电极系测井学习总结.doc

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电极系测井学习总结
（修改稿张智勇编辑整理最后更新于2006年1月5日）

电极系：Electrode Array Log

一、电极系的基本概念
（1）、普通电阻率法测井的应用
①划分岩性；
②确定渗透层及侵入带的电阻率；
③确定岩层厚度；
④进行剖面对比；
⑤确定岩层的真电阻率；
⑥定性判断油气、层等。
实质上就是进行 电阻率 测量。

（2）、电阻率法测井测量原理

1、电阻率法测井——是根据自然界中各种不同岩石和矿物的导电能力不同的特点，来区别钻井剖面上的岩石性质的一种方法。岩石导电能力常用电阻率这个物理量来表示。

电极系测井是一种电阻率法测井。

物质的电阻率——数字上等于由该物质所构成的物体的电阻乘以该物体的截面积，除以该物体的长度。电阻单位用Ω时，电阻率单位就是Ω•M。

2、电极系测量原理

埋藏在地下的岩石电阻率，是一个既不能直接观察，又不能直接测量的物理量，只能采取间接测量的方法，即只有给岩石以一定的电流时才能测量出来。所以进行电阻率测井时，都设有供电线路，通过供电电极Ａ、Ｂ供给电流，在井内建立电场，然后测量测量电极M、N之间的电位差。所测的的大小决定于周围介质的电阻率，研究的变化即反映了沿井孔剖面岩层电阻率的变化。因此电阻率法测井的理论实质是研究各种不同介质中电场分布的问题。
测井时，测量电极M、N之间的电位差，并按照下面的公式：
视电阻率：
K称为电极系系数，它只与电极系的尺寸、类型有关。
通过一系列的公式推导，为了使在均匀各向同性介质中测量的视电阻率等于真电阻率，必须：

（3）、电极系的分类

1、为了叙述方便，把电极系中接在同一个线路（指地面仪器中的供电线路或测量线路）中的电极叫做成对电极。而把和在地面上的电极接在同一个线路中的电极叫不成对电极。

按照成对电极和不成对电极的距离之不同，可把电极系分为电位电极系的梯度电极系两大类。
电位电极系：A O M N
，AM < MN，电极距L=AM；
梯度电极系：A M O N
，AM > MN，电极距L=AO。

2、电位电极系：

不成对电极到靠近它的那个成对电极之间的距离，小于成对电极间的距离的电极系称为电位电极系。
电位电极系的电极距L：不成对电极到靠近它那个成对电极之间的距离，即L=AM。
电位电极系的深度记录点：AM的中点O。
在某一位置上测到的视电阻率算作深度记录点上的视电阻率。

理想电位电极系：当成对电极之间的距离相当大时，可以认为距离远的那个成对电极对测量结果没有影响，此时看作电极系只有A、M对测量是有意义的，这种电极系叫理想电位电极系。
，，
此时视电阻率和电位电极系中测量点M的电位成正比，这就是电位电极系名称的来历。

3、梯度电极系

不成对电极到靠近它的成对电极之间的距离大于成对电极间的距离，这种电极系称为梯度电极系。
梯度电极系深度记录点：成对电极MN（或AB）的中点，用O表示。
梯度电极系的电极距：不成对电极A（或M）到记录点O的距离，记作L=AO（或L=MO）。

理想梯度电极系：当电极系中MN（或AB）接近于零时。
，，
此时成对电极M、N和记录点O可以看成一点。所测介质的视电阻率与记录点O处沿着井轴方向的电位梯度成正比，这就是梯度电极系得名得理由。

4、我们现在使用的电极系为梯度电极系

全名：单极供电正装（底部）梯度电极系
正装电极系：成对电极在不成对电极的下方。
用正装梯度电极系测出的电阻率曲线，以明显的极大值显示出高阻岩层的底界面，所以这种电极系又叫底部梯度电极系。

（4）、电极系的探测深度（探测半径）

　　探测半径：radius of investigation
作用：定性地判断测量的视电阻率主要反映的介质范围。
概念：在均匀介质中，以供电电极为中心，以某一半径划一球面，如果球面内包括的介质对电极系测量结果的贡献占到总结果的50%时，则此半径就是该电极系的探测深度（或探测半径）。

电位电极系的探测半径为2AM = 2L；
梯度电极系的探测半径为1.4AO = 1.4L。
一般来说，随着电极距的加大，电极系的探测深度将加大，但是分层能力就越差。但当介质分布情况改变时，探测半径也会有所改变。所以目前各地区的探测半径也不完全一致。应根据所测对象合理地选择，以利于解释中心进行地层对比，准确地划分油、气、水层。

（5）电极系的互换原理

把电极系中的电极和地面电极功能互换（原供电电极改为测量电极；原测量电极必为供电电极），而各极的相对位置不变，则所得到的视电阻率和原来的完全相同，这叫做电极系的互换原理。

二、测电极系之前的准备工作
（1）、物件选择

测电极系需要以下物件：① 电极测试盒；
② 电极刻度盒1；
③ 连接线（包括电源线）；
④ 电极模块PIM（RFTA模块改装）；
⑤ 83转换接头（用于国产仪器与CSU的AH64的配接）；
⑥ 国产9米电极系；
⑦ 加重杆。

（2）、现在使用的国产9米电极系的检查

① 国产9米电极系的结构：
2.5m
4m
4m
2.5m电极
0.5m
83转换头
3 6 4 2 5 1
9m长电极系以及各测量点位置示意图
1.5m

4m电极
0.5m
SP
A供电
加大电流回路，使电流往下走
加重杆
1m
123456
A B C D E F

② 各电极环的缆芯分配及作用

电极环
对应缆芯
对应L2的位置
作　用
备　注
A
3
3
供电
100mA恒流源
20Hz交流方波信号
B
6
6
测量自然电位SP
六个电极环都可以用来测SP，
需要改变深度记录零点
C
4
4
测量2.5米电极R2.5
缆芯4、2可以互换
D
2
2
E
5
5
测量4米电极R4
缆芯5、1可以互换
F
1
1（最头上的一根）

8
7
自然电位回流电极

10
8或9（最后一根）
地线

如果A、C、D电极环有一个通断或绝缘差，可以用B、E、F电极环测2.5m电极。
此时接法：缆芯3接6的位置，缆芯4和2分别接5和1的位置。4米电极测不成。

③ 下井前如何检查：

电极环检查：将直通线的裸露部分用纱纸擦除锈蚀外表，一定要去除氧化层；
用白纱带保护电极环，要每次下井前更换；
外表检查：电极系外表有无损伤、破裂等。
通断检查：使用万用表“×1”量程测量电极环的连线与电极系电缆头缆芯之间的电阻，应＜0.2Ω。
绝缘检查：使用兆欧表检查各电极环的对地外皮绝缘，绝缘电阻＞100MΩ。
? 地面电缆头缆芯的1、2、3、4、5、6对地的电阻为3－4Ω；
在井内，地面电缆头缆芯对地10电阻依照3、6、4、2、5、1的顺序越来越大（因为按此距离电缆距离越来越远），但是不会很大。
? 83转换接头：31芯转19芯接头，国产电极系用19芯。（AH64是10芯转31芯接头）

（3）、电极刻度盒

现在我们能见到的电极刻度盒有下面两种样式：
1 2 3 4 5 6 7 8
0
2
电极刻度盒1
3
1

0
1
A M N B
电极刻度盒2

对于电极刻度盒1：

① 0档：测量端短路，用于电极系和微电极零刻度。
② 1档：测量电阻0.1Ω，用于长电极系正刻度。4米正参考值为40.05（相当于40.05欧姆米）；2.5米正参考值为15.55（相当于40.05欧姆米）。
③ 2档：测量电阻1Ω，用来检查长电极系，4米相当于400欧姆米，2.5米相当于156欧姆米。
④ 3档：测量电阻10Ω，用于微电极正刻度。
微梯度ML1正参考为3（相当于3欧姆米）；微电位ML2正参考为4（相当于4欧姆米）。

注意：4米的K值是400，2.5米的K值是156，0.45米的K值是25.1。
K值的计算公式：

（该电极取心用）
问题：有单位吗？是什么？

对于电极刻度盒2：

这种电极刻度盒只有4个插孔A、M、N、B。这其中A是供电插孔，因此L2的3应该与之连接；B是地线插孔，L2的8与之连接；M、N是测量电极，当L2的1、5分别与之连接时，它刻度的是4m电极，当L2的2、4分别与之连接时，它刻度的是2.5m电极。
如果使用这种电极刻度盒，在进行换线连接时，一定要断电，否则会有110V电击！！！

由于电极刻度盒2的刻度档1档的电阻是电极刻度盒1的刻度档1档电阻（阻值为0.1Ω）的2倍，即是0.2Ω，因此在输入刻度参考值时应改成（SP的不变）：
利用刻度盒1的参考值：15.56 = 155 * 0.1、40 = 400 * 0.1；
利用刻度盒2的参考值：31.12 = 155 * 0.2、80 = 400 * 0.2。
依据公式，其中为电阻，则。

（4）、电极测试盒

结构：电压表、电流表、电源开关、左侧19芯插座、右侧3芯电源插座和10芯连接线的插座
Ⅰ有两档：100mA－测电极系、10mA－测微电极系；
Ⅱ有三档：SP零刻度0档、测井档、SP零刻度1档；
Ⅲ有多档：测井时每调一档SP变化100mV
作用：① 给井下电极系供20Hz交流电；
　　　　供交流电可以防止电极系的电极环长时间通电时被极化。
② 处理来自井下的信号，直流信号送到PIM。

三、CSU配合电极测试盒测量长电极系
（1）、设备连接

9 8 7 6 5 4 3 2 1
V
mA

100mA
10mA
0
1
SP刻
SP调
Power
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ

CSU

PIM
L1
L2
110V
60Hz
电极测试盒
L3

（2）、连线说明

① L1连接PIM模块和电极测试盒的专用线。
它的右端是19芯插头，其中只有1、2、3、4、5、18、19有信号传输。

② 通过电缆刻度
在操作室，L2的1、2、3、4、5、8分别对应插入电缆缆芯头的1、2、3、4、5、10。在地面，电缆头AH64上的1、2、3、4、5、10分别用导线与电极刻度盒1的1、2、3、4、5、8连接。
作用：L2的3是供电电极，1、5是测量4m电极，2、4是测量2.5m电极，6是测量SP电极；L2的8接地到电缆缆芯头的10的位置。

通过现场实际证明，不通过电缆刻度对测井没有影响。
不通过电缆刻度的连线是：在操作室，L2的1、2、3、4、5、8直接对应与电极刻度盒1的1、2、3、4、5、8连接。

③ 下井测量
在操作室，L2的1、2、3、4、5、6、7、8分别对应插入电缆缆芯头的1、2、3、4、5、6、8、10的位置。
作用：L2的8接地到电缆缆芯头的10的位置，L2的7接电缆缆芯头8的位置，作为SP的地面电极。

如果L2是有9根线的，则L2的1、2、3、4、5、6分别对应插入电缆缆芯头的1、2、3、4、5、6的位置，L2的9接地到电缆缆芯头的10的位置，L2的7接电缆缆芯头8的位置，作为SP的地面电极，L2的8就用不到了。

④ L3是电源线，在大车上取110V、50Hz交流电。
在操作上述连线时，Power置于OFF，必须断电工作！！！

（3）、现场刻度、测量过程

① CCS置RFTA档，装入RFTA改装模块PIM，电极测试盒按照上述连线连线正确且旋钮Ⅰ置于100mA刻度测量电极的位置，接通电源开关，交流电压表头指示110V，直流电流表头指示100mA。

② 启动CSU，LOAD程序SDJX，程序自带缺省的仪器串DJX，可以不执行PE TSC，直接转入刻度相R C。

③ 在刻度相，执行PE TMV、PE TPU命令后开始电极系的刻度任务，指令有PE DJX4 INQ/ZM/PM、PE DJX2 INQ/ZM/PM、PE DJXS INQ/ZM/PM，所有刻度的零参考值、正参考值系统已经设定（对于电极刻度盒1来说），即为：

项目
名称
ZERO
PLUS
SP
DJXS
0
100（默认是0，要修改成100）
R25
DJX2
0
15.56
R4
DJX4
0
40

④ 开始刻度过程，L2按照上述电缆刻度的要求连接好后，执行M IN R25或M IN R4监视，做2.5m和4m的零刻度时，电极刻度盒1需要置档位0；做2.5m和4m的正刻度时，电极刻度盒1需要置档位1。

在零刻度时，各测量道的输出电压大约为20mV左右，正刻度时（即在刻度1档位置）各测量道的输出电压大约为800mV左右。而对于SP，在零刻度时，SP测量道的输出电压大约在直流30mV左右，正刻度时（即在刻度100位置）SP测量道的输出电压大约在直流130mV左右。

自然电位刻度不需要电极刻度盒，而是在电极测试盒上进行就可以了。做SP的零刻度和正刻度时，电极测试盒的旋钮Ⅱ的档位分别在0档和1档。做SP刻度时，可以不接任何线，直接通过电极测试盒刻度。SP刻度完成后要将旋钮Ⅱ开关设置到测井档。

观察以上指标基本正常后便可记录刻度值，并计算后获得系统需要的刻度结果即完成刻度操作。下面是某次刻度得到的结果，供参考：

项目
ZERO
PLUS
GAIN
SP
6.8
110.4
.965
R25
28.2
370.4
.045
R4
23.8
681.4
.061

⑤ 刻度完后，转入测井相R L，检查刻度效果，无需设置格式（FORMAT），指令V T，将电极刻度盒置于0档，监视R25、R4的值都在0左右；将电极刻度盒置于1档，监视R25的值应为15.5左右，监视R4的值应为40左右。
将L2的6、7短接，调节电极测试盒的旋钮Ⅲ，监视SP的值应该每次变化100mV。
如果是用的电极刻度盒2，将电极刻度盒置于1档时，监视R25的值应为31.12左右，监视R4的值应为80左右，这样可以判断刻度准确。

⑥ 下井测量：

只有在地面4米、2.5米电极和SP都刻度检查无误了，才可以下井开始测井。
测前保养好电极系，照前面连线说明将L2与电缆缆芯头连接好。地面上将电缆头AH64用83转换接头与电极系连接好，电极系尾端捆锁上加重杆。把SP地面电极放置到能与大地有良好接触的湿地中。

电极系下井后便可供电，当电极系完全浸泡于泥浆或水中才有供电电流，理论上电极系在套管里时，各电极测量通道输出为0，实际操作过程中往往会有一定的干扰成分，但干扰值不得高于2Ωm。SP曲线以mV级单位变化，但受其他外界原因影响SP曲线的基线可能发生漂移，这时可以用面板上的自然电位补偿开关人为的在SP信号上叠加±100mV直流电压来加以补偿。

测井曲线的定义如下（也可以自行定义）：

项目
单位
道位
左边界
右边界
SP
mV
T1
－100
0
R25
ohm.m
T23
0
80
R4
ohm.m
T23
0
80

⑦ 质量控制

长电极系测量速度为2500m/h，在进套管时由于电流容易发生抖动，此时应尽量减慢测井速度。
进套管：4m电极先回零，再过1.5米时2.5m电极回零。
4m电极的回零点深度减去4米才是套管深度；2.5m电极后进套管，回零点深度减去2.5米为套管深度。即回零时供电电极所在位置的深度为套管深度。
电极曲线进入套管后的读值一定小于0.25Ωm，如果曲线在套管里的读值满足这个范围，基本上可以认为电极曲线没有问题。
一般4m比2.5m测得的值高，在泥岩中基本重合。
要和感应曲线或双侧向曲线对比，感应曲线双轨电极曲线也双轨，电极曲线读值和感应读值大致相同。
不要出现大段的平头。

三、便携式测量电极系
（1）、设备连线

测量时，便携式机箱上的接线孔下排的1、2、4、5、6、8、9、10分别连线对应于电缆缆芯的1、2、4、5、6、8、3、10，未列出的接线孔没有用到。如图：

Win98
USB
Power
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

测量时电缆缆芯的功能分别是：

便携机下排的插孔
电缆缆芯头
主要功能
1、5
1、5
4米电极测量
2、4
2、4
2.5米电极测量
9
3
供电
6
6
SP测量
8
8
SP地面电极
10
10
地线

接线孔下下排不要同时接线。刻度时，便携式机箱上的接线孔上排的1、2、4、5、9、10分别连线（同测量的连线）对应于电极刻度盒1的1、2、4、5、3、8，未列出的接线孔没有用到。如下图：

便携机上排的插孔
电极刻度盒
主要功能
1、5
1、5
4米电极刻度
2、4
2、4
2.5米电极刻度
9
3
供电
10
8
地线

（2）、软件操作

① CCS置于测RFTA位置，启动便携式机箱的Win98系统，进入电极系测井程序。
② 仪器串名称选择：1系统测速SPED，2张力TENS，3电极系RT42。
③ 输出参数选择：第四组，深度采样率应为100，每米脉冲数为393.8。
④ 接口控制选择：4米电极，2.5米电极，自然多位，电极恒流源，100mA，多芯传输，自动逻辑。
⑤ 仪器刻度采用普通两点刻度。仪器名选择RT42，参数名为R25、R4，它们分别进行零刻度和正刻度，刻度时的连线如上述，电极刻度盒操作同CSU配合电极测试盒测量电极系时电极刻度盒的操作。
⑥ 刻度完成后，即可按照测量时的连线方式进行正常测井了。

（3）、电极系的信号流程

4米测量道的信号流程，其他道类同。
井下电极产生的20—30Hz方波信号首先经耦合电容C1、C2进入双端输入差分放大器U1，刻度1档产生的信号经其放大后电压约为800mV(6脚)，该信号经U2低通滤波，以滤掉叠加在方波信号上的高频干扰信号，信号经U3跟随整形后进入采样保持器U4的3脚，采样保持器控制端(8脚)信号有电源板产生，保持后的信号由U4的5脚输出进入由U5及其外围电路组成的整流电路，在这里信号由方波信号变成直流信号，U6、U7组成的低通滤波电路使信号平稳输出，此时输出电阻R6上的输出电压约为800mV。

SP信号是以低频直流电压信号，整个线路信号是1:1输入输出的，信号首先进入双端输入差分放大器U29的2、3脚，正刻度时产生的信号经其放大后电压约为120mV(6脚输出)，该信号经U30、U31两个线形放大器及其外围电阻组成的低通滤波电路，以滤掉叠加在SP上的高频干扰信号，最终由R92输出100mV（正刻电压值-零刻电压值）的直流信号送入计算机。

四、便携式测量微电极
A
M
N
地

1、极板：主极板、副极板
　　AM、MN之间的距离1in，M、N的中点为深度记录点。

2、两条曲线：微梯度ML1——A供电，M、N测量VMN；
　　　　　　　　　微电位ML2——A供电，N、对地测量VN。
在泥岩层：ML1≈ML2；在砂岩层：ML1 < ML2。

3、供电：10mA，20Hz

4、连接：

电缆缆芯
1
3
5
10
电极
A
3
N
地

5、电极系的K：梯度K=0.3，电位K=0.4。

6、测量：测前保养好微电极，微电极系的绝缘应大于50MΩ，仪器下井后便可供电，当仪器完全浸泡于泥浆或水中才有供电电流，在淡水泥浆中，理论上微电极系曲线在泥岩井段应基本重合，在渗透层段有明显的差异；层厚大于20cm的夹层也应显示清楚。微电极系的测量速度为1000m/h。

7、信号流程

下面以ML1测量道为例说明信号流程，其他测量道类同。
井下电极产生的20—30Hz方波信号首先经耦合电容C27、C33进入双端输入差分放大器U15，刻度3档产生的信号经其放大后电压约为800mV(6脚)，该信号经U16低通滤波，以滤掉叠加在方波信号上的高频干扰信号，信号经U17跟随整形后进入采样保持器U18的3脚，采样保持器控制端(8脚)信号有电源板产生，保持后的信号由U18的5脚输出进入由U19及其外围电路组成的整流电路，在这里信号由方波信号变成直流信号，U20、U21组成的低通滤波电路使信号平稳输出，此时输出电阻R6上的输出电压约为800mV。

附录：电源板

控制信号发生电路：由U6(CD4049)R27、R32、C7、W1组成的方波信号发生电路，产生320Hz的方波信号，经U7、U41分频后变成20Hz的方波信号，通过非门U6变成相位相反的两路信号CTRL1、CTRL2去控制场效应管Q2、Q4、Q5、Q6的通断，从而使向井下供电的直流恒流源变成以方波交流的方式给电极系供电；各级分频信号经过U42与非门后形成40Hz的脉冲信号去控制采样保持器的保持时间。

恒流源产生电路：110V交流电经整流桥D5整流，C1、C2滤波后成为140V直流电，经由Q9、Q11、N1及其外围部件组成的稳压电路使初级输出电压稳定在100V，调整W2可以改变输出电压幅度。恒流源电路是由Q12、Q13、U8及其外围电路组成，R38、R40采样电阻来选择输出恒流电流的大小（100mA、10mA），R37是输出保护电阻。

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