專利名稱：一種井中大功率電磁脈沖發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及井中地球物理測量的控制技術(shù)及硬件實現(xiàn)，特別是一種在套管井中實 現(xiàn)瞬時大功率的脈沖磁場激發(fā)，并觀測感應(yīng)電動勢隨時間的變化，為評價開發(fā)油藏儲層中 剩余油分布狀態(tài)的井中電磁探測方法提供觀測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電法勘探要想取得好的地質(zhì)效果，最好的辦法就是增強供電場源。目前野外的工 業(yè)電流干擾極大，其信噪比是50年代的幾十或幾百分之一，所以就必須增加幾十到幾百倍 的場源功率，用以壓制這種強大的干擾。當(dāng)信噪比很小時，采用多次疊加平均的辦法，雖然可使曲線的光滑度得到改善，但 是噪聲電平在響應(yīng)值中占的“權(quán)”仍然很大，所以有時將異常平均掉了，或平均出了假異常， 這在誤差理論中已有論述。30年前，前蘇聯(lián)和美國都用過1000安培的大型發(fā)電機，同時也 用小線框，并取得一定的地質(zhì)效果。那個年代增加供電功率與增加供電設(shè)備的體積重量成 正比，例如當(dāng)時2000安培發(fā)電設(shè)備需兩輛大型汽車拖動，這樣使得勘探工作很不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種井中大功率電磁脈沖發(fā)射裝置，使其可以在套管井中實 現(xiàn)瞬時大功率的脈沖磁場激發(fā)，并完成對井中發(fā)射波形、接收信號的全時段數(shù)據(jù)記錄，為評 價開發(fā)油藏儲層中剩余油分布狀態(tài)的井中電磁探測方法提供觀測系統(tǒng)。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案來實現(xiàn)本發(fā)明包括地面儀器和井下儀器兩部分組成，地面儀器通過電纜對井下儀器進行 供電和控制。1)地面儀器地面儀器以工控機為核心，由深度/磁記號/GPS信號記錄、曼徹斯特編解碼、電纜 驅(qū)動三個模塊組成。深度/磁記號記錄、曼徹斯特編解碼模塊分別通過兩個串口和工控機 進行通信。電纜驅(qū)動模塊利用幻像供電的原理，通過四根電纜給井下儀器供電和通信。2)井下儀器井下儀器中從前到后依次設(shè)有交流電升壓模塊、整流器、儲能電容器、發(fā)射線圈、 數(shù)據(jù)采集模塊，其內(nèi)還設(shè)有高壓放電開關(guān)和計算機操縱的控制器；各部件設(shè)在插板上再插 入外殼中；井下儀器由地面儀器通過電纜供電。本發(fā)明是通過多個升壓模塊并聯(lián)給串聯(lián)的電解電容器充電，通過計算機控制可控 硅的導(dǎo)通角，控制電容器充電的電流大小，同樣也可以控制充電電壓的高低。所述升壓模塊為交流-直流轉(zhuǎn)換電路，升壓采用50Hz工頻變壓器。高壓存儲電容 器為電解電容器，控制器由計算機控制管理。發(fā)射線圈是耐高溫的導(dǎo)線分段繞制的同軸螺 線管，內(nèi)嵌有鐵芯。所述外殼為非磁性材料。
所述電壓為220V頻率為50Hz的交流電。升高的電壓可通過增加模塊的數(shù)量來調(diào) 整,一般為 2. OKV-3. 5KV。所述發(fā)射線圈與高壓放電開關(guān)所形成的大功率脈沖發(fā)射源包括脈沖波形為擬高斯脈沖；脈沖瞬時電流最大值> 100A ；脈沖瞬時功率最大值> IOOkW ；脈沖寬度> 20ms。所述數(shù)據(jù)采集模塊與高壓放電開關(guān)的啟動相同步，同步精度< 0. Ius0本發(fā)明的有益效果本發(fā)明是將220V交流電升高整流后給電容器充電，電容器由功率開關(guān)向發(fā)射線 圈放電。由于電容器的內(nèi)阻很小且容量很大，因而可輸出瞬間高達數(shù)百安培脈沖大電流，能 量比高、輕便，能提供功率很強的大功率激勵磁偶極場源。它可以了解鋼套管外電導(dǎo)率的變 化，發(fā)現(xiàn)更多的油、氣資源。工作時無需洗井，探測半徑大。在獲得很大的瞬時電流的同時， 電源的平均功率消耗不大，目前大多數(shù)測井儀器無法突破鋼套管的束縛，在鋼套管井中無 法使用。而該儀器裝置的發(fā)明，可以突破鋼套管的束縛。由于平均功率小，測井儀器的電纜 無需任何改動都可以連接，降低了使用成本。本發(fā)明采用特殊技術(shù)，將所有的供電與測量設(shè)備裝在管內(nèi)，勘探人員可以在地面 控制儀器進行勘探工作。這個裝置大大地減輕了儀器的重量，同時還節(jié)約了能源，且瞬間功 率巨大。大功率電磁脈沖的響應(yīng)值，用電導(dǎo)率來描述井間周圍分布，可以看到與地質(zhì)結(jié)構(gòu)有 關(guān)的信息，為評價開發(fā)油藏儲層中剩余油分布狀態(tài)的井中電磁探測方法提供了一種有效的 觀測系統(tǒng)。本發(fā)明也可以用于以下場合1、中、深層的礦產(chǎn)勘察。2、地?zé)帷⒚禾?、地下水等的勘查?、石油、天然氣的勘查。4、工程及地質(zhì)災(zāi)害等技術(shù)領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明的儀器系統(tǒng)工作示意圖；圖2為本發(fā)明的井下儀器工作原理示意圖；圖3為本發(fā)明產(chǎn)生的擬高斯脈沖激勵電流波形圖；圖4為本發(fā)明設(shè)計的升壓模塊電路原理示意圖；圖5為本發(fā)明實現(xiàn)的井下大功率電磁脈沖發(fā)射裝置原理示意圖；圖6為本發(fā)明實現(xiàn)的正負(fù)電壓脈沖波形示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述，但實施例不應(yīng)理解為對本發(fā)明的 限制。參閱圖1，本發(fā)明的整個系統(tǒng)由地面儀器1和井下儀器2兩部分組成。地面儀器1 通過電纜對井下儀器2進行供電和控制。
本發(fā)明實現(xiàn)的井下大功率電磁脈沖發(fā)射裝置原理如圖2所示。由地面儀器1提供 交流電，經(jīng)整流器3通過開關(guān)4給電容器5充電。當(dāng)充電完成后，開關(guān)4斷開整流器3，接通 發(fā)射線圈6，電解電容器5中儲存的電能瞬間(< 100ms)釋放完，形成如圖3所示的擬高斯 脈沖波形7。升壓模塊工作流程(見圖4)220V/50HZ交流電通過開關(guān)8、升壓變壓器9，將220V電壓升高到400V X 2，即V1 = V2 = 400V。控制電路14①在交流電的正半周時，通過控制可控硅10的導(dǎo)通角，控制向電 解電容器12中充電的電流由小變大，保持電容器兩端的電壓逐步上升。同理，在交流電的 負(fù)半周時，控制器14②由可控硅11向電容器13上的電壓逐漸上升。當(dāng)充電到達預(yù)定電壓 時，控制器14自動停止充電，開關(guān)8斷開切斷供電回路。15為降壓變壓器，為控制器14提供電源。發(fā)射裝置工作流程(見圖5、圖6)升壓裝置16、17、18開始工作，分別對電解電容器22、23、24逐步充電，此時升壓模 塊19、20、21是停止工作的。當(dāng)充電到預(yù)定電壓時，功率開關(guān)28導(dǎo)通，通過發(fā)射線圈30瞬 間放電(時間< 100ms)形成如圖6所示的電壓波形31。此后升壓模塊19、20、21開始工 作，分別對電容器25、26、27充電，到達預(yù)定電壓后，功率開關(guān)四導(dǎo)通，形成如圖6所示的波 形32。上述形成的電磁波可以穿透鋼套管。在圖5中的功率開關(guān)觀、四工作過程中，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集。為提高信噪比，該點發(fā)射 可以為分別發(fā)射10-100次。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明的基本構(gòu)思或等同技術(shù)的范圍，則 本發(fā)明也應(yīng)該包含這些改動和變型在內(nèi)。本說明書中若有未作詳細描述的內(nèi)容，則屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的技術(shù)， 此處不再贅述。
權(quán)利要求
1.一種井中大功率電磁脈沖發(fā)射裝置，包括有地面儀器，地面儀器的核心為工控機，由 深度/磁記號/GPS信號記錄、曼徹斯特編解碼、電纜驅(qū)動三個模塊組成；深度/磁記號記 錄、曼徹斯特編解碼模塊分別通過兩個串口與工控機相接；電纜驅(qū)動模塊利用幻像供電的 原理，通過電纜與井下儀器連接；其特征在于井下儀器中從前到后依次設(shè)有交流電升壓 模塊、儲能電容器、發(fā)射線圈、數(shù)據(jù)采集模塊，其內(nèi)還設(shè)有高壓放電開關(guān)和計算機操縱的控 制器，各部件設(shè)在插板上再插入外殼中；井下儀器由地面儀器通過電纜供電。
2.如權(quán)利要求1所述的一種井中大功率電磁脈沖發(fā)射裝置，其特征在于所述升壓模 塊為多個升壓模塊相并聯(lián)，再與多個相互串聯(lián)的電解電容器相連。
3.如權(quán)利要求1所述的一種井中大功率電磁脈沖發(fā)射裝置，其特征在于所述發(fā)射線 圈為耐高溫的導(dǎo)線分段繞制的同軸螺線管，內(nèi)嵌有鐵芯。
4.如權(quán)利要求1所述的一種井中大功率電磁脈沖發(fā)射裝置，其特征在于所述外殼為 非磁性材料。
5.如權(quán)利要求1或3所述的一種井中大功率電磁脈沖發(fā)射裝置，其特征在于所述發(fā) 射線圈與高壓放電開關(guān)所形成的大功率脈沖發(fā)射源包括脈沖波形為擬高斯脈沖；脈沖瞬時電流最大值> 100A ；脈沖瞬時功率最大值> 100kW ；脈沖寬度> 20ms。
6.如權(quán)利要求1所述的一種井中大功率電磁脈沖發(fā)射裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采 集模塊與高壓放電開關(guān)的啟動相同步，同步精度< 0. 1us。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種井中大功率電磁脈沖發(fā)射裝置，包括有地面儀器和井下儀器。地面儀器的核心為工控機，由深度/磁記號/GPS信號記錄、曼徹斯特編解碼、電纜驅(qū)動三個模塊組成；深度/磁記號記錄、曼徹斯特編解碼模塊分別通過兩個串口與工控機相接；電纜驅(qū)動模塊利用幻像供電的原理，通過電纜與井下儀器連接；井下儀器中依次設(shè)有交流電升壓模塊、儲能電容器、發(fā)射線圈、數(shù)據(jù)采集模塊，還設(shè)有高壓放電開關(guān)和計算機操縱的控制器。井下儀器由地面儀器通過電纜供電。它可以在套管井中實現(xiàn)瞬時大功率的脈沖磁場激發(fā)，并完成對井中發(fā)射波形、接收信號的全時段數(shù)據(jù)記錄，為評價開發(fā)油藏儲層中剩余油分布狀態(tài)的井中電磁探測方法提供觀測系統(tǒng)。
文檔編號G01V3/30GK102147484SQ201110039340
公開日2011年8月10日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月17日
發(fā)明者嚴(yán)良俊, 付永前, 張輝, 徐菲, 楊居朋, 楊旭輝, 熊曉東, 王軍民, 王林松, 羅明璋, 胡家華, 胡文寶, 董浩斌, 雷鳴, 魏勇 申請人:長江大學(xué)