一种油基泥浆电阻率成像仪器标定电阻盒

技术领域

本发明总体上涉及电阻盒，更具体地涉及油基泥浆电阻率成像仪器的标定电阻盒。

背景技术

随着石油天然气工业的发展，测井技术近年来面临许多新的挑战和难题。在测井技术中，油基泥浆电阻率成像仪器作为针对油基泥浆环境开发的高端测井仪器由于其采样率和分辨率方面的优势而应用越来越广泛。在实际应用中，为了得到准确的井壁地层的细微变化，对电阻率成像仪器的采样率和分辨率的要求越来越高。成像仪器的采样率和分辨率的高低主要取决于成像仪器的极板和电子线路。换言之，成像仪器的极板和电子线路的设计越完善，则成像仪器的采样率和分辨率就越高。因此，需要在设计过程中就以高采样率和分辨率为目标。

参见图1，其示出了现有技术中常用的成像极板的示意图。在图1所示的极板中，上下各有一个用于发射电场的发射电极1和2；中间是五对测量电极：3、3'、4、4'、5、5'、6、6'、7、7'，它们向外突出而高于极板表面以利于顶靠井壁用于测量。

在测量时，极板被推靠在井壁岩石上。由电场定律可知，两两测量电极之间存在电势差，通过测量该电势差的变化就可以得到井壁岩石的电阻率图像，进而可以用来提供井壁附近的岩性、物性、层理、裂缝和溶洞等地质信息。然而，在实际测量中，虽然每路测量电势差的独立接收通道都采用相同设计，但是由于电子元器件个体之间存在差异并且不同极板采用不同的发射频率，所以在测量同一个电势差时可能导致所测量的值有所偏差。而该偏差过大就可能造成分比率的下降，进而导致电阻率图像不能准确反映地层的真实变化，这在测井中需要极力避免。

因此，为了减轻该偏差，需要一种能够尽量弥补相同电路设计中由于电子元器件个体之间存在差异和不同极板采用不同的发射频率造成的差异的装置。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种对极板的测量电极电路归一化从而避免元器件个体差异和不同发射频率造成的偏差的标定电阻盒。

在本发明中，提供一种油基泥浆电阻率成像仪器标定电阻盒，包括第一组和第二组分压电阻器以及第一组和第二组测量电阻器，其中第一组分压电阻器、第一组测量电阻器、第二组测量电阻器、第二组分压电阻器依次串联连接；第一组与第二组测量电阻器之间接地；成像仪器的第一发射电极耦合至第一组分压电阻器不与第一组测量电阻器耦合的一端并且成像仪器的第二发射电极耦合至第二组分压电阻器不与第二组测量电阻器耦合的一端，成像仪器的第一组测量电极耦合在第一组分压电阻器与第一组测量电阻器之间并且成像仪器的第二组测量电极耦合在第二组测量电阻器与第二组分压电阻器之间；第一组和第二组分压电阻器的等效电阻值相等并且第一组和第二组测量电阻器的等效电阻值相等。

在本发明的一个优选实施例中，在所述电阻盒中，第一组和第二组分压电阻器分别包括一个或多个电阻并且第一组和第二组测量电阻器分别包括一个或多个电阻。

在本发明的一个优选实施例中，在所述电阻盒中，如果第一组和第二组分压电阻器包括多个电阻，则多个电阻以以下方式之一连接：串联连接、并联连接、混合方式连接；并且如果第一组和第二组测量电阻器包括多个电阻，则多个电阻以以下方式之一连接：串联连接、并联连接、混合方式连接。

在本发明的一个优选实施例中，在所述电阻盒中，测量电极是纽扣式测量电极。

在本发明的一个优选实施例中，在所述电阻盒中，通过开关控制第一组和第二组分压电阻器以及第一组和第二组测量电阻器分别包括的电阻器的数量。

在本发明的一个优选实施例中，在所述电阻盒中，根据预定的最大测量电压来选择等效电阻值。

在本发明的一个优选实施例中，在所述电阻盒中，电阻器是导线形式。

在本发明的一个优选实施例中，在所述电阻盒中，第一组测量电极的数量与第二组测量电极的数量相等。

在本发明的一个优选实施例中，在所述电阻盒中，每组测量电极的数量为5。

在本发明的一个优选实施例中，在所述电阻盒中，电阻器是可变电阻器。

根据本发明的以上方面可以看出，根据本发明的标定电阻盒具有以下优势：

其使不同极板和不同测量电极测量同一个值，然后根据测量的值进行进一步的归一化处理，从而达到消除频率不同以及电路元器件的差别对测量的影响的目的。

通过结合附图来阅读后面的具体实施方式，可以更好地理解本发明的特征和优点。

附图说明

下面参考结合附图进行下列描述，以便更透彻地理解本公开内容，在附图中：

图1示出了油基泥浆电阻率成像仪器中所使用的极板的示意图。

图2示出了用于图1所示极板的根据本发明的一个实施例的标定电阻盒的电路的示意图。

图3a示出了现有技术中的测量电路的简化图。

图3b示出了根据本发明一个实施例的标定电阻盒电路的简化图。

图4a示出了没有使用根据本发明的实施例的标定电阻盒时的测量数据的屏幕截图。

图4b示出了使用根据本发明的实施例的标定电阻盒时的测量数据的屏幕截图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，在附图中示出了本发明的实施例。然而，可以以许多不同形式来体现本发明，并且不应将其理解为局限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是透彻和完整的，并将向本领域的技术人员全面传达本发明的范围。相同的附图标记自始至终指示相同的元素。

应理解的是,虽然术语“第一”、“第二”等在本文中可以用来描述各种元素，但这些元素不应受到这些术语的限制。这些术语仅用来将一个元素与另一个区别开。

本文所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，并且并不意图限制本发明。除非上下文明确指明，本文所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”意图也包括复数形式。还应理解的是当在本文中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其群组的存在或添加。

除非另外定义，本文所使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员一般理解的相同的意义。还应理解的是应将本文所使用的术语解释为具有与其在本说明书和相关领域的上下文中的意义一致的意义，并且不应以理想化或过度形式化的意义来进行解释，除非在本文中明确地这样定义。

下面，结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

参考图2，图2示出了根据本发明的一个实施例的油基泥浆电阻率成像仪器的标定电阻盒。应该理解，图中仅示出了该标定电阻盒的一个示例。

在该油基泥浆电阻率成像仪器标定电阻盒中，可以包括作为分压电阻器的两组电阻器：第一组可以包括R27、R30、R33、R36、R38；第二组可以包括R22、R28、R31、R34、R37；以及作为测量电阻器的两组电阻器：第一组可以包括R46、R47、R48、R49、R50；第二组可以包括R26、R29、R32、R35、R38。从图2中可以看到，第一组分压电阻器、第一组测量电阻器、第二组测量电阻、第二组分压电阻器这四组电阻器可以是依次串联的。并且，从图2中还可以看到，第一组与第二组测量电阻器之间可以接地。

其中，分压电阻器和测量电阻器的作用在于防止测量的电压过大，以保证测量的电压的最大值在模数转换器(ADC)的饱和电压范围之内，否则将损坏测量电路。为了可以根据实际使用情况调节各组电阻器的等效电阻值，每组电阻器的两端都可以分别连接至开关SW1、SW2、SW3、SW4，通过这些开关SW1、SW2、SW3、SW4的选择，可以在分压电阻器组以及测量电阻器组中得到不同的等效电阻值。

例如，通过开关SW1和SW2可以对第二组分压电阻器的阻值进行选择。例如，通过开关SW1和SW2可以仅将电阻器R22接入电路，则第二组分压电阻器的阻值就等于电阻器R22的阻值20k欧姆。如果通过开关SW1和SW2将电阻器R22和R28接入电路，由于电阻器R22和R28是并联形式，则第二组分压电阻器的阻值就等于该两个电阻器R22和R28的并联电阻r22*r28/r22+r28=20*25/20+25=100/9k欧姆。依次类推，可以以此方式通过4个开关控制每组电阻器的阻值。

结合图1示出的极板的示意图，为了使5对测量电极测量同一电压值，即，图2所示的dv-与dv+之间的电压，电阻盒与极板之间可以如下连接：发射电极1可以与Tx+连接，即发射电极1可以耦合至第一组分压电阻器不与第一组测量电阻器耦合的一端；类似地，发射电极2可以与Tx-连接，即发射电极2可以耦合至第二组分压电阻器不与第二组测量电阻器耦合的一端。第一组测量电极3、4、5、6、7可以耦合至dv+，即可以耦合在第一组分压电阻器与第一组测量电阻器之间；类似地第二组测量电极3'、4'、5'、6'、7'可以耦合至dv-，即耦合在第二组分压电阻器与第二组测量电阻器之间。从图2中的连接方式可以看到，5对测量电极均测量同一电压。

为了使测得的电压值更接近真实值，需要第一组和第二组分压电阻器的等效电阻值相等并且第一组和第二组测量电阻器的电阻值相等。下面通过图3a和图3b来解释这样设计的原因。

图3a示出了现有技术中的测量电路的简化图，并且图3b示出了根据本发明一个实施例的标定电阻盒电路的简化图。

在图3a中，示出了现有技术的电阻率成像极板电路的简化图。R1为走线电阻，即其代表电路板导线长度的总电阻值。R2为分压电阻并且R3为测量电阻，R1、R2、R3三者为串联连接，并且两端分别连接至+v1和-v1。在测井中，测量电极测量的是R3两端的电压V。因此，根据欧姆定律，测量的V本来应该是2v1*R3/(R2+R3)，也即理论上计算是忽略走线电阻R1的。但是实际测量中，测量得到的V是2v1*R3/(R1+R2+R3)，因为导线的电阻是真实存在的并且对测量结果有影响。根据上述两式可以看出，测量由于不能确定的走线电阻而与理论值产生了误差，因此为了尽量避免该误差，本发明设计了标定电阻盒。

图3b示出了根据本发明一个实施例的标定电阻盒电路的简化图。在该图中，比图3a示出的电路图多出了R3和R4两个电阻器，而测量电阻器由两个电阻器R5和R6组成。其中，R4=R1，即表示标定电阻盒的布线长度一样，在该情况下，R2和R3可以分别是两组分压电阻器的等效电阻，并且R5和R6可以分别是两组测量电阻器的等效电阻。在R1=R4、R2=R3、R5=R6的情况下，R1、R4两端的电压相加为0，即不分压，这样测得的V就可以更加接近真实值，因为根据本发明的标定电阻盒电路的对称特点消除了走线长度引入的误差并且分压电阻器和测量电阻器的等效电阻值相等使得测量值十分接近于理论计算。

从图2和图3b可以看出，根据本发明的一个实施例，第一组和第二组分压电阻器可以分别包括一个或多个电阻并且第一组和第二组测量电阻器包括一个或多个电阻。换言之，只要每组电阻器在阻值上满足要求，就可以根据实际情况由一个或多个电阻器组成。并且可以根据使用情况，通过开关或任何合适的手段或装置来选择每组电阻器的等效电阻值。

因此，每组电阻器，不论是分压电阻器组还是测量电阻器组，最终只要满足等效电阻值相等的条件，组中的电阻器如何连接以及如何构成可以不受限制。根据本发明的一个实施例，如果第一组和第二组分压电阻器包括多个电阻，则多个电阻可以以以下方式之一连接：串联、并联连接、混合方式连接；并且如果第一组和第二组测量电阻器包括多个电阻，则多个电阻可以以以下方式之一连接：串联连接、并联连接、混合方式连接。其中，混合方式可以包括串联连接、并联连接等多种形式。即，可以根据实际情况来选择电阻器之间的连接方式，为标定电阻盒的设计提供更大的灵活性。

而且，极板的测量电极的形式也可以在适用的前提下任意选择。根据本发明的一个实施例，测量电极可以是纽扣式测量电极，纽扣形式的电极由于体积小而在狭窄的井下有利于测量，并且因此其与电阻盒的连接也更方便。当然，本领域技术人员应该理解，随着技术的发展，测量电极的形式可以改变。根据本发明实施例的标定电阻盒可以适用于各种测量电极的形式。而在测量电极的数量上，因为一般是形成电极对，所以第一组测量电极的数量与第二组测量电极的数量可以相等并且根据本发明的一个实施例，每组电极的数量可以是5。本领域技术人员应该理解，测量电极的数量可以根据测井情况来选择。例如，可以使用12对测量电极，即每组测量电极的数量为12。

从图2可以看出，为了根据实际情况选择不同的电阻值，在图2所示的实施例中使用了开关来控制电阻器的选择。但是本领域技术人员应该理解，一切可以用来选通电阻器的电路形式都可以使用。诸如机械形式、电容形式等，这为设计电阻盒电路提供了很大的灵活性。当然，在某些情况中，所需要的电阻值不需要改变，则也可以不使用开关来改变电阻值，而是使用一个定值电阻。类似地，通过开关还可以控制第一组和第二组分压电阻器以及第一组和第二组测量电阻器分别包括的电阻器的数量。例如，第一组分压电阻器使用2个电阻器，而第二组分压电阻器仅使用一个电阻器也是可能的，只要保证它们的等效电阻值相等即可。

在选择等效电阻值大小时，可以根据预定的最大测量电压来选择等效电阻值，例如最大电压不应超过模数转换器的饱和电压范围。因此，在实际设计中，可以根据所使用的电子器件的各种范围来确定最大测量电压。

本领域技术人员应该理解，其中使用的电阻器也可以是各种形式。电阻器可以是导线的形式也可以是可变电阻器的形式。在某些情况中，导线本身的电阻可以充当测量电阻或分压电阻。如果需要，测量电阻盒分压电阻也可以采用可变电阻器的形式，这在调节电阻值上将更加方便。总之，在满足设计要求的情况下，可以使用任何形式的电阻器。

在使用了根据本发明的油基泥浆电阻率成像仪器标定电阻盒的情况下，测量结果得到明显改善。从图4a和图4b可以直观地观察到本发明的标定电阻盒带来的改善。图4a和图4b的测量结果来自于图1所示的极板形式，即，使用了五对测量电极。

其中，图4a示出了没有使用根据本发明的实施例的标定电阻盒时测量的数据的屏幕截图。从该图中可以看到，五个测量电极的测量值的差距很大。而图4b示出了使用根据本发明的实施例的标定电阻盒时测量的数据的屏幕截图。从该图中可以看到，五个测量电极的测量值基本一致。虽然仍然存在偏差，但是可以在此基础上调整根据本发明的标定电阻盒的分压电阻器和测量电阻器的阻值以进一步缩小该偏差。

根据上述描述，可以知道，在油基泥浆电阻率成像仪器中使用根据本发明的标定电阻盒可以使测量值更接近于理论计算，从而使成像更准确，分辨率更高。由此，在不增加过多成本的情况下，可以进一步增加测量的精度和速度。而且本电阻盒可以使用各种接口与极板连接，可通过接口快速拆装，从而为测井仪器的使用本身也提供了更大的灵活性。

本领域技术人员将明白，可以用执行相同功能的其他部件适当地进行替换。应当提到，即使在尚未明确提到这一点的那些情况下，参照具体图所解释的特征可以与其他图的特征组合。这样对发明概念的修改旨在于由所附权利要求覆盖。

此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的具体实施例。并且本发明也不限于上文所公开的精确形式。如本领域普通技术人员从本发明的公开中容易认识到的，根据本发明可以利用与这里描述的对应实施例执行实质上相同的功能或实现实质上相同的结果的、当前存在或以后待开发的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。据此，所附权利要求书旨在在其范围内包括这些过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。

虽然上述已经结合附图描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改变、修改和等效替代。这些改变、修改和等效替代都意为落入随附的权利要求所限定的精神和范围之内。