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双侧向测井教学实验装置使用说明书陕西巨丰思源科技有限公司2007年8月双侧向测井教学实验装置目录1 模拟实验装置概述 (1)1.1实验装置测量原理 (1)1.2实验装置的组成 (2)1.3实验装置的应用目的 (4)2 实验装置的电路构成 (4)2.1仪器工作原理 (4)2.2电源电路 (5)2.3控制信号源 (5)2.4浅屏流源 (6)2.5深屏流源 (6)2.6平衡监控回路 (7)2.7电流信号检波 (8)2.7电压信号检波 (9)2.8模拟刻度 (12)3 双侧向实验装置的安装 (12)3.1机械安装 (12)3.2注意事项 (13)3.3接插件连线定义 (13)4 实验仪器的测试 (14)4.1仪器准备 (14)4.2深外刻测量 (15)4.3深内刻测量 (15)4.4浅外刻测量 (15)4.5浅内刻测量 (15)4.6测量结果分析 (16)5. 附件 (21)5.1浅发射板元件布置图 (21)5.2深发射板元件布置图 (21)5.3电流检测板元件布置图 (22)5.4电压检测板元件布置图 (22)5.5平衡板元件布置图 (22)1 模拟实验装置概述双侧向测井仪是一种常规电法测井仪器，主要探测浸入带电阻率和地层真电阻率。
主电流成圆盘状进入地层，两对监督电极保证主流能够垂直进入地层，两对屏蔽电极分别对主流进行深浅屏蔽确保探测深度，测量地层电阻率。
本装置是用来学习双侧向测井基本原理和仪器电子线路结构特点。
在仪器的内部结构上完全模拟工程测井中的实际测井仪器。
应用该实验装置可以进一步了解双侧向测井仪电极系的工作原理，电流聚焦特性，深浅探测特性；学习双侧向测井仪电路部分各功能模块的结构和工作原理；掌握仪器刻度、测井过程、数据处理相互关系。
1.1 实验装置测量原理双侧向测井方法由于具有较好的聚焦特性，并可以完成深、浅两种探测深度的电阻率测量，它完全取代了三侧向和七侧向测井。
是目前应用较广的一种聚焦式电阻率测井方法。
第一章、双侧向测井1、双侧向测井的基本原理双侧向测井是一种聚焦的电阻率测井。
为了使深浅侧向有足够的探测深度和浅侧向能较好地反映侵入带特性，这类仪除设计上使用了同时调整主电流与屏蔽电流的方法，用两对屏蔽电极实行双层屏蔽，增加电极长度和电极距。
主电流受到上、下屏蔽电极流出的电流的排斥作用，使得测量电流线垂直于电极系，成为水平方向的层状电流射入地层，这就大大降低了井和围岩影响。
可以同时进行深浅侧向的测量。
目前聚焦测井主要包括：双侧向、微侧向及微球聚焦、邻近侧向等。
是目前最流行的电阻率测井，与其它电阻率测井方法相比具有分层能力强、探测深度大等优点，适用于薄层发育地层、电阻率中、高的地层。
2、双侧向测井的作用a、判断岩性、划分储层；b、划分油气层，油气层深侧向电阻率是邻近水层的1.5 倍以上；c、深侧向电阻率一般认为是原状地层电阻率,所以它可以确定地层的真电阻率。
d、进行地层对比。
e、计算储层的含油饱和度。
f、用浅侧向确定侵入带电阻率，计算侵入带的含油饱和度。
第二章、微侧向测井1、微侧向测井基本原理微侧向测井采用极板贴井壁测量。
在极板上镶入一个主电极，三个监督电极与屏蔽电极与主电极呈环状分布，这样的设计使得主电流被聚焦成束状流入地层，增加了探测深度，减小了泥饼的影响。
测出监督电极与无穷远电极之间的电位差，经过适当转换，就可以得到微侧向视电阻率曲线。
2、微侧向测井的应用、a、确定冲洗带电阻率进而进行可动油、气分析和定量计算。
b、划分薄层c、地层对比。
3、微球测井基本原理微球型聚焦测井原理类似于微侧向测量原理，只是微球型聚焦的电极排列像球型聚焦。
4、微球测井的应用、a、可探测过渡带电阻率，比微侧向探测深度大；b、划分薄层能力强于微侧向第三章、电极电阻率测量基本原理电极电阻率测井也称普通电阻率测井。
在井内进行电阻率测井时，都设有供电线路，通过供电电极A供给电流I，通过供给电B供给电流-I，在井内建立电场，然后用测量电极进行电位测量。
测井方法1.1 双侧向测井用于导电性泥浆(盐水基泥浆)的钻孔中确定地层电阻率。
这个测量系统由两个不同探测深度的侧向测井系统所组成，它向地层发出水平聚焦的电流。
测量时，两条曲线使用同一个电极系。
测量深侧向时使用较长的屏蔽电极，测量浅侧向时只使用深测向屏蔽电极的一部分作为屏蔽电极，而另一部分作为回路电极。
如果岩石的电阻率非常高(104－105Ω-m），则测量电流不能有效地聚焦，因此不能够确定岩石的真实电阻率。
在结晶岩地区，双侧向测井可用于划分钻孔周围的岩性、裂隙带和估计裂隙孔隙度。
1.2 视电阻率测井电阻率法测井通常测得的是视电阻率ρs，故过去常称它为视电阻率测井。
由于电阻率法测井的电极系种类越来越多，所以把使用普通电极系的电阻率测井专称为视电阻率测井。
工作时，电极系的A、B电极供电，M、N电极测量电位差，最后根据计算结果绘出与岩层电阻率有关的曲线ρs。
计算公式为ρs =K*ΔU MN/I。
式中K为电极系系数，由电极系排列方式和距离决定。
视电阻率测井主要用来划分钻孔的岩性剖面和进行剖面对比。
有时可用于探测井中金属落物的深度或摸“鱼顶”（探测落井钻具的顶部深度），指导钻具打捞。
1.3 微电阻率测井是电阻法测井的一种，它的特点是电极距只有几厘米。
它包括微电位电极系和微梯级电极系。
为避免钻井液影响，用弹簧片将镶在绝缘板上的电极紧贴井壁。
微梯度电极系比微电位电极系的探测深度小。
在渗透性地层上，微梯度电极系受泥饼的影响较大。
因泥饼的电阻率较低，测得的微电位曲线幅度高于微梯度曲线幅度，称为“正幅度差”。
在非渗透性地层上幅度差不明显。
根据微电阻率测井曲线的“正幅度差”，可以划分出渗透性岩层。
同时，微电阻率测井划分薄岩层的效果很好。
微球形聚焦测井是微电阻率测井的一种，它对贴井壁极板电极系统的特殊设计可获得特殊的电场，从而克服泥饼的影响，获得紧靠井壁的泥浆滤液冲洗带的电阻率。
通常与双侧向测井同时记录。
在石油测井中，渗透性地层被钻井液滤液饱和的井壁冲洗带的电阻率是计算可动油气的重要参数。
精品课程作业:第一章双测向测井习题一1.为什么要测量地层的电阻率？2.测量地层电阻率的基本公式是什么？3.普通电阻率测井测量地层电阻率要受到那些因素的影响？4.聚焦式电阻率测井是如何实现对主电流聚焦？如何判断主电流处于聚焦状态？5.画出双测向电极系，说明各电极的名称及作用。
6.为什么双测向的回流电极B和参考电极N要放在无限远处？“无限远处” 的含义是什么？7.为什么说监控回路是一个负反馈系统？系统的增益是否越高越好？8.为什么说浅屏流源是一个受控的电压源？9.试导出浅屏流源带通滤波器A3的传递函数。
10.已知该带通滤波器的中心频率为128Hz，求带通宽度、11.为什么说深测向的屏流源是一个受控的电流源。
12.监控回路由几级电路组成？各起何作用？13.试画出电流检测电路的原理框图，说明各单元的功用？14.双测向测井仪为什么要选用两种工作频率？15.测量地层冲洗带电阻率的意义是什么？16.和长电极距的电阻率测井方法相比，微电阻率测井方法有什么异同？17.为了模拟冲洗带电阻率R xo为1000Q - m和31.7Q • m，计算出微球形聚焦测井仪的相应刻度电阻值R(K=0.041m)。
18.为了测量地层真电阻率，应当选用何种电极系？19.恒流工作方式有什么优点？20.求商工作方式有什么有缺点？21.给定地层电阻率变化范围为0.5〜5000Q - m，电极系常数为0.8m，测量误差8为5%，屏主流比n为103，试计算仪器参数：G、G、G j、W0、W lmax、r、E(用求商式)。
V第二章感应测井习题二1.在麦克斯韦方程组中，忽略了介质极化的影响，试分析这种做法的合理性。
2.已知感应测井的视电导率韦500 (Ms/m)，按感应测井公式计算地层的真电导率，要求相对误差小于1%。
3.单元环的物理意义是什么？4.相敏检波器可以从感应测井信号中检出有用信号，那么，为什么在设计线圈系时好要把信噪比作为一个重要的设计指标？5.画出1503双感应测井仪深感应部分的电路原理框图，说明各部分电路功能。
《测井仪器方法及原理》教学大纲总学时数：32学时课堂讲授时数：32学时适用专业：测控技术与仪器开课教研室：测控技术与仪器大纲执笔人：庞巨丰课程编号：050302一、教学大纲内容绪论石油测井和测井技术发展概况第一章双侧向测井§1-1 普通电阻率测井§1-2 聚焦式电阻率测井§1-3 双侧向测井1.求商式双侧向测井仪2.功率式双侧向测井仪第二章微电阻率测井§2-1 微侧向和邻近侧向测井§2-2 微球形聚焦测井§2-3 电阻率测井仪的设计第三章感应测井§3-1 感应测井原理及几何因子理论§3-2 复合线圈系的特性及设计思想§3-3 感应测井仪的电路原理§3-4 阵列感应测井第四章裸眼井声波测井§4-1 裸眼井声波测井的物理基础§4-2 声波时差测量原理（声速测井）§4-3 声波测井仪第五章固井声波测井§5-1 声幅测井仪§5-2 声波变密度测井仪第六章测幅射强度的核测井技术§6-1 自然伽玛测井§6-2 补偿密度（散射伽玛）测井§6-3 补偿中子测井第七章核磁共振测井§7-1 原子核的自旋和磁矩§7-2 核磁共振§7-3 核磁共振测井仪§7-4 核磁共振测井纵向弛豫T1和横向弛豫T2及其测量方法§7-5 核磁共振测井回波信号的处理方法与求T2分布§7-6 核磁有效孔隙度、渗透率、可动流体体积百分比、束缚流体体积百分比二、教学大纲说明1.本课程的目的与任务测井是一种井下油气勘探方法，用于发现油气藏，评估油气储量及其产量，它在油气田开发和钻井工程中也有广泛的用途。
测井还是勘探煤、盐、硫、石膏、金属、地热、地下水、放射性等矿产资源的重要方法和有效手段，并扩展到工程地质、灾害地质、生态环境等领域应用。
双侧向仪器工作原理仪器工作原理1、1229双侧向测井仪器1229双侧向测井仪是采用电流聚焦方式的测井仪，即采用电屏蔽方法，使主电流聚焦后水平流入地层，因而大大减小了井眼和围岩影响，因此，电流聚焦测井不仅是盐水泥浆和膏盐剖面井的必测项目，也是淡水泥浆测井的主要方法之一，1229双侧向仪器，一次下井可同时测得深、浅两条视电阻率曲线，为了实现深、浅同时并测，仪器采用频分供电，深、浅侧向供电频率分别为32Hz和128Hz，该仪器采用了先屏流后主流的设计，即由屏流源首先发送屏流，然后由监控回路产生主电流，相对于先主流后屏流，这种方式可以降低对监控回路增益的要求，1229双侧向的深、浅侧向屏流源均受深侧向电压的控制。
在4#号电极和电缆外皮之间加进一个32Hz受控恒流源，而在4号和5号电极间加进一个128Hz的受控恒压源，由屏流信号电流在2号和3号电极间形成的电位差直接接到快速补偿放大器输入端，因此，把2、3电极间电位差放大，而快速补偿放大器输出端接1号电极，因为它的快速补偿作用使1号电极和4号电极等电位，因此使得1号电极发送的测井电流和屏蔽电流是同极性，同相位，根据同性相斥的原理，迫使主电流呈圆盘状进入地层。
这样的设计，扩展了测量的动态范围。
2、DLLT-B测井仪DLLT是一种测量地层电阻率的电极系仪器。
它可以获得LLD、LLS、MSFL 三条电阻率曲线以及SP和CALIPER两条辅助曲线。
DLLT 是通过测量电极系流入井眼周围地层的电流的情况来测量地层电阻率信息的。
深测向和浅侧向是通过相同的电极进行测量的，通过分时使用电极，使得LLD和LLS两种电阻率的测量相互之间的相互干扰降到最低。
深侧向的测量信号频率是131.25Hz，浅侧向的测量信号频率是1050Hz。
整个电极系由13个电极组成，其中 A4、A3、A*和M1、M2、M3为成对电极、A0为主发射电极。
测井过程中，A4、A3、A*和A0电极都和回流电极之间形成一个电位差，其中测量电压V0是在地面参考电极和一个监督电极之间获得，并通过一个电压测量电路进行测量。
第一章 双侧向测井双侧向测井是应用最广泛的一种电阻率测井方法，它测量地层电阻率。
自然界中不同岩石和矿物的导电能力是不相同的尤其地层中所含流体性质不同时，导电性能差别很大。
因此 ，电阻率是地层的重要的物理参数之一。
在油气井中进行电阻率测井是我们寻找和定量确定油气存在的基本方法。
根据所测得的电阻率，可以区分含导电流体（如盐水，泥浆滤液）的地层和含非导电流体（如油气）的地层，应用阿尔奇公式，可以计算出地层中油气水的比例：2WW S FR =ρ （1-1） 式中：ρ—地层电阻率；R W —地层水电阻率；S W —地层含水饱和度；F ——地层因素。
电阻率测井是发展最早并一直沿用至今的一种测井方法。
最早使用的电阻率测井方法称普通电阻率测井。
经改进后，发展成为目前广泛使用的聚焦式电阻率测井，或称侧向测井。
自1950年，首批侧向测井仪投入商业使用后，老式的普通电阻率测井方法就逐渐被淘汰。
1.1 普通电阻率测井原理为测量某一电阻的阻值R ，可应用一个电源给该电阻供电，测量流过该电阻的电流I 和电阻两端的电压降V 。
由欧姆定律即可求出该电阻的阻值。
IV R = （1-2） 普通电阻率测井原理也是采用与此类似的方法，测量地层电阻率。
在介质中设置一个供电电极A ，回流电极B 放在距电极A 无限远的地方，在距电极A 一定距离处放置一对测量电极M,N （见图1-1），进行电位差测量。
假定电极为点电极，介质是均匀无限的，介质电阻率为ρ。
则从电极A 流出的电流呈辐射状向四面八方均匀散开，等电位面是以A 为球心的球面，如果测量电极M,N 与供电电极的距离分别为AM ，AN （注意电阻ρ的量纲为m ⋅Ω长度量纲为m ）则M 点的电位：AM I V M πρ4=（1-3） N 点的电位： ANI V N πρ4= （1-4） 式中I 为电极A 流出的电流强度（安培）。
由上式可得M,N 两点的电位差V ：I ANAM MN V V V N M ρπ4=-=电阻率：I V MN AN AM ⋅=πρ4 （1-5） 式中，MN 为电极M,N 两点间的距离令 MNAN AM K π4= 则 IV K ⋅=ρ （1-6） 式中：K 称为电极系常数。
式（1-6）表明：普通电阻率测井方法是依据欧姆定律来测量地层的电阻率。
式（1-6）是电阻率测井方法的基本公式。
供电电极A,B 和测量电极M,N 的组合称为电极系。
由式（1-5）可以看出，电阻率与M,N 间的电位梯度有线性关系。
因此，这种电极系称为梯度电极系。
M 和N 的中点为电极系的深度记录点。
如果把N 电极移至无限远处，则可由（1-3）式计算出电阻率。
这时，电阻率与M 点的电位成线性关系。
这种结构的电极系称为电位电极系。
A 和M 的中点为电位电极系的深度记录点。
根据互换原理，供电电极A,B 与测量电极M,N 互换位置，所测电阻率的值不变。
实际测井时，电极系置于井眼内，井内泥浆作为导电媒质。
供电电极A 流出的测量电流经泥浆流进地层。
井下地层的厚度是有限的；不同的地层，其电阻率各不相同，对于渗透性地层；由于泥浆滤液的侵入而形成冲洗带。
因此，一个实际的地层介质不能看作是均匀无限的（见图1-2）。
显然，用普通电阻率法测量地层电阻率要受到井筒泥浆（特别是盐水泥浆），冲洗带以及上下围岩电阻率的影响。
由于实际地层是非均匀的各向异性介质，加上井眼影响，普通电阻率测井测得的电阻率只能近似反映地层的真电阻率，称为视电阻率（a ρ）IV K a ⋅=ρ （1-7） K ——量纲（cm ）V ——量纲（伏特）I ——量纲（安培）a ρ——量纲（cm ⋅Ω.）1.2 侧向测井1.2.1侧向测井向测井又称聚焦式电阻率测井，电流聚焦测井的电流线沿电极轴线的侧向流入地层，这就是称侧向测井的原由。
侧向测井在电阻率测井方法中是一个大家族。
按构成电极系的电极数目来分，有三侧向，七侧向，八侧向和九侧向（即双侧向）；按探测深度，上述每一种侧向测井又有深侧向，浅侧向之分；按主电流聚焦后的特点，还可分为普通聚焦和球形聚焦和微球形聚焦等。
由上看见，侧向测井仪多种多样，但基本原理是相同的。
侧向测井与普通电阻率测井的主要区别就在于它的主电流（又称测量电流）是被聚焦以后才流入地层的。
普通电阻率测井法的主要缺点是测量电流的一部分沿井筒分流，测量电流不能全部流入地层；另外它也不能深入地层很远，因此，测得的电阻率与地层的真电阻率相差甚远。
侧向测井方法就是针对这一问题，对电极系加以改进而发展的一种方法。
下面以七侧向加以说明。
七侧向测井的电极系由七个电极组成，见图1-3，其中A 0是主电极;M 1,M 2和N 1,N 2是监督电极（又称测量电极）；A 1,A 2是一对聚焦电极（又称屏蔽电极）。
这三对电极以主电极A 0为中心对称排列。
每对同名电极用导线连接短路，使具有相同的电位。
V M1=V M2 ,V N1=V N2 ,V A1=V A2 。
回流电极B 放在无限远处。
这种电极系结构相当于在梯度电极系的上下附加了一对供电电极。
当主电极A 0向地层发射测量电流I 0时（又称主电流），聚焦电极A 1,A 2也向地层发射与I 0同极性的电流I 1（称屏蔽电流）。
由于同性相斥，主电流I 0受到屏蔽电流I 1的强迫作用侧向流入地层，而不会任意散开。
调节I 1的大小（调节I 0也可以），直至两个监督电极M 1，N 1（M 2, N 2）的电位相等。
监督电极的电位相等就意味着两表间没有电流流过，即测量电流I 0不沿井筒分流而是全部流入地层。
I 0的这种状态称为聚焦状态。
当然对I 1的调节是由电子线路自动完成的。
图1-3示出了电极系在均匀介质中电流线的分布。
由图可见，主电流层厚度（图中阴影部分）在距井眼一段距离内保持恒定。
实践证明，对低租围岩和高阻薄层，主电流层也基本保持相同形状。
主电流层厚度相当于11N M 的中点与22N M 的中点之间的距离。
由于聚焦作用，侧向测井电阻率测井方法大大的减小了泥浆的分流作用和低阻围岩的影响。
与普通电阻率测井法相比，它所测的电阻率将更接近地层电阻率的公式。
假定，介质是均匀无限的，电阻率为 ，电极为点状；主电流为I 0，屏蔽电流为I 1，根据电场叠加原理，监督电极的电位为：1221111001444M A I M A I M A I V M πρπρπρ++= 令屏主流比 01I I n =则 )]11(1[412111001M A M A n M A I V M ++=πρ （1-8） 同理 )]11(1[412111001N A N A n N A I V N ++=πρ （1-9） 式中，10M A ，11M A ，12M A 与10N A ，11N A ，12N A 分别为电极M 1和N 1与其相应供电电极间的距离。
当I 0达到聚焦状态时，V M1= V N1。
由式（1-8），（1-9）可得：)(11111212101012121111N A M A N A M A N A M A N A M A N A M A n ⋅-⋅⋅⋅⋅⋅= （1-10）由式（1-10）可看出，在均匀介质条件下，屏蔽电流n 有确定的值（即不变）。
在七侧向测井中测量电位差V 0=V M -V N ，V N 是参考电极N 的电位，由于电极N 距离电极A 0，A 1，A 2，B 为无限远，因此，V N =0则 )1(4121110010M A n M A n M A I V V M ++==πρ （1-11） 将式（1-10）代入（1-11），并利用七侧向电极系的对称关系进行代换，可得00101021010101010)(4I V N A M A A A N A M A N A M A ⋅⋅++⋅=πρ 令电极系常数K 101021010101010)(4N A M A A A N A M A N A M A K ⋅++⋅=π （1-12）0I V K =ρ （1-13） 将式（1-13）与（1-7）比较，可看出二者在形式上是一样的，二者测量地层电阻率的基本原理不变，都是依据了欧姆定律。
在七侧向电极系中，一般用四个参数来表示电极系结构和特性。
电极系长度为L 0——它是指电极A 1，A 2之间的距离，即210A A L =。
它主要影响侧向测井的探测深度。
在一定范围内，L 0加长，相应探测深度增加，反之探测深度减小。
若L 0太长，除了使用不方便外，围岩和邻层影响也相应较大。
电极距L ——指M 1 N 1中点O 1与M 2N 2的中点O 2之间的距离，即21O O L =。
L 的大小主要决定七侧向的纵向分层能力，L 较小纵向分层能力强，能划分出较薄的地层。
分布比S ——指电极系长度L 0与电极距之比值，即LL S 0=，它主要影响主电流层的形状，S 过大不仅要求屏蔽电流过大，而且对测量的影响因素复杂；S 过小，主电流聚焦差。
一般取S 为3左右较为适宜。
这对主电流层基本上沿水平方向流入地层。
在均匀介质中，分布比对主电流层的影响如图1-4所示。
聚焦系数q —指（L 0-L ）/L 的比值，即()10-=-=S L L L q 。
它主要决定电极系的电流极间的电位差。
式（1-12）给出了K 值是在理想条件下计算得到的，它只与电极系的尺寸有关。
实际使用时，K 值尚需经试验修正。
有时把电极系放在已知电阻率的介质中进行测量（例如大水池），根据所测得的等效电阻000I V R =来确定K 值： 0R K ρ= （1-14） 1.2.2 侧向测井仪器工作方式仪器工作方式是指仪器在测井时对主电极的供电方式。
它有恒流式，恒压式，自由式和恒功率式四种。
这四种方式的特点如下：⑴ 恒流式：保持主电流I 0恒定，只测量主电极（通常用监督电极M 1和M 2代替）至无穷远电极N 之间的电位差V 0，显然在一定范围内，测量地层的电阻率越高，提供测量的电压越大，测量误差越小。
因此，恒流式仪器适于对高阻地层的测量。
由于I 0恒定，在地层电阻率变化范围很大时，要求仪器电压监测系统的动态范围要很大，这在电路设计上是很困难的。
比如地层电阻率从1m ⋅Ω到10000m ⋅Ω，即变化了104倍，要求电压检测系统能跟踪测量是很难办到的。
设计时，若照顾中间顾不了两头，往往对于小信号显得放大不足，而对于大信号又会出现饱和失真。
因此恒流式仪器对于高阻和低阻地层的测量误差都比较大，甚至使测量结果不能使用。
总之，恒流式仪器测量动态范围小，这是恒流式仪器的主要缺点。
优点是电路简单，三，七侧向和微侧向均采用这种工作方式。
⑵ 恒压式：采用恒压式，主电极表面电位恒定，只测量主电流。
显然测量地层的电阻率越低，提供测量的电流信号就越大，相应的测量误差小，因此，恒压式仪器适用于对低阻地层的测量。
