專利名稱：一種井下雙層介質(zhì)介電常數(shù)的測量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量井下雙層介質(zhì)介電常數(shù)的儀器，屬于石油鉆井、測井技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在油氣勘探、開發(fā)過程中，一般是利用電阻率來區(qū)分油水層，然而在地層水為淡水或微咸水時(shí)，含水層和含油層的電阻率之間的差異較小，不能精確計(jì)算出含油量，而水的相對介電常數(shù)(80左右)和油的相對介電常數(shù)O 4)相差很大，故可以通過測量介電常數(shù)來判斷含油層的存在。在現(xiàn)有技術(shù)中，采用開路同軸線來測量井下介質(zhì)介電常數(shù)的儀器是通過測量開路終端的反射系數(shù)來確定介質(zhì)的介電常數(shù)。它的主要原理是同軸線與待測介質(zhì)直接接觸，在同軸線加上高頻源，通過測量同軸線的反射波來得到反射系數(shù)，從而確定介質(zhì)的介電常數(shù)。 現(xiàn)有方法只能測量單層均勻介質(zhì)的介電常數(shù)，而實(shí)際測量中需要測量層狀地層的介電常數(shù)，所以現(xiàn)有儀器測量不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有井下介質(zhì)介電常數(shù)測量技術(shù)存在的不足，提供一種準(zhǔn)確測量井下雙層介質(zhì)介電常數(shù)的測量方法，同時(shí)提供一種實(shí)現(xiàn)該方法的測量系統(tǒng)。本發(fā)明的井下雙層介質(zhì)介電常數(shù)的測量方法，是將開路同軸終端及被測地層視為并聯(lián)的電容，開路同軸終端將高頻信號送入被測地層，測得開路終端的反射系數(shù)，由此計(jì)算得出介電常數(shù)，具體包括以下步驟(1)在井壁上固定開路同軸終端；(2)在開路同軸終端上加載高頻信號，測量反射回來的高頻信號；(3)測量系統(tǒng)由高頻反射信號得到反射系數(shù)；(4)通過反射系數(shù)計(jì)算得到介質(zhì)的介電常數(shù)；(5)在同一位置采用不同頻率測量，得到地層的地質(zhì)特性，如形狀，濕度等；(6)在井壁不同的位置重復(fù)以上步驟，得到整個(gè)井的地質(zhì)特性。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)上述方法的井下雙層介質(zhì)介電常數(shù)測量系統(tǒng)采用以下技術(shù)方案該井下雙層介質(zhì)介電常數(shù)測量系統(tǒng)，包括掃頻信號發(fā)生器、探頭、短路塊、S參數(shù)測定儀、轉(zhuǎn)化器、網(wǎng)絡(luò)分析儀和極坐標(biāo)圓圖顯示儀；掃頻信號發(fā)生器與探頭、S參數(shù)測定儀、 網(wǎng)絡(luò)分析儀相連接，掃頻信號發(fā)生器用于提供高頻信號；探頭與S參數(shù)測定儀的一個(gè)輸入口連接，探頭接收高頻反射波；短路塊與S參數(shù)測定儀的另一個(gè)輸入口連接，以校正測量誤差；S參數(shù)測定儀與轉(zhuǎn)換器連接，S參數(shù)測定儀將被測信號與掃頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的參考信號進(jìn)行比較送入轉(zhuǎn)換器中；轉(zhuǎn)換器與網(wǎng)絡(luò)分析儀連接，轉(zhuǎn)化器將被測信號與參考信號的幅度、相位差轉(zhuǎn)化為射頻電信號送入網(wǎng)絡(luò)分析儀中進(jìn)行分析；網(wǎng)絡(luò)分析儀與極坐標(biāo)圓圖顯示儀連接，網(wǎng)絡(luò)分析儀將處理后的信號送入極坐標(biāo)圓圖顯示儀中顯示。
所述探頭由電纜線、連接頭、開路同軸終端三部分構(gòu)成，連接頭和開路同軸終端分別與電纜線的兩端連接。同軸電纜為50歐姆標(biāo)準(zhǔn)軟同軸線。連接頭與S參數(shù)測定儀相連， 開路同軸終端直接與井下介質(zhì)相接觸。井下介質(zhì)可以是鉆井液、泥餅或者是地層。井眼內(nèi)是鉆井液，井眼壁外是泥餅或者地層，雙層介質(zhì)可以是泥漿、泥餅，或者泥漿、地層，或者兩層地層。本發(fā)明通過終端開路同軸線探測雙層介質(zhì)介電常數(shù)，能準(zhǔn)確地測量井下雙層介質(zhì)的介電常數(shù)，從而準(zhǔn)確的探明地層的含油氣狀態(tài)。


圖1是本發(fā)明測量方法的示意圖。圖2是本發(fā)明測量方法的等效電路圖。圖3是本發(fā)明的測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明井下雙層介質(zhì)介電常數(shù)的測量方法所采用的基本原理是將開路同軸終端及被測介質(zhì)視為并聯(lián)的電容，通過掃頻信號發(fā)生器產(chǎn)生高頻信號，經(jīng)開路同軸終端進(jìn)入被測介質(zhì)，測得開路終端的反射系數(shù)，由此計(jì)算得出雙層介質(zhì)的介電常數(shù)。圖1中開路同軸終端為Teflon填充的特性阻抗為50歐姆的終端開路同軸線，ε ^ ε 2是第一層和第二層介質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)，雙層介質(zhì)可以是泥漿和泥餅，或者泥漿和地層， 或者是兩層地層。在井壁上固定開路同軸終端，在開路同軸終端上加載高頻信號，測量反射回來的高頻信號，測量系統(tǒng)由高頻反射信號得到反射系數(shù)，通過反射系數(shù)計(jì)算得到介質(zhì)的介電常數(shù)，在同一位置采用不同頻率測量，得到地層的地質(zhì)特性，如形狀，濕度等，在井壁不同的位置重復(fù)以上步驟，得到整個(gè)井的地質(zhì)特性。圖2給出了測量雙層介質(zhì)的等效電路圖。忽略輻射電導(dǎo)時(shí)，測量雙層介質(zhì)時(shí)的終端阻抗可以等效為幾個(gè)電容的并聯(lián)，總的終端開路同軸線復(fù)電容為Ct = Cf+C0 ε ^C1 (ε 2- ε》。Cf表示開路同軸終端內(nèi)側(cè)造成的邊緣電容效應(yīng)，對于一個(gè)固定開路同軸終端來說它的值為一個(gè)常數(shù)，與介質(zhì)的特性無關(guān)。Ctl是開路同軸終端與空氣相接觸時(shí)的電容值，它也為一固定的值，基本不隨頻率而變化。C1S第二層電容參數(shù)，它與同軸線的幾何尺寸以及第一層介質(zhì)的厚度有關(guān)。根據(jù)傳輸線理論，終端反射系數(shù)可以表示為
r=T7$||'Zo50 Μ, ωSJfimffi1各胃車白勺β
射系數(shù)，便可求出探頭總電容G=T^xg。對于一個(gè)固定的開路同軸終端來說，在第一層
介質(zhì)厚度已知的情況下可以計(jì)算出CpCc^nC1的值，根據(jù)上面的公式，在ε ！已知的情況下便可計(jì)算出ε 2的值，或在ε 2已知的情況下計(jì)算出S1的值。當(dāng)S1= ε 2時(shí)，Ct = Cf+C0 ε 是開路同軸終端測量單層均勻介質(zhì)時(shí)的總電容，同樣可以由開路同軸終端的反射系數(shù)來得到介質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)ε圖3給出了井下雙層介質(zhì)介電常數(shù)測量系統(tǒng)的示意圖，包括掃頻信號發(fā)生器、探頭、短路塊、S參數(shù)測定儀、轉(zhuǎn)化器、網(wǎng)絡(luò)分析儀和極坐標(biāo)圓圖顯示儀，整個(gè)系統(tǒng)的核心為網(wǎng)絡(luò)分析儀。探頭由電纜線、連接頭、開路同軸終端三部分構(gòu)成，連接頭和開路同軸終端分別與電纜線的兩端連接。同軸電纜為50歐姆標(biāo)準(zhǔn)軟同軸線。連接頭與S參數(shù)測定儀一個(gè)輸入口連接，開路同軸終端直接與井下介質(zhì)相接觸。標(biāo)準(zhǔn)的短路塊與S參數(shù)測定儀的另一個(gè)輸入口連接，以校正測量誤差。掃頻信號發(fā)生器與探頭、S參數(shù)測定儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀相連接，為測量系統(tǒng)提供高頻信號。S參數(shù)測定儀與轉(zhuǎn)換器連接，S參數(shù)測定儀將被測信號與掃頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的參考信號進(jìn)行比較送入轉(zhuǎn)換器中。轉(zhuǎn)換器與網(wǎng)絡(luò)分析儀連接，轉(zhuǎn)化器將被測信號與參考信號的幅度、相位差轉(zhuǎn)化為射頻電信號送入網(wǎng)絡(luò)分析儀中進(jìn)行分析。網(wǎng)絡(luò)分析儀與極坐標(biāo)圓圖顯示儀連接，網(wǎng)絡(luò)分析儀將處理后的信號送入極坐標(biāo)圓圖顯示儀中顯示。測量系統(tǒng)的定標(biāo)由兩部分組成，一個(gè)是對網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行定標(biāo)，另一方面是對探頭進(jìn)行定標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)分析儀在使用過程某些參數(shù)會(huì)發(fā)生慢漂移，慢漂移會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差，尤其是相位因素。介電常數(shù)的虛部即介質(zhì)損耗對相位的變化比較敏感，相位漂移是介質(zhì)損耗測量比較重要的誤差來源。測量時(shí)首先讓整個(gè)儀器系統(tǒng)預(yù)熱兩小時(shí)左右使其充分穩(wěn)定，在測量時(shí)將S參數(shù)測定儀的一個(gè)接口接入測量用探頭，另一個(gè)口接入標(biāo)準(zhǔn)短路塊，每次測量反射系數(shù)時(shí)先測一下短路塊的反射值，然后再測量探頭的反射系數(shù)，再測一個(gè)短路塊的反射系數(shù)。利用短路塊作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來校正測量得到的反射系數(shù)，基本消除了慢漂移現(xiàn)象造成的影響。由于探頭本身構(gòu)造以及連接上的原因，從S參數(shù)測定儀至探頭開路終端平面這一段不能視為一個(gè)理想的傳輸線來處理，應(yīng)該視為一個(gè)S參數(shù)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行校正。測量得到的
反射系數(shù)P與實(shí)際反射系數(shù)Γ的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種井下雙層介質(zhì)介電常數(shù)的測量方法，其特征是將開路同軸終端及被測地層視為并聯(lián)的電容，開路同軸終端將高頻信號送入被測地層，測得開路終端的反射系數(shù)，由此計(jì)算得出介電常數(shù)，具體包括以下步驟(1)在井壁上固定開路同軸終端；(2)在開路同軸終端上加載高頻信號，測量反射回來的高頻信號；(3)測量系統(tǒng)由高頻反射信號得到反射系數(shù)；(4)通過反射系數(shù)計(jì)算得到介質(zhì)的介電常數(shù)；(5)在同一位置采用不同頻率測量，得到地層的地質(zhì)特性；(6)在井壁不同的位置重復(fù)以上步驟，得到整個(gè)井的地質(zhì)特性。
2.一種井下雙層介質(zhì)介電常數(shù)測量系統(tǒng)，包括掃頻信號發(fā)生器、探頭、短路塊、S參數(shù)測定儀、轉(zhuǎn)化器、網(wǎng)絡(luò)分析儀和極坐標(biāo)圓圖顯示儀，其特征是掃頻信號發(fā)生器與探頭、S參數(shù)測定儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀相連接，掃頻信號發(fā)生器用于提供高頻信號；探頭與S參數(shù)測定儀的一個(gè)輸入口連接，探頭接收高頻反射波；短路塊與S參數(shù)測定儀的另一個(gè)輸入口連接，以校正測量誤差；S參數(shù)測定儀與轉(zhuǎn)換器連接，S參數(shù)測定儀將被測信號與掃頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的參考信號進(jìn)行比較送入轉(zhuǎn)換器中；轉(zhuǎn)換器與網(wǎng)絡(luò)分析儀連接，轉(zhuǎn)化器將被測信號與參考信號的幅度、相位差轉(zhuǎn)化為射頻電信號送入網(wǎng)絡(luò)分析儀中進(jìn)行分析；網(wǎng)絡(luò)分析儀與極坐標(biāo)圓圖顯示儀連接，網(wǎng)絡(luò)分析儀將處理后的信號送入極坐標(biāo)圓圖顯示儀中顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下雙層介質(zhì)介電常數(shù)測量系統(tǒng)，其特征是所述探頭由電纜線、連接頭、開路同軸終端三部分構(gòu)成，連接頭和開路同軸終端分別與電纜線的兩端連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種井下雙層介質(zhì)介電常數(shù)的測量方法及系統(tǒng)，該方法是將開路同軸終端及被測介質(zhì)視為并聯(lián)的電容，通過掃頻信號發(fā)生器產(chǎn)生高頻信號，經(jīng)開路同軸終端進(jìn)入被測介質(zhì)，測得開路終端的反射系數(shù)，由此計(jì)算得出介質(zhì)介電常數(shù)；該測量系統(tǒng)包括掃頻信號發(fā)生器、探頭、短路塊、S參數(shù)測定儀、轉(zhuǎn)化器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、極坐標(biāo)圓圖顯示儀，所述探頭由電纜線、連接頭、開路同軸終端三部分構(gòu)成，連接頭和開路同軸終端分別與電纜線的兩端連接。本發(fā)明能準(zhǔn)確地測量出井下地層的介電常數(shù)，從而可以用于分析地層的油氣信息。
文檔編號G01R27/26GK102353847SQ201110191889
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者李康, 趙琳琳 申請人:山東大學(xué)