一种井中大功率电磁脉冲发射装置 |
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| 申请号 | CN201110039340.1 | 申请日 | 2011-02-17 | 公开(公告)号 | CN102147484B | 公开(公告)日 | 2012-08-29 |
| 申请人 | 长江大学; | 发明人 | 胡文宝; 王军民; 罗明璋; 张辉; 徐菲; 杨旭辉; 魏勇; 雷鸣; 董浩斌; 严良俊; 熊晓东; 胡家华; 杨居朋; 王林松; 付永前; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种井中大功率电磁脉冲发射装置，包括有地面仪器和井下仪器。地面仪器的核心为工控机，由深度/磁记号/GPS 信号 记录、曼彻斯特编解码、 电缆 驱动三个模 块 组成；深度/磁记号/GPS信号记录、曼彻斯特编解码模块分别通过两个串口与工控机相接；电缆驱动模块利用幻像供电的原理，通过电缆与井下仪器连接；井下仪器中依次设有交流电升压模块、储能电容器、发射线圈、 数据采集 模块，还设有高压放电 开关 和计算机操纵的 控制器 。井下仪器由地面仪器通过电缆供电。它可以在 套管 井中实现瞬时大功率的脉冲 磁场 激发，并完成对井中发射 波形 、接收信号的全时段数据记录，为评价开发油藏储层中剩余油分布状态的井中电磁探测方法提供观测系统。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种井中大功率电磁脉冲发射装置，包括有地面仪器和井下仪器，地面仪器的核心为工控机，由深度/磁记号/GPS信号记录、曼彻斯特编解码、电缆驱动三个模块组成；深度/磁记号/GPS信号记录、曼彻斯特编解码模块分别通过两个串口与工控机相接；电缆驱动模块利用幻像供电的原理，通过电缆与井下仪器连接；其特征在于：井下仪器中从前到后依次设有交流电升压模块、储能电容器、发射线圈、数据采集模块，其内还设有高压放电开关和计算机操纵的控制器，各部件设在插板上再插入外壳中；井下仪器由地面仪器通过电缆供电；所述升压模块为交流-直流转换电路；所述储能电容器为电解电容器，通过多个升压模块并联给多个相互串联的电解电容器充电，通过计算机控制可控硅的导通角，控制电容器充电的电流大小，以控制充电电压的高低。 |
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| 说明书全文 | 一种井中大功率电磁脉冲发射装置技术领域[0001] 本发明涉及井中地球物理测量的控制技术及硬件实现，特别是一种在套管井中实现瞬时大功率的脉冲磁场激发，并观测感应电动势随时间的变化，为评价开发油藏储层中剩余油分布状态的井中电磁探测方法提供观测系统。 背景技术[0002] 电法勘探要想取得好的地质效果，最好的办法就是增强供电场源。目前野外的工业电流干扰极大，其信噪比是50年代的几十或几百分之一，所以就必须增加几十到几百倍的场源功率，用以压制这种强大的干扰。 [0003] 当信噪比很小时，采用多次叠加平均的办法，虽然可使曲线的光滑度得到改善，但是噪声电平在响应值中占的“权”仍然很大，所以有时将异常平均掉了，或平均出了假异常，这在误差理论中已有论述。30年前，前苏联和美国都用过1000安培的大型发电机，同时也用小线框，并取得一定的地质效果。那个年代增加供电功率与增加供电设备的体积重量成正比，例如当时2000安培发电设备需两辆大型汽车拖动，这样使得勘探工作很不方便。 发明内容 [0004] 本发明的目的是提供一种井中大功率电磁脉冲发射装置，使其可以在套管井中实现瞬时大功率的脉冲磁场激发，并完成对井中发射波形、接收信号的全时段数据记录，为评价开发油藏储层中剩余油分布状态的井中电磁探测方法提供观测系统。 [0005] 本发明的目的由以下技术方案来实现： [0006] 本发明包括地面仪器和井下仪器两部分组成，地面仪器通过电缆对井下仪器进行供电和控制。 [0007] 1)地面仪器 [0008] 地面仪器以工控机为核心，由深度/磁记号/GPS信号记录、曼彻斯特编解码、电缆驱动三个模块组成。深度/磁记号/GPS信号记录、曼彻斯特编解码模块分别通过两个串口和工控机进行通信。电缆驱动模块利用幻像供电的原理，通过四根电缆给井下仪器供电和通信。 [0009] 2)井下仪器 [0010] 井下仪器中从前到后依次设有交流电升压模块、整流器、储能电容器、发射线圈、数据采集模块，其内还设有高压放电开关和计算机操纵的控制器；各部件设在插板上再插入外壳中；井下仪器由地面仪器通过电缆供电。 [0011] 本发明是通过多个升压模块并联给串联的电解电容器充电，通过计算机控制可控硅的导通角，控制电容器充电的电流大小，同样也可以控制充电电压的高低。 [0012] 所述升压模块为交流-直流转换电路，升压采用50Hz工频变压器。高压存储电容器为电解电容器，控制器由计算机控制管理。发射线圈是耐高温的导线分段绕制的同轴螺线管，内嵌有铁芯。 [0013] 所述外壳为非磁性材料。 [0014] 所述电压为220V频率为50Hz的交流电。升高的电压可通过增加模块的数量来调整，一般为2.0KV--3.5KV。 [0015] 所述发射线圈与高压放电开关所形成的大功率脉冲发射源包括： [0016] 脉冲波形为拟高斯脉冲； [0017] 脉冲瞬时电流最大值＞100A； [0018] 脉冲瞬时功率最大值＞100kW； [0019] 脉冲宽度＞20ms。 [0020] 所述数据采集模块与高压放电开关的启动相同步，同步精度＜0.1us。 [0021] 本发明的有益效果： [0022] 本发明是将220V交流电升高整流后给电容器充电，电容器由功率开关向发射线圈放电。由于电容器的内阻很小且容量很大，因而可输出瞬间高达数百安培脉冲大电流，能量比高、轻便，能提供功率很强的大功率激励磁偶极场源。它可以了解钢套管外电导率的变化，发现更多的油、气资源。工作时无需洗井，探测半径大。在获得很大的瞬时电流的同时，电源的平均功率消耗不大，目前大多数测井仪器无法突破钢套管的束缚，在钢套管井中无法使用。而该仪器装置的发明，可以突破钢套管的束缚。由于平均功率小，测井仪器的电缆无需任何改动都可以连接，降低了使用成本。 [0023] 本发明采用特殊技术，将所有的供电与测量设备装在管内，勘探人员可以在地面控制仪器进行勘探工作。这个装置大大地减轻了仪器的重量，同时还节约了能源，且瞬间功率巨大。大功率电磁脉冲的响应值，用电导率来描述井间周围分布，可以看到与地质结构有关的信息，为评价开发油藏储层中剩余油分布状态的井中电磁探测方法提供 了一种有效的观测系统。本发明也可以用于以下场合： [0024] 1、中、深层的矿产勘察。 [0028] 图1为本发明的仪器系统工作示意图； [0029] 图2为本发明的井下仪器工作原理示意图； [0030] 图3为本发明产生的拟高斯脉冲激励电流波形图； [0031] 图4为本发明设计的升压模块电路原理示意图； [0032] 图5为本发明实现的井下大功率电磁脉冲发射装置原理示意图； [0033] 图6为本发明实现的正负电压脉冲波形示意图。 具体实施方式[0034] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述，但实施例不应理解为对本发明的限制。 [0035] 参阅图1，本发明的整个系统由地面仪器1和井下仪器2两部分组成。地面仪器1通过电缆对井下仪器2进行供电和控制。 [0036] 本发明实现的井下大功率电磁脉冲发射装置原理如图2所示。由地面仪器1提供交流电，经整流器3通过开关4给电容器5充电。当充电完成后，开关4断开整流器3，接通发射线圈6，电解电容器5中储存的电能瞬间(＜100ms)释放完，形成如图3所示的拟高斯脉冲波形7。 [0037] 升压模块工作流程(见图4)： [0038] 220V/50Hz交流电通过开关8、升压变压器9，将220V电压升高到400V×2，即V1＝V2＝400V。控制电路14①在交流电的正半周时，通过控制可控硅10的导通角，控制向电解电容器12中充电的电流由小变大，保持电容器两端的电压逐步上升。同理，在交流电的负半周时，控制器14②由可控硅11向电容器13上的电压逐渐上升。当充电到达预定电压时，控制器14自动停止充电，开关8断开切断供电回路。15为降压变压器，为控制器14提供电源。 [0039] 发射装置工作流程(见图5、图6)： [0040] 升压装置16、17、18开始工作，分别对电解电容器22、23、24逐步充电，此时升压模块19、20、21是停止工作的。当充电到预定电压时，功率开关28导通，通过发射线圈30瞬间放电(时间＜100ms)形成如图6所示的电压波形31。此后升压模块19、20、21开始工作，分别对电容器25、26、27充电，到达预定电压后，功率开关29导通，形成如图6所示的波形32。上述形成的电磁波可以穿透钢套管。 [0041] 在图5中的功率开关28、29工作过程中，触发数据采集。为提高信噪比，该点发射可以为分别发射10-100次。 |
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