第11卷第6期2011年2月科学技术与工程Vol11No6Feb201116711815(2011)6117105ScienceTechnologyandEngineering2011SciTechEngng地球科学过套管电阻率测井仪信号调理电路的设计耿敏梁华庆曹旭东尹洪东张晓亮(中国石油大学(北京)地球物理与信息工程学院,北京102249)摘要超低频、纳伏级信号的检测,以及强干扰的抑制是过套管地层电阻率测井需要解决的关键问题。根据待测信号的特点,选用超低噪声、低漂移元器件,设计了相应的信号调理电路。测试结果表明,调理电路能有效抑制干扰信号、准确提取有用信号、实现了50nV信号的可靠测量。关键词过套管电阻率测井仪信号调理电路低噪声前置放大低通滤波中图法分类号P631322;文献标志码A过套管电阻率测井技术以其具有探测深度大,钢套管柱上,返回电流电极B位于地面(通常利用受井眼、套管、地层非均质性等因素影响小,可在低邻井套管柱的井口)。孔隙度或低矿化度的地层条件下正常工作等优势,成为目前评价分析剩余油饱和度、测定剩余油评价参数,并利用参数评估油层动用情况的主要手段。国内辽河、新疆、大庆等多家油田先后引进了俄罗斯生产的!317过套管地层电阻率测井仪。在消化吸收国外测井仪技术的基础上,开始了自主研发工作。过套管电阻率测井仪研制的关键之处是超低频极微弱信号的采集与处理技术,目前国内研制的仪器还未能完全满足实际测量要求。本文选用超低噪声、低漂移的元器件,设计了测井仪信号调理电路解决了强干扰抑制、弱信号检测等关,图1测井仪井下测量系统框图键问题。为了计算地层视电阻率,需要分别在上供电1过套管电阻率测井仪测量原理简介(向电极A1供电)和下供电(向电极A2供电)模式下测量以下各值:套管相对于井口远点N的电位过套管电阻率测井仪井下测量系统框图如图1[1]U,M1和N之间的电位差∀U1,N和M2之间的电所示。为了对套管进行大电流供电、给信号U提位差∀U2,以及套管电流I,然后依据公式(1)计算供参考电位、实现井上与井下的数据通讯,采用7芯地层视电阻率。电缆连接井上仪器与井下仪器。井下供电电流约722∀U(IA1)-∀UM2M1(IA1)∀U(IA2)+∀UM2M1(IA2)A,套管上、下供电电流经过电极A1和A2轮流加到#a=k+!IA1IA22010年12月7日收到UN(IA1)∀UM2M1(IA2)-UN(IA2)∀UM2M1(IA1)22第一作者简介:耿敏(1977),女,博士生,讲师,研究方向:弱信号-∀UM2M1(IA1)∀U(IA2)+∀UM2M1(IA2)∀U(IA1)检测与处理、电法测井理论与仪器。Emai:lgengmin2002@163.com。(1)1172科学技术与工程11卷式(1)中,UN(IA1)和UN(IA2)分别为上、下供电模放大倍数约12倍,这样∀U总的放大倍数约10式下,测量电极N同套管接触点的套管电极的电位;560倍。∀UM2M1(IA1)和∀UM2M1(IA2)分别为上、下供电模式2下,电极系的两个边电极电位的一阶差分;∀U(IA1)2和∀U(IA2)分别为上、下供电模式下,所有的三个图2∀U调理电路结构测量电极同套管接触点之间套管段上电位的二阶2.2U调理电路设计差分;IA1和IA2分别为上、下供电模式下,套管处的电流;k为电极系系数。信号U是位于套管中的一个电极与地面井口电极之间的电位差。井口电位通过几千米的测井2信号调理电路设计电缆引入井下测量仪器,在采集U时,供电电源发射的大电流会在此长电缆上感应出大的干扰脉冲,过套管地层电阻率测井仪的发射信号是约0.1如图3所示。感应出的干扰脉冲峰峰值可达几十Hz的超低频方波,由漏电流产生的∀U1、∀U2的变伏。因此,对信号U进行测量的关键是在电路前端化量可能小至nV级。而放大器的短路噪声大小是加入分压和限幅电路,否则根本无法得到可用的和频率开方成反比的。目前国际上精密放大器的信号。短路噪声在0.1Hz处已达到10nV以上,因此超低频极微弱信号的检测目前仍是一个世界性难题。本文选用超低噪声、低漂移的元器件设计前置信号放大和滤波电路[2],降低电路自身产生的系统噪声,并选用高分辨率的24位∀A/D转换器,采用过采样技术,提高微弱信号的测量精度,使仪器的最高测量分辨率达到50nV[35]。2.1∀U调理电路设计∀U调理电路由低噪声前置放大、跟随、调零放大、低通滤波电路构成