发射电压电流受控的大功率电磁激励源，并通过发射线圈产生强度受控的电磁场。本实用新型具有可以任意设置发射频率，增减发射电压和发射电流大小等优点，能够大幅提高测井技术的测井平面的宽度和分辨率。

第一方面，本实用新型提供一种井间电磁测井发射***，包括：井下发射装置；

所述井下发射装置，包括：全桥直流变换器、发射桥、发射线圈、电压检测电路、电流检测电路和控制电路；

所述全桥直流变换器与所述发射桥及所述电压检测电路分别连接，所述发射桥与所述发射线圈及所述电流检测电路分别连接，所述控制电路与所述电压检测电路及所述电流检测电路分别连接，所述控制电路还与所述全桥直流变换器的驱动端口及所述发射桥的驱动端口分别连接；

其中，所述全桥直流变换器将第一直流电转换为第二直流电；所述发射桥将所述第二直流电转换发射为双极性矩形波电磁激励信号；所述发射线圈根据所述双极性矩形波电磁激励信号产生电磁场；所述电压检测电路和所述电流检测电路分别检测所述发射桥的实时输入电压值和输出电流值并发送给所述控制电路；所述控制电路还获取所述发射桥的预设输入电压值和输出电流值，根据所述发射桥的预设输入电压值和输出电流值以及所述发射桥的实时输入电压值和输出电流值，调整所述全桥直流变换器的占空比，以控制所述全桥直流变换器的输出电压和电流大小，所述全桥直流变换器输出电压和电流为所述发射桥的发射电压和电流；所述控制电路还获取预设的发射桥发射频率值，根据所述预设的发射桥发射频率值，调节所述发射桥的驱动信号，从而控制所述发射桥的发射频率。

可选地，所述全桥直流变换器，包括：H型逆变桥、降压变压器、全波整流电路和LC滤波电路；

所述降压变压器与所述H型逆变桥、所述全波整流电路分别连接，所述全波整流电路与所述LC滤波电路连接，所述LC滤波电路与所述发射桥、所述电压检测电路分别连接；

其中，所述H型逆变桥将第一直流电转换为单相高频交流电，再依次对所述单相高频交流电通过降压变压器进行降压、通过所述全波整流电路进行整流和通过所述LC滤波电路进行滤波，以获得第二直流电。

可选地，所述控制电路，包括：DSP电路、FPGA电路、GPS时钟接收电路、PWM驱动电路以及发射桥驱动电路；

所述DSP电路与所述电压检测电路、所述电流检测电路、所述FPGA电路和所述GPS时钟接收电路分别连接，所述FPGA电路通过所述发射桥驱动电路与所述发射桥的驱动端口连接，所述DSP电路还通过所述PWM驱动电路与所述全桥直流变换器中的H型逆变桥的驱动端口连接；

其中，所述DSP电路获取所述发射桥的预设输入电压值和输出电流值，接收所述电压检测电路和所述电流检测电路发送的所述发射桥的实时输入电压值和输出电流值，根据所述发射桥的预设输入电压值和输出电流值以及所述发射桥的实时输入电压值和输出电流值，通过预设比例积分微分PID算法，计算得到所述全桥直流变换器中的所述H型逆变桥的导通占空比，并利用所述PWM驱动电路产生与所述导通占空比相应的脉冲宽度调制PWM波，驱动所述全桥直流变换器中的所述H型逆变桥逆变输出，控制所述全桥直流变换器的输出电压值和输出电流值的大小；

所述DSP电路通过所述GPS时钟接收电路接收由GPS天线发送的GPS时钟同步信号，并对所述GPS时钟同步信号进行处理；所述FPGA电路根据所述DSP电路的处理结果产生相应的驱动信号，控制所述发射桥驱动电路驱动所述发射桥实时同步发射双极性矩形波电磁激励信号，以实现所述发射线圈产生同步电磁场，保证所述井间电磁测井发射***和井间电磁测井接收***的时钟同步。

可选地，所述***还包括：井上发电装置和地面监控平台；

所述地面监控平台和所述井上发电装置均与所述井下发射装置连接；

其中，所述井上发电装置，为所述井下发射装置提供第一直流电；

所述地面监控平台，包括：井上监控平台；

其中，所述井上监控平台向所述井下发射装置中所述控制电路发送指令，以实现对所述发射桥的发射电压值、发射电流值和发射频率的控制；所述井下发射装置中所述控制电路将所述发射桥的实时发射电压值、发射电流值和发射频率发送给所述井上监控平台，以实现对所述发射桥发射状态的实时监视。

可选地，所述井上发电装置，包括：井上发电机组和三相整流桥电路；

所述井上发电机组与所述三相整流桥电路连接，所述三相整流桥电路与所述全桥直流变换器连接；

其中，所述井上发电机组提供的三相工频交流电经过所述三相整流桥电路整流滤波后，获得第一直流电。

可选地，所述三相整流桥电路，包括：三相整流桥和滤波电容，所述滤波电容并联在所述三相整流桥输出端。

可选地，所述三相整流桥电路通过直流电缆与所述全桥直流变换器连接。

可选地，所述井下发射装置，还包括：与所述控制电路连接的第一直流载波通讯转化器；

相应地，所述地面监控平台，还包括：与所述井上监控平台连接的第二直流载波通讯转化器；

所述第一直流载波通讯转化器与所述第二直流载波通讯转化器连接；

其中，所述控制电路依次通过所述第一直流载波通讯转换器的数模转换、所述第二直流载波通讯转换器的模数转换后，将所述发射桥的实时状态发送给所述井上监控平台，所述实时状态的状态量包括：发射电压值、发射电流值和发射频率；所述井上监控平台的指令依次通过所述第二直流载波通讯转换器的数模转换、所述第一直流载波通讯转换器的模数转换后发送给所述控制电路，以实现对所述发射桥控制，该控制的控制量包括：输入电压值、输出电流值、发射频率、发射时刻和发射时长。

可选地，所述第一直流载波通讯转化器通过直流电缆与所述第二直流载波通讯转化器连接，不需要额外单独的通讯线缆。

由上述技术方案可知，本实用新型的井间电磁测井发射***，可为测井技术提供一个频率任意设置且大范围可调、发射电压和发射电流受控的大功率电磁激励源，通过发射线圈产生强度受控的电磁场。本实用新型可以任意设置和控制发射频率、发射电压和发射电流，产生强度受控的电磁场等特点，能够大幅提高测井平面的宽度和分辨率。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的一种井间电磁测井发射***的结构图；

图2为图1所示实施例提供的的井间电磁测井发射***的主电路的拓扑结构图；

图3为图1所示实施例提供的的井间电磁测井发射***的控制电路原理框图；

图4为图1所示实施例提供的的井间电磁测井发射***的通讯电路原理框图；

图5为图1所示实施例提供的的井间电磁测井发射***的井上发电装置的电路原理图；

图6为图1所示实施例提供的的井间电磁测井发射***的井下发电装置的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

现有的井间电磁测井***包括：地面测井控制监控***、井间电磁测井接收***和井间电磁测井发射***。测量时把发射***和接收***分别置于两口相邻的井中，在地面测井控制监控***的控制下，控制发射***启停，设置发射***的发射频率，发射***发射电磁场，接收***接收采集来自发射***的通过大地产生的电磁感应信号；与此同时，地面测井控制监控***还实时监测发射***的发射数据。

图1示出了本实用新型一实施例提供的一种井间电磁测井发射***的结构示意图，如图1所示，本实施例的井间电磁测井发射***，包括：井下发射装置02；

所述井下发射装置02，包括：全桥直流变换器3、发射桥4、发射线圈5、电压检测电路6、电流检测电路7和控制电路8；

所述全桥直流变换器3(输出端口)与所述发射桥4(输入端口)及所述电压检测电路6(输入端口)分别连接，所述发射桥4(输出端口)与所述发射线圈5及所述电流检测电路7(输入端口)分别连接，所述控制电路8(输入端口)与所述电压检测电路6(输出端口)及所述电流检测电路7(输出端口)分别连接，所述控制电路8(输出端口)还与所述全桥直流变换器3的驱动端口及所述发射桥4的驱动端口分别连接；

其中，所述全桥直流变换器3将第一直流电转换为第二直流电；所述发射桥4将所述第二直流电转换发射为双极性矩形波电磁激励信号；所述发射线圈5根据所述双极性矩形波电磁激励信号产生电磁场；所述电压检测电路6和所述电流检测电路7分别检测所述发射桥4的实时输入电压值和输出电流值并发送给所述控制电路8；所述控制电路8还获取所述发射桥4的预设输入电压值和输出电流值，根据所述发射桥4的预设输入电压值和输出电流值以及所述发射桥4的实时输入电压值和输出电流值，调整所述全桥直流变换器3的占空比，以控制所述全桥直流变换器3的输出电压和电流大小，所述全桥直流变换器3的输出电压和电流大小即为所述发射桥4的发射电压和电流大小；所述控制电路8还获取预设的发射桥4发射频率值，根据所述预设的发射桥4发射频率值，通过调节所述发射桥4的驱动信号，从而控制所述发射桥4的发射频率。

在具体应用中，所述第一直流电为平滑直流电，可优选电压为487～538V的直流电源；所述第二直流电为平滑低压直流电，可优选15～100V的直流母线电压。

应说明的是，本实施例所述控制电路8还可以控制所述发射桥4的发射时间和发射时长等。

在具体应用中，如图2和图6所示，本实施例所述全桥直流变换器3，可包括：H型逆变桥、降压变压器、全波整流电路和LC滤波电路；

所述降压变压器与所述H型逆变桥(输出端口)、所述全波整流电路(输入端口)分别连接，所述全波整流电路(输出端口)与所述LC滤波电路(输入端口)连接，所述LC滤波电路(输出端口)与所述发射桥(输入端口)、所述电压检测电路(输入端口)分别连接；

其中，所述H型逆变桥将第一直流电转换为单相高频交流电(可优选频率为40kHz，幅值电压为19～134V的单相高频交流电)，再依次对所述单相高频交流电通过降压变压器进行降压、通过所述全波整流电路进行整流和通过所述LC滤波电路进行滤波，以获得第二直流电(可优选为15～100V的直流母线电压)。

在具体应用中，优选地，所述降压变压器可以优选变比为25：1～4：1的降压变压器，可获得频率为40kHz，幅值电压为19～134V的交流电压。

举例来说，当所述H型逆变桥处于高频开关状态工作，开关损耗增大，效率下降。为了降低开关损耗，在所述H型逆变桥开关过程中，通过移相软开关技术，减小电压和电流波形重叠面积，降低开关损耗，提高全桥直流变换器效率，减少设备发热量。

在具体应用中，如图3所示，本实施例所述控制电路8，可以包括：数字信号处理(DigitalSignalProcessing，简称DSP)电路、现场可编程逻辑门阵列(Field－ProgrammableGateArray，简称FPGA)电路、全球定位***(GlobalPositioningSystem，简称GPS)时钟接收电路、脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，简称PWM)驱动电路以及发射桥驱动电路；

所述DSP电路与所述电压检测电路6、所述电流检测电路7、所述FPGA电路和所述GPS时钟接收电路分别连接，所述FPGA电路通过所述发射桥驱动电路与所述发射桥4的驱动端口连接，所述DSP电路还通过所述PWM驱动电路与所述全桥直流变换器3中的H型逆变桥的驱动端口连接；

其中，所述DSP电路获取所述发射桥4的预设输入电压值和输出电流值，接收所述电压检测电路6和所述电流检测电路7发送的所述发射桥4的实时输入电压值和输出电流值，根据所述发射桥4的预设输入电压值和输出电流值以及所述发射桥4的实时输入电压值和输出电流值，通过预设比例积分微分PID算法，计算得到所述全桥直流变换器3中的所述H型逆变桥的导通占空比，并利用所述PWM驱动电路产生与所述导通占空比相应的脉冲宽度调制PWM波，驱动所述全桥直流变换器3中的所述H型逆变桥逆变输出，控制所述全桥直流变换器3的输出电压值和输出电流值的大小；

所述DSP电路通过所述GPS时钟接收电路接收由GPS天线发送的GPS时钟同步信号，并对所述GPS时钟同步信号进行处理；所述FPGA电路根据所述DSP电路的处理结果产生相应的驱动信号，控制所述发射桥驱动电路驱动所述发射桥4实时同步发射双极性矩形波电磁激励信号，以实现所述发射线圈5产生同步电磁场，保证所述井间电磁测井发射***和井间电磁测井接收***的时钟同步。

在具体应用中，本实施例所述***，还包括：地面监控平台03和井上发电装置01；

所述地面监控平台03和所述井上发电装置01均与所述井下发射装置02连接；

其中，所述井上发电装置01，用于为所述井下发射装置02提供第一直流电；

所述地面监控平台03，包括：井上监控平台11；

其中，所述井上监控平台11向所述井下发射装置02中所述控制电路8发送指令，以实现对所述发射桥4的输入电压值、输出电流值和发射频率的控制；所述控制电路8将所述发射桥4的实时发射电压值、发射电流值和发射频率发送给所述井上监控平台11，以实现对所述发射桥4发射状态的实时监视。

进一步地，在具体应用中，所述井上发电装置，可包括：井上发电机组1和三相整流桥电路2；

所述井上发电机组1(输出端口)与所述三相整流桥电路2(输入端口)连接，所述三相整流桥电路2(输出端口)与所述全桥直流变换器3(输入端口)连接；

其中，所述井上发电机组1提供的三相工频交流电(可优选功率为25kVA，频率为50Hz、电压为380V的三相交流电)经过所述三相整流桥电路整流滤波后，获得第一直流电。

在具体应用中，所述三相整流桥电路(输出端口)与所述全桥直流变换器3中的H型逆变桥(输入端口)连接。

更进一步地，所述三相整流桥电路2，可包括：三相整流桥和滤波电容，所述滤波电容并联在所述三相整流桥输出端。

在具体应用中，所述三相整流桥电路(输出端口)可通过直流电缆与所述全桥直流变换器3(输入端口)连接。

在具体应用中，所述井下发射装置02，还包括：与所述控制电路8连接的第一直流载波通讯转换器9；

相应地，所述地面监控平台03，还包括：与所述井上监控平台11连接的第二直流载波通讯转换器10；

所述第一直流载波通讯转换器9与所述第二直流载波通讯转换器10连接；

其中，所述控制电路8依次通过所述第一直流载波通讯转换器9的数模转换、所述第二直流载波通讯转换器10的模数转换后，将所述发射桥4的实时状态发送给所述井上监控平台11，状态量包括：发射电压值、发射电流值、发射频率、发射时间和发射时长；所述井上监控平台11的指令依次通过所述第二直流载波通讯转换器10的数模转换、所述第一直流载波通讯转换器9的模数转换后(通过SCI串行通信端口)发送给所述控制电路8，以实现对所述发射桥4控制，控制量包括：输入电压值、输出电流值、发射频率、发射时刻和发射时长。

进一步地，优选地，所述第一直流载波通讯转换器9也可通过直流电缆与所述第二直流载波通讯转换器10连接。

可理解的是，所述井上发电装置01和地面监控平台03分别与所述井下发射装置02由直流电缆12连接，直流电缆12既作为电力传输电缆使用，又作为直流载波通讯的通讯电缆使用，无需通信电缆或光纤；本实施例的井间电磁测井发射***采用直流电缆，具有体积小，性能可靠，效率高的特点，满足井孔空间狭小有限和散热等要求。

举例来说，在本实施例中，井上发电机组为***提供功率为25kVA，频率为50Hz、电压为380V的三相电源，经过三相整流桥电路整流滤波获得电压为487～538V的直流电源；将直流电源通过直流电缆送至悬挂在测井中的井下发射装置的全桥直流变换器输入端口；在全桥直流变换器中，H型逆变器将接收到的直流电源逆变成频率为40kHz的单相高频交流电，再通过变比为25：1～4：1的降压变压器降压，获得频率为40kHz，幅值电压为19～134V的交流电压，之后经过全波整流电路和LC滤波电路的整流滤波，获得15～100V的直流母线电压，将上述直流母线电压通过发射桥发射，可以获得发射频率在10Hz～10kHz范围内任意设置，最大功率为20kW，电流为200A的激励源信号。上述发射信号是在控制电路控制下发射，本***对发射桥输入电压和发射桥输出电流进行实时检测，并将上述发射桥的实时输入电压和输出电流输入到控制电路；控制电路中的DSP电路经过PID算法计算出全桥直流变换器中H型逆变桥的占空比，利用PWM驱动电路来实现全桥直流变换器中H型逆变桥的逆变，再通过单相整流、发射桥逆变后得到发射信号；其中激励源信号的发射受DSP电路和FPGA电路协同控制，DSP电路通过GPS时钟接收电路接收GPS天线发送的GPS时钟同步信号，并对上述时钟同步信号进行处理，FPGA电路根据DSP电路的处理结果产生相应的驱动信号，控制发射桥驱动电路实现发射桥实时同步发射，输出双极性矩形波电磁激励信号；电磁激励信号通过发射线圈产生强度受控的电磁场，保证所述井间电磁测井发射***和井间电磁测井接收***的时钟同步。地面监控平台实时监视井下发射装置的发射电压(即发射桥的输入电压值)、发射电流(即发射桥的输出电流值)、发射频率，同时地面监控平台可通过向控制电路发送指令来实现对发射电压、发射电流、发射频率以及发射时间和发射时长的控制。

本实施例的井间电磁测井发射***，可为测井技术提供一个通过频率任意设置且大范围可调、发射电压和发射电流受控的大功率电磁激励源，通过发射线圈产生强度受控的电磁场。本实用新型可以任意设置和控制发射频率、发射电压和发射电流，产生强度受控的电磁场等优点，能够大幅提高测井平面的宽度和分辨率。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种井间电磁测井发射***，其特征在于，包括：井下发射装置；

所述井下发射装置，包括：全桥直流变换器、发射桥、发射线圈、电压检测电路、电流检测电路和控制电路；

所述全桥直流变换器与所述发射桥及所述电压检测电路分别连接，所述发射桥与所述发射线圈及所述电流检测电路分别连接，所述控制电路与所述电压检测电路及所述电流检测电路分别连接，所述控制电路还与所述全桥直流变换器的驱动端口及所述发射桥的驱动端口分别连接。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述全桥直流变换器，包括：H型逆变桥、降压变压器、全波整流电路和LC滤波电路；

所述降压变压器与所述H型逆变桥、所述全波整流电路分别连接，所述全波整流电路与所述LC滤波电路连接，所述LC滤波电路与所述发射桥、所述电压检测电路分别连接。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制电路，包括：DSP电路、FPGA电路、GPS时钟接收电路、PWM驱动电路以及发射桥驱动电路；

所述DSP电路与所述电压检测电路、所述电流检测电路、所述FPGA电路和所述GPS时钟接收电路分别连接，所述FPGA电路通过所述发射桥驱动电路与所述发射桥的驱动端口连接，所述DSP电路还通过所述PWM驱动电路与所述全桥直流变换器中的H型逆变桥的驱动端口连接。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：井上发电装置和地面监控平台；

所述地面监控平台和所述井上发电装置均与所述井下发射装置连接；

所述地面监控平台，包括：井上监控平台。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述井上发电装置，包括：井上发电机组和三相整流桥电路；

所述井上发电机组与所述三相整流桥电路连接，所述三相整流桥电路与所述全桥直流变换器连接。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述三相整流桥电路，包括：三相整流桥和滤波电容，所述滤波电容并联在所述三相整流桥输出端。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述三相整流桥电路通过直流电缆与所述全桥直流变换器连接。

8.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述井下发射装置，还包括：与所述控制电路连接的第一直流载波通讯转换器；

相应地，所述地面监控平台，还包括：与所述井上监控平台连接的第二直流载波通讯转换器；

所述第一直流载波通讯转换器与所述第二直流载波通讯转换器连接。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述第一直流载波通讯转换器通过直流电缆与所述第二直流载波通讯转换器连接，不需要额外单独的通讯线缆。