1、 第二章 感应测井仪器第五节 感应测井仪的刻度 刻度的目的是建立被测地层的物理量刻度的目的是建立被测地层的物理量与仪器读数之间的对应关系。对感应测井与仪器读数之间的对应关系。对感应测井来说，就是建立均匀介质的电导率与感应来说，就是建立均匀介质的电导率与感应测井仪器读数之间的关系，并以此检查仪测井仪器读数之间的关系，并以此检查仪器，归一化各种仪器的读数。器，归一化各种仪器的读数。 . 测井仪器作为一种测量仪器，刻度的过程和其它测量仪器类似，即给定一个已知的物理量，由测量仪器去测量，以建立物理量与仪器读数之间的关系。比如可以将仪器放置在已知电导率的介质中去测量，以建立电导率和仪器读数之间的对应关系
2、。这就是实体刻度。假如这种对应关系是线性的，对于对应的比例系数的计算，就至少需要在测量范围内的两个点，去计算对应关系的比例因子。. 采用实体刻度时，空气可以算作一种电导率为零的介质，可以刻度仪器的零点。另一种介质可以是水溶液，即用食盐配置的一定电导率的溶液。我们知道，由于整个空间的介质对几何因子都有贡献，所以要建立相当大、相当深的水池，这显然是不经济的。 既然感应测井的理论基础是基于几何因子理论的双线圈系地层单元环模型，那么我们就采用串接有一定电阻的铜环来模拟地层单元环，作为虚拟已知电导率的均匀介质，再把铜环套在线圈系的特殊点上（通常是记录点），进行刻度。这个串接有一定电阻的铜环就称作刻度环。
3、.一、刻度原理 把刻度环套在线圈系的记录点上，进行刻度。刻度环相当于地层单元环，发射线圈中通以电流 ，刻度环中的感生电动势为：miTiTiTCrxnSirje12/3222)(2（2-51）式中 个发射线圈表示第直距离发射线圈到刻度环的垂刻度环半径iixrTi.所以刻度环中的感应电流为：（2-52）式中 为刻度环的阻抗。 jCCCeZeZeIZjeZjXRCLjRZ)1(CLR、式中 分别为刻度环的电阻、电感、电容。.由刻度环中的感应电流所建立的电磁场，在接收线圈中所产生的感应电动势为：（2-53）ijnmjiijijnmjiijgKZXrjgKZRr，121222ijijgK 和式中 是双线
4、圈系的仪器常数和刻度环相对双线圈系的几何因子。 ijnmjiijjRgKeZre，12RLRRjee. 分别为接收线圈感应电动势的实部（即R-信号）和虚部（即X-信号）ijnmjiijijnmjiijgKgKZRr，1122 让刻度环在接收线圈中产生的电动势的实部与按照几何因子理论所计算的电导率为 的均匀介质在接收线圈中所产生的有用信号相等。可得： RLRRee 、.（2-54）CnmjiijijnmjiijKZRrgZRKgKZRr2211222，其中 为刻度环相对复合线圈系的几何因子，那么电导率可以写成： CKZR2将 代入上式，并注意到 可得到： 222XRZ1g.（2-55）0)(22
5、XRKRC解方程（2-55）可以得到刻度环电阻与刻度系数的表达式： 22)2(2XKKRCC实际的刻度环是由很粗的铜导线制作的，本身内阻很小，要实现上式中的电阻，一般是通过串接电阻的方法。（2-56）.同时刻度环中的电抗X主要由刻度环的感抗所决定。串联电阻，就是用来补偿电感存在而引起的感应电流的减小，所以称为“补偿法”。但是补偿法中，随着串接电阻的减小，在接收线圈中引起感应电流的相位角变大，使刻度的线性范围减小，使用受到限制。 这就促使人们想到，如果在刻度环中串接电容C，使感抗和容抗相等，即 01CLX.刻度环路即可实现调谐，环路呈现纯阻性。那么所需串联的电阻为： CKR（2-57）此时刻度环
6、路调谐，所以称为“谐振法”。谐振法消除了电抗X的影响，所以其刻度线性范围大，误差最小。 若串联的电阻远大于电抗X，即X的影响可以忽略，由（2-56），同样会得到（2-57），这种方法称为“自然法”。显然自然法中若电导率越大，电阻R就越小， X的影响就不能忽略，其刻度线性范围有限。. （2-54）和（2-56）式就是刻度的基本公式。其中在计算所需的串联电阻时，可以导出出不同的刻度方法： 1）补偿法（完全按照（2-56）计算R) 2）谐振法（串接C，使X=0） 3）自然法（ 直接忽略X)CKZR2（2-54）22)2(2XKKRCC（2-56）CLLR1,. 按照（2-54）和（2-56）式计算时
7、，一般对电阻、阻抗等可以直接测量，也可以由计算得到。实际工程中以实测法最为简单实用。 刻度系数KC需要根据定义计算。根据（2-54）式，刻度系数KC为：nmjiijijnmjiijCKgKrrgK，1122（2-60）. 当刻度环的直径比各个线圈长度大很多时，可以将线圈视作点状，同地层单元环模型中的线圈系系数、几何因子的计算公式一样，那么刻度系数记为KD：nmjiijRjTinmjiRjTiRjTiDLnnllnnrK，11334（2-61）22iTixrl22jRjyrl其中. 如果不能把线圈视作点状，则将线圈看出由多个单元发射线圈 和多个接收线圈 组成。按照每对双线圈系进行积分，最后将所有
8、的 个双线圈系的结果求和即可得到积分的刻度系数，记为KI：nmjiijnmjiijIWSrK，114（2-65）TRnm .上式中的 、 见p127页（2-63）和（2-64）。 点状法计算的刻度系数 与积分法计算的刻度系数 是有差别的。当刻度环直径很大时，线圈可以当作点状，积分刻度系数和点状刻度系数的差别在误差范围内。否则点状法所计算的刻度系数比较小，使视电导率的读数偏低。ijSijWDKIK.二、最佳刻度环直径和最佳刻度点引导看图 图2-50 6ILD-0.8线圈系等几何因子图 图2-51 6ILD-0.8线圈深感应线圈系刻度 系数K与刻度位置Z的关系最佳刻度环直径：具有最大几何因子的刻度
9、 环半径。最佳刻度点：使刻度环的刻度系数最大的 刻度点（同时 接近0）ZK.三、刻度步骤（以DIT-D为例）刻度方法分类：1）车间刻度 采用两点刻度（自由空间“零”电导率和刻 度环模拟500mS/m刻度）2） 现场刻度 采用继电器控制短路放大器输入（相当于“零”电导率信号）和“刻度”继电器控制输入相当于500mS/m的电信号给放大器输入（亦称内刻度）.刻度步骤 车间刻度步骤（仪器状态为测量）1）仪器零测量 仪器处于自由空间，读得“零”电导率信号。显然存在着线圈系误差和电误差，所以仪器在“零”电导率输入下，输出信号读数为：允许的误差是 电误差线圈系误差TLZM15mS/m0.2） 刻度环测量 将
10、刻度环放在仪器的刻度点上。所测得的结果经过趋肤效应校正后为500mS/m的电导率值。其中R=5.11 （深感应），应产生的电信号对应于406.52mS/m的电导率。由于存在线圈系误差和电误差，其读数有误差，这个读数称为TLPM(仪器加测量）值：电误差线圈系误差 52.406TLPM%2 .0刻度是在介质电导率和仪器测量信号之间存在线性关系的基础上建立的，因此可以求得线性假设下的比例关系（增益）为：.TLZMTLPM 52.406增益3) 电零误差和偏置测量 利用井下“零”继电器将电子线路断开，使信号放大器输入短路，这时读得的值称为电零测量值，记为EZM，其值为：电零误差EZM允许EZM值得变化
11、范围为：mmS /60.由于校正的直线不过零点，所以有一个偏置，其值为：增益）（电零误差偏置偏置和增益都存贮在CSU中备用。4）电加测量 利用刻度继电器把下井仪器的内刻度信号送入电路中，这时读得的原始电导率值称为电加测量值，记为EPM:电零误差刻度信号 EPM.内刻度时要调整电阻给出406.52mS/m的信号，这是非常困难的。为此计算一个“加”参考值，将其存入表中以便现场刻度时使用。增益（“加”参考值)EZMEPM通过内刻度的结果加“加”参考值，再经过趋肤效应校正，应该得到500mS/Mde 电导率值。允差一般可达 1%。.5） 计算出线圈系误差 显然线圈系误差为：EZMTLZM线圈系误差线圈系误差的校正值为：增益)(EZMTLZMDSEC以上数据将保存在常数表中，供信号处理流程中对信号进行线圈系、电零、增益、偏置等的处理。.现场刻度 （自学） 现场刻度时，直接读取线圈系误差的校正值DSEC和“加”参考值。其它值利用“零”和“刻度”两档进行重新测量和计算，以刻度仪器和检查其一致性等。.
