[发明专利]一种远场电磁涡流测井仪及其定量解释的刻度方法

说明书

技术领域

本发明属于井下套管井测井仪技术领域，特别是涉及一种远场电磁涡流测井仪及其定量解释的刻度方法。

背景技术

在石油开发领域中，当油田开发进入中晚期，井下套管受硫化氢、二氧化碳的腐蚀以及受地层应力、高温高压的作用，会出现不同程度的破损。按油田开发要求，套管在井下工作超过20年，就应该定期进行监测。当发现套管壁破损超过50％时，应及时进行修复。否则当套管壁破损出现断裂或穿孔时，不但很难修复，而且很可能会造成油井报废。因此，定量监测套管壁的破损和掌握其破损趋势非常重要。

目前，国内外应用远场电磁涡流测量套管壁厚的方法很多。这些仪器大多是通过应用电磁波在套管中传播时初相角的变化与传播距离之间的线性关系来计算套管厚度的。其中涉及的最主要的两个参数套管本身的电导率σ和磁导率μ受套管材料、批次、使用年数等因素影响很难确定其参数值。这些仪器均通过估算套管的电导率值和磁导率值来解释套管厚度的。因此，这些仪器均在定性或半定量解释水平上，均没有达到定量解释的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种远场电磁涡流测井仪及其定量解释的刻度方法，该方法主要解决了仪器测量结果受套管本身的电导率σ和磁导率μ影响的问题，避免了套管因套管材料、批次、使用年数等因素对测量结果造成的误差。通过本发明方法还可以保证仪器在最佳频率下工作，使仪器测量灵敏度有较大提高，实现了远场电磁涡流测井仪的定量解释。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种远场电磁涡流测井仪，包括设置于套管内的发射线圈和接收线圈；发射线圈通低频交流电，接收线圈置于远离发射线圈2～3倍管内径处的远场区；发射线圈在套管周围产生电磁场，并在发射线圈和接收线圈之间形成磁路；发射线圈和接收线圈均与单片机控制器相连，单片机控制器上还连接有用于测量电磁波相角信息的自动跟踪系统，单片机控制器根据接收线圈接收的信号、输入的所测井套管壁厚度以及电磁波的相角信息，解释出套管的实际厚度。

本发明进一步的改进在于：

自动跟踪系统包括信号驱动模块以及放大电路；信号驱动模块与放大电路均与单片机控制器相连，单片机控制器通过信号驱动模块与发射线圈相连，接收线圈通过放大电路与单片机控制器相连。

一种远场电磁涡流测井仪的定量解释刻度方法，包括以下步骤：

1)将测井仪停留在套管壁完好井段；

2)测井仪上电工作后，以毫米为单位输入完好井段套管壁厚度D，存入仪器的存储器中；

3)根据完好井段套管壁厚度D和相位差φ的正比例关系求出比例系数K，其中，φ＝K×D，φ＝300°；φ为测量信号与发射信号的相位差；

4)将比例系数K存入远场电磁涡流测井仪器的存储器中；

5)确定最佳工作频率f₀；

6)测井时，用最佳工作频率f₀作为仪器的发射频率，最后解释在最佳工作频率f₀下的测井数据相位差φ，利用比例系数K，根据φ＝K×d解释出实际套管厚度d。

所述的步骤3)中，比例系数K的计算方法具体为：

按照电磁波在介质中传播时的公式：

B为在介质中传播距离为d时的磁通密度；B₀为在进入介质前的磁通密度；d为传播距离；f为频率；μ为磁导率；σ为电导率；t为时间；

得到电磁波的相位变化φ与传播距离d的关系公式：

当时，

φ＝K×d(3)

根据仪器发射信号穿过套管金属时，发射信号相位变化φ与在套管内的传播距离d的线性关系φ＝K×d，令在套管内的传播距离d为完好井段套管壁厚度D，令发射信号的相位变化φ为300°，计算出比例系数K。

所述的步骤5)中，确定最佳工作频率的具体方法是：

a)初始化测井仪的发射频率f＝5Hz；

b)测井仪单片机控制器发射频率为f的方波信号；

c)单片机控制器检测接收经电路处理后的接收线圈接收的信号；

d)单片机控制器将接收信号与发射信号进行相位比较，并判断相位差φ是否为300°；

e)若φ为300°，则单片机控制器将此发射频率锁定，此频率即为该油井套管条件下，仪器的最佳工作频率f₀；