[发明专利]三轴正交线圈系、三轴正交线圈系调整方法及板状绝缘体

说明书

本发明提供一种测量水平和垂直电导率的三轴正交线圈系，其具有2个在X方向排列的X向线圈、2个在Y方向排列的Y向线圈、2个在Z方向排列的Z向线圈，通过形成在X方向、Y方向的线圈板的柱体插入Z向线圈绝缘体的安装面的孔，从而使得三轴发射线圈阵列和接收线圈阵列的X、Y和Z轴分别正交到一个点上，由此在测井时使X向、Y向、Z向线圈组成独立的三轴线圈，从而确保每一个线圈的9个分量的位置均相同。

技术领域

本发明涉及一种三轴正交线圈系，更具体地涉及石油测井仪器中用于裸眼井周围垂直电导率测量的三轴正交线圈系，该线圈系装配在三维感应测井仪器上。

背景技术

阵列感应测井仪是在普通感应仪器的基础之上发展起来的，该仪器具有一定的径向探测能力。该阵列感应测井仪采用一系列不同线圈距的线圈阵列对同一地层进行测量，然后通过硬件或软件进行聚焦处理来获得不同径向探测深度的地层电导率，从而有效地识别油气层。阵列感应测井仪向地层发送电磁场，由各个线圈阵列接收，接收到的信号经井下仪器处理后遥传至地面仪器。整个仪器的线圈系的关键部分由多个单侧布置的三线圈阵列、例如七个三线圈阵列构成，并且工作在多个频率模式下。

单轴的感应测井仪测量的是水平电导率。三维感应测井能探测地层的电各向异性，提供关于地层的水平和垂直电导率以及地层倾角和走向的信息。作为一个例子，三维感应测井仪包括由一个三轴发射线圈阵列，以及5个单轴接收线圈阵列和两个三轴接收线圈阵列构成的线圈系。三轴发射线圈阵列产生X、Y和Z三个方向的磁场。每个三轴接收线圈阵列对应一个定向耦合项和两个在其他方向上与发射线圈阵列交叉耦合的项。这样，在每个测量点上就会产生9个数据项：3×3张量电压矩阵。这9个耦合项是同时测量的。然后利用反演技术从张量电压矩阵中提取电导率各向异性、层界位置和相对倾角。接收线圈阵列的各接收线圈配置在不同的间距位置上，以获得不同的探测深度。当这9个分量的位置均相同时，这个矩阵才可以进行数学旋转求解地层相对倾角。而且从一个坐标系转换到另一个坐标系也被大大简化，因为这样才可以只涉及到简单的变换，并且所有测量都在同一坐标系以及同一深度上进行。这就需要三维感应仪器的三轴发射线圈阵列的X、Y 和Z向，以及三轴接收线圈阵列的X、Y和Z向的三个坐标轴分别正交到一个点上。

进而，线圈系的精度对测量精度起决定性作用。在设计的过程中，需根据现有的工艺能力水平形成合理的线圈系构型。常用的结构是使用导线绕制在某种绝缘基体上，并在该基体上切削加工成形出某些结构从而限定线圈的空间几何位置。该绝缘体的加工精度从而成为了关键技术。常用的绝缘体材料有耐高温玻璃钢，但缺点在于玻璃钢的热膨胀系数比较大，当温度升高时线圈的测量信号会发生温度漂移，若漂移超过许可范围，则需拆下线圈构件重新绕制线圈，重新校准仪器。因为阵列感应线圈较多，所以拆装线圈多有不便，而且，由于耐高温玻璃钢多采用高温树脂和玻璃布缠绕工艺实现，属于复合材料，所以切削加工的精度等级较低，作为线圈绝缘体也不能满足阵列感应线圈系的精度要求。

为了使绝缘体获得较高的切削加工精度和较高的热稳定性，行业已引入工程结构陶瓷作为线圈绝缘体。常用的陶瓷材料一般为氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷，高温烧结成型为空心圆柱体，利用其热膨胀系数小和无磁绝缘的特性。但工程结构陶瓷具有硬脆特性，普遍采用磨削加工，其加工难度大，加工效率低，加工成本高。特别是固定阵列感应线圈凹槽的形状尺寸多在十分之一毫米量级，位置尺寸为毫米量级，其公差多为10微米量级，并且大量重复出现，磨削方法限制了绝缘体的结构形式和生产效率。因此，磨削加工成形阵列感应线圈绝缘体的工艺方法的成本效率较低。