三分量线圈在均匀地层中的电磁场特性分析
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三分量感应水平线圈系在薄交互地层中的井眼影响研究
２ ０ ２ ５ ｍ
１ ． ３ ５ ５ ￣ ｎ
卫５ ＝ ； ＝ ｍ
ｌ ７ ６ ８ Ｉ ｎ ｌ
圈 １薄交互地层建模
２ 网格 剖分
相对于 厚层模型来 ， 薄交一 层模型的网 格剖
分 较 为 复 杂 。薄交 互 层 中狭 小 区域 的 网格 数 量 会
模 ， 如【 鬈 １ １ ａ 所示 。薄层厚度为０ ． ３ ｍ ｆ ： 下 糟的厚
度 为无 限 人， ｔ － ｉ ｌ ￣ 半径 为 ０ ． １ ｍ。选取 直 角坐 标 系 ｘ ， ｙ ，
维数值计算求解 。本文应门 Ｊ Ｃ Ｏ Ｍ Ｓ Ｏ Ｉ 村限兀软件 计 算水 甲 磁偶极 ｆ源 产牛 的 电磁 场 ， 分析ｊ ｂ ｉ ｔ ： ｌ ｉ ｌ ￣ 影响 。 一维数值 汁算儿何建模时 ， 将求解区域分为薄
层 、Ｉ － 下 罔岩 、 仪器棒、 Ｊ ｂ ｌ ｔ ￣、 发射 源多个 部分 。在远 处 观测 ， 磁 偶极 子源 产生 的 电磁波 近似 为球 面波 ， 所
计算机运行所 占内存的前提下 ， 合理设定几何模 型
的尺 寸 。根 据 薄交 互 层模 型 的特 点 ， 网格剖 分 中我 们提 出 了如 下 的解决方 案 ：
广 阵 列
ｌ 靖 ０ Ｊ
阵列 ２
Ｉ 哗 列 ： ｛
ｌ 虾 圳 ， Ｉ
接收线
脐敞线 一咋列
【 ）【 ５ ｍ
仵 杰 许 亮
西安石 油 大学 光 电油 气测 井与检 测教 育部 重点 实验 室
摘 要： 三分量感应仪 器最初的设计 目的是测量薄交互层的电导率和层厚 。建立 ０ － ３ 米三层薄交互 层模 型， 应 用Ｃ Ｏ ＭＳ ＯＩ 有 限元软件三维数值计算测井响应 ， 分析其井眼影响。结果表 明： 仪 器在 地 层 中位 置 的不 同 ， 视 电导率 值 的大 小也不 同 仪 器的子 阵列 井眼影 响不 同， 短 阵列 的井 眼影响 比 长阵列要 大。发射源在薄层 交界 面和薄层 中心处时， 仪 器所受到的井眼影响变化很 小 通过 总结 三 分 量感应 水 平线 圈系在 薄 交互地层 中井 眼影响 的一 些知识 ， 为 下一 步仪 器设计 奠定 理论基 础 。 关键词： 三分 量感应 仪 器 ； 薄 交互层 ； ＣＯＭＳ ＯＩ 有 限元软件 ； 井眼影 响
三分量感应测井仪的线圈系结构设计
·开发设计·
三分量感应测井仪 谢 雁
(西安石油大学 ,陕西省光电传感与测井重点实验室 陕西 西安)
摘 要 : 三分量感应测井系统是一种全新的地层结构探测系统 ,它可以识别地层的三维特性 ,是人们认识地层特性 , 进行油 、气储层评价的非常有效的方法 。三分量感应测井仪通过布置三组相互垂直的发射 - 接收线圈对 ,可直接测量地 层的水平电阻率和垂直电阻率 ,通过测量两个交叉分量还可得出地层的倾角和方位 。文章主要从三分量感应系统线圈 系的聚焦理论和方法出发 ,为了消除线圈间的直接耦合 ,提出了一套全新的线圈系结构设计方案 ,并对其进行了详细阐 述。
于交叉分量 , 我们采用接收
聚焦的方法 。因此对交叉
接收线圈 Cxy 、Cxz分别设置 了聚焦线圈 B xy 、B xz 。由于 交叉接收线圈 Cxy及其聚焦 线圈 B xy位于 xy 平面内 , Tx 和 Ty 都可在 Cxy 上产生直 接耦 合 信 号 , 因 此 需 要 对
Tx 、Ty 分 别 聚 焦 。而 同 一 线圈 B xy 的匝数固定后 , 不 可能对 Tx 和 Ty 同时聚焦 。 为此 , 对于聚焦线圈 B xy 需 设计 两 个 引 出 端 , 分 别 为
参考文献
[1 ] J H Schoen ,Liming Yu ,D T Georgi . Aspects of Multi2com2 ponent Resistivity Data and Macroscopic Resistivity Anisotropy[ C ] . 2001 ,SPE 74334
(上接第 28 页) 垂直电阻率 ,地层倾角和仪器方位 ,以及各向异性地层 模型的两种含水 (油) 饱和度等丰富的地层信息 。
3 结 论
井中三分量磁测找磁铁矿中应用的一个实例
图 ’" #$!%& !!(!" 矢量图
矿为东西走向。此时若是把曲线当成了一个合并的 异常， 用特征点法可以计算出 #$ % &’ ( 段， 在南 "’ ( 处有矿体存在； )’’ % )*+ ( 段南 $’ ( 有矿体存 在。此时 似 乎 合 并 与 分 离 解 释 发 生 了 矛 盾； 通过 （ 图 #） 和 !!,!" 参量图 （ 图 +） ， 认为 !!,!" 矢量图 矿体为东西走向， 多层， 斜磁化， 结合地面磁异常， 可 确定钻孔位于矿体的西北角。通过以上分析， 认为 可以把复杂的形态通过合并、 分解化为简单地质体 万方数据 进行处理， 使问题得以解决。图 * 中的 +’ ( 处的薄
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" 上接 )*+ 页
,-./0123456 4057548-7328342 .9 4.56 2-5: ;32873<=83.> 3> 4->8756 2.=80-7> 45>,?35> =/6398
D MN?O P*+<6.*%3-# ，=QOR >*&+6*<,#， ，>F?OR S,&6T,D ，UV?W S,361,3-D
三正交线圈系测量信号与电导率曲线特性分析
４ 三 正 交 线 圈 系响应 特 性 分 析
本文计算了含有实部信号 和虚部信号 ， 以及具
有 不 同 电 导 率 的均 匀 地 层 的各 种 不 同 定 义 的视 电
３ 三 分 量 阵 列 感应 仪 器 响应
在感应 测井 中 ， 接收线 圈 中的感应 电动势 为
Ｖ＝一 （ｎ Ｈ ｉ Ｓ ｃ ）
２ １ 年第 ２ ０２ 期
仵杰 ， ： 等 三正交线圈系测量信 号与电导率 曲线特性分析
９
利用 ８ 组频率信号 ， 重复堆叠方式不断发射频率信
号从 而 可 以增 强小 信号 的测 量精 度 和抗 干扰 能
力。
：
一
ＬＴ Ｒ
Ｌ８ Ｔ
…
Ｒ３
Ｂ３
Ｒ２
Ｂ２
Ｒ１
Ｂ１
各 向异性 的三分 量感应 测量 。 目前 国 内的三 分量 阵列感 应 测 井仪 器 ， 构 如 结 下 图所 示 ， 用 单 发 多 接 收 的阵 列感 应 设计 思想 。 采
个磁场分量， 其它按照一定的关系可以得到。
作者简 介 ： 仵杰 （９５ ） 男 ， １６ 一 ， 教授 ， 博士， 主要 从事电磁 测井理论 、 数值模 拟和 阵列感应信号 处理方面的研 究。
由 （）６ （） 以建 立 阵列 感应 仪 器 的视 电导 ５ （）８ 可 率关 系式 ：
图３ 虚部视电导率 曲线
１ ０
国 外 测 井 技 术
２ １年 ４ ０２ 月
其次 分析 三分 量 阵列感 应 仪器 在 ｘ 轴上 发 射 ， Ｘ 轴 上接 收 ， ８ 阵列频 率 为 ２Ｋ， 量结 果如 图 ４ 取 个 １ 测 ，
很容易求的视电导率的复数形式 ：
半航空频率域电磁探测三分量线圈传感器设计
半航空频率域电磁探测三分量线圈传感器设计滕飞;王鹏飞;王宇;张铭;林君【期刊名称】《地球物理学报》【年(卷),期】2023(66)1【摘要】半航空频率域电磁探测方法(semi-airborne frequency domain electromagnetic method,简称SAFEM)通常借助水平线圈传感器观测垂直分量磁场信号.然而,在实际探测过程中,观测单一分量磁场信号不仅缺失水平分量磁场信息,并且在磁场响应畸变区域难以校正,造成视电阻率解释结果精度低、误差大等问题.为此,本文设计并研制了一种能够用于SAFEM探测的三分量空心线圈传感器,采用三组相互垂直的接收线圈分别接收三个分量的磁场信号.首先,为满足旋翼机载重要求,设计0.5 m直径的小尺寸圆形线圈用于接收垂直方向磁场,两个0.01 m边长的方形线圈用于接收水平方向磁场,并对三组线圈的互耦情况进行分析,确定了线圈的最佳相对位置.其次,针对线圈传感器的物理结构特点,综合线圈的寄生电阻、电感和电容值大小的分析结果,确定最终的物理结构参数.进一步地,通过分析不同阻尼状态下的传感器及前置放大电路的频率响应特性,确定了最佳的阻尼系数调节范围.在此基础上,设计了带有阻尼状态调节的低噪声差分前置放大器电路作为SAFEM信号调理模块.最后,开展屏蔽室测试实验和野外探测实验验证三分量线圈传感器的可靠性.屏蔽室内对比测试结果表明,小尺寸的三分量线圈传感器带宽能够满足探测需求,能够提供与商用传感器相当的灵敏度和测量准确性.在野外探测实验中,使用该三分量线圈传感器获得了实验场地的三分量磁场响应信号,进一步证明了该三分量传感器的有效性.【总页数】12页(P430-441)【作者】滕飞;王鹏飞;王宇;张铭;林君【作者单位】地球信息探测仪器教育部重点实验室;吉林大学仪器科学与电气工程学院【正文语种】中文【中图分类】P631【相关文献】1.直升机频率域航空电磁系统在均匀半空间上方的电磁响应特征与探测深度2.地空瞬变电磁三分量空芯线圈传感器设计3.频率域航空电磁法水资源探测深度及应用研究4.无人机频率域半航空电磁法三维反演5.膀胱全切加双侧输尿管皮肤造口的膀胱癌患者出院准备度护理观察因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
平行共轴三线圈磁场均匀性分析
者 曾提 出 了用 三 个 平 行 共 轴 圆形 线 圈产 生 匀 强 磁 场 的设 想 。 ， 指 出 这 种 装 置 在 满 足 一 定 条 并 件 时形 成 的磁 场 在 线 圈 轴 线 上 一 倍 线 圈 半 径 范 围 内 的误 差 不 大 于 １ 本 文 全 面 分 析 平 行 共 ％
关 键 词 ： 行 共 轴 三 线 圈 ；玄 姆 霍 兹 线 圈 ：磁 场 均 匀性 平
中 图 分 类 号 ：Ｏ４ １３ 文献 标 识 码 ：Ａ ４ 用 简单 方 法 形 成 匀 强 磁 场 在 技 术 上 有 重 要 意 义 ． 验 室 中 常 用 亥 姆 霍 兹 线 圈 在 小 区 域 实 内产 生 近 似 均 匀 磁 场 ， 该 磁 场 在 线 圈 轴 线 上 一 倍 线 圈 半 径 范 围 内有 大 于 ５ 的 误 差 ～ 作 但 ％ ．
３ Ｎ ０ ｏ２
ｊ ｎ ２ Ｈ２ ｕ Ｉ ）
文 章 编 号 ： ０ １３ ５ （ ０ ２ ０ —０ １０ １ ０ —８ ７ ２ ０ 】 ２０ ４ —４
平 行 共 轴 三 线 圈 磁 场 均 匀 性 分 析
昝 会 萍 ， 陈 东 立
（ 安建 筑科 技 大学 理 学 院 ，陕 西 西安 ７ ０ ５ ） 西 １０ ５
为 ， 中 间线 圈 中 的 电 流 强 度 为 ｋ （ 为 常 数 ） 点 Ｐ（ Ｙ， ） 磁 ， Ｉ ． ｚ， ０ 处 感 强 度 和 Ｙ 分 量 分 别 为
Ｂ（ ＝ （一 蚩一 （一 蚩］ ， ｌ 专 ，） 素 ，） ）ｐ Ａ ｏ ＋ ［（，） （，） Ａ 蚩 一 素蚩］ 专 ＋
根据 毕 奥 一 伐 尔 定 律 ： ， １中 Ｐ 点 的磁 感 强 度 为 萨 圈
（） ３
图 １ 单个 圆 形 线 圈
关 键 词 ： 行 共 轴 三 线 圈 ；玄 姆 霍 兹 线 圈 ：磁 场 均 匀性 平
中 图 分 类 号 ：Ｏ４ １３ 文献 标 识 码 ：Ａ ４ 用 简单 方 法 形 成 匀 强 磁 场 在 技 术 上 有 重 要 意 义 ． 验 室 中 常 用 亥 姆 霍 兹 线 圈 在 小 区 域 实 内产 生 近 似 均 匀 磁 场 ， 该 磁 场 在 线 圈 轴 线 上 一 倍 线 圈 半 径 范 围 内有 大 于 ５ 的 误 差 ～ 作 但 ％ ．
３ Ｎ ０ ｏ２
ｊ ｎ ２ Ｈ２ ｕ Ｉ ）
文 章 编 号 ： ０ １３ ５ （ ０ ２ ０ —０ １０ １ ０ —８ ７ ２ ０ 】 ２０ ４ —４
平 行 共 轴 三 线 圈 磁 场 均 匀 性 分 析
昝 会 萍 ， 陈 东 立
（ 安建 筑科 技 大学 理 学 院 ，陕 西 西安 ７ ０ ５ ） 西 １０ ５
为 ， 中 间线 圈 中 的 电 流 强 度 为 ｋ （ 为 常 数 ） 点 Ｐ（ Ｙ， ） 磁 ， Ｉ ． ｚ， ０ 处 感 强 度 和 Ｙ 分 量 分 别 为
Ｂ（ ＝ （一 蚩一 （一 蚩］ ， ｌ 专 ，） 素 ，） ）ｐ Ａ ｏ ＋ ［（，） （，） Ａ 蚩 一 素蚩］ 专 ＋
根据 毕 奥 一 伐 尔 定 律 ： ， １中 Ｐ 点 的磁 感 强 度 为 萨 圈
（） ３
图 １ 单个 圆 形 线 圈
三分量感应水平线圈系在薄层中的响应特性研究
ｂ ｅ ｄ ｉ ｓ ０ ． ３ Ｉ ． Ｔｈ ｎ ｅ ｌ ｏ ｇ ｇ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｃ ｏ ｉ ｌ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ３ Ｄ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ
型， 用Ｃ ＯＭＳ ＯＬ有限元软件三维数值计算 三分 量阵列感应 ８个水平线 圈系子 阵列响应 ， 详 细分析其响应特征 与线
圈间距和层厚 的关 系． 结果表 明， 三层模 型 中的水平子 阵列 响应特征 由其发射 、 屏 蔽和接 收在 薄层 中的位 置决 定， 发射 、 屏 蔽和接 收进 出薄层 ， 在 响应曲线上均有一定表现． 当发射和主接收 间距 小于薄层厚度 时 ， 可有 效分辨 薄层． 当发射和屏蔽之 间的距 离小于层 厚时 ， － ． ｊ － ￣ ４ 用主接 收进 出薄层 特征 点识别 薄层 厚度． 否 则， 由于发射 、 屏 蔽和 接收
第２ ８ 卷 第 ４ 期
２ ０ １ ３年 ８月 （ 页码 ： １ ９ ３ ５ — １ ９ ４ ２ ）
地
球
物
理
学
进
展
Ｖｏ １ ． ２ ８，Ｎｏ ． ４
Ａｕ ｇ ． ，２ ０ １ ３
Ｐ ＲＯＧＲＥ Ｓ Ｓ Ｉ Ｎ Ｇ， 许
亮． 三分量感应 水平 线 圈系在 薄层 中的 响应特 性研 究． 地 球 物理 学进 展 ， ２ ０ １ ３ ， ２ ８ （ ４ ） ： １ ９ ３ ５ — １ ９ ４ ２ ， ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ６ ０ ３ ８ ／
Ｅｎ ｇｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｘｉ ’ ａ ｎ Ｓ ｈ ｉ ｙ ｏ ｕ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ６ ５，Ｃ ｈｉ ｎ ａ）
型， 用Ｃ ＯＭＳ ＯＬ有限元软件三维数值计算 三分 量阵列感应 ８个水平线 圈系子 阵列响应 ， 详 细分析其响应特征 与线
圈间距和层厚 的关 系． 结果表 明， 三层模 型 中的水平子 阵列 响应特征 由其发射 、 屏 蔽和接 收在 薄层 中的位 置决 定， 发射 、 屏 蔽和接 收进 出薄层 ， 在 响应曲线上均有一定表现． 当发射和主接收 间距 小于薄层厚度 时 ， 可有 效分辨 薄层． 当发射和屏蔽之 间的距 离小于层 厚时 ， － ． ｊ － ￣ ４ 用主接 收进 出薄层 特征 点识别 薄层 厚度． 否 则， 由于发射 、 屏 蔽和 接收
第２ ８ 卷 第 ４ 期
２ ０ １ ３年 ８月 （ 页码 ： １ ９ ３ ５ — １ ９ ４ ２ ）
地
球
物
理
学
进
展
Ｖｏ １ ． ２ ８，Ｎｏ ． ４
Ａｕ ｇ ． ，２ ０ １ ３
Ｐ ＲＯＧＲＥ Ｓ Ｓ Ｉ Ｎ Ｇ， 许
亮． 三分量感应 水平 线 圈系在 薄层 中的 响应特 性研 究． 地 球 物理 学进 展 ， ２ ０ １ ３ ， ２ ８ （ ４ ） ： １ ９ ３ ５ — １ ９ ４ ２ ， ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ６ ０ ３ ８ ／
Ｅｎ ｇｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｘｉ ’ ａ ｎ Ｓ ｈ ｉ ｙ ｏ ｕ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ６ ５，Ｃ ｈｉ ｎ ａ）
三个共轴圆线圈形成的匀强磁场
B ty ( x , y ) = B0
x R
-
CB
x R
-
C,
y R
+
Bx R
B
B R
x
,
By + R
x R
+
C
B
x R
+
C,
y R
( 7)
其中
B0 =
L0I 4PR
,
A=
II′, B=
R r
2
,
C=
d R
( 8)
亥姆霍兹线圈磁场的分量是
B hx ( x , y ) = B0
A
x R
-
1 2
,
y R
X2
cos U dU + Y 2 - 2Y cosU)
3 2
( 5)
3 3 个共轴圆线圈的磁场和亥姆霍兹线圈的磁场
3 个共轴圆线圈系统如图 2 所示. 3 个线圈 中两侧线圈的半径均为 R , 中间线圈的半径为 r ; 相邻两线圈之间的距离为 d; 3 个线圈中电流 流向相同, 两侧线圈中的电流均为 I , 中间线圈 中的电流为 I ′.
显示了这种关系.
图 3 A, B 与 C的关系
当 A和 B的取值满足( 12) , ( 13) 式时, ( 11)
式在坐标原点处的级数展开是
Bt x( x ) = B tx ( 0)
1+ E ( C)
x R
6
+O
x6 R
( 14)
式中
E ( C) = 6!
1 d6B tx( 0) Btx ( 0) dx 6
( 18)
B t(
0) =
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＾ｒ
（ ） （） １ ６ （） １ ７
ｆ８ １１
换 可 变为 只有对 角分 量 ， 即
：
（ １ 『ｌ ： ０
０
０ ］ 。
《 Ｊ Байду номын сангаас
０ Ｉ Ｏ ｊ ＂
ｚ
（ ５ ）
日 。１。 ｌ ＋：： 而＂ 一 ｋ ］ ￣ １ ｚ Ｊ Ｒ
Ｈ ｌ一 ｅ ｌ Ｊ
各 向 同性 地 层 中 的 电磁 场 响 应 ，根 据 电磁 场 分 布 特 性 进 行 合 理 的 设 计 三 分 量 线 圈 系 结 构 ，更 好 的 为三 分 量 线 圈 的 设 计 提 供 理论 基 础 。为 下 一 步 三
磁偶极子源 』 ＝ ； 其中 Ｉ Ａ分 别是 发射 电流 ７ ｚ ． 和
据。
关键 词 ： 交发射 线 圈 ； 向 同性 ； 正 各 电磁 场 ； ｘ ｅ 方程 Ｍａ ｗ ｌ ｌ
０ 引
言
１ 三 分 量 线 圈 系结 构 和 测 量 原 理
１１ 三分量 感应 线 圈 系结构 ．
三 分量 感 应 测 井仪 ，主要 用 来 测 量 地 层 各 向 异 性 。在 砂 泥 岩 层 状 地 层 水 平 电 导 率 远 大 于 垂 直 电导 率 ，而 传 统 感 应 测 井 仪 器 线 圈 沿 轴 向布 置 只 能 用 于 垂 直 井 测 量 地 层 水 平 电 导 率 ，不 能 够 探 测
强 度 和发射 线 圈面积 ， ，是磁偶 极 子源 的方 向 ， 以 可 是 、 和 三 ， 中的任 意 一个 。磁偶 极 子源 在 均匀 地 层 中产生 的 电磁场 满 足的 Ｍａｗ ｌ方 程 （ ｘｅ ｌ 取时 间 因子
为 ｅ ） …ｔ 为
分量线 圈设 计 和 自主 仪器研 发提 供实 际参 考价 值 。
一
× ： ・
・
ＸＹ和 Ｚ 向的发 射 线 圈面积 ； ｎＮ 、 方 Ｎ 、ｎ和 分 别是
Ｘ Ｙ和 ｚ 向的发 射线 圈匝数 。 、 方 Ｔ 、ｖ 和 在 Ｘ ｙ ｚ 向产 生 的磁 场 为 Ｔ 、和 方 Ｈ ：
Ｊ７ １ ＂ Ｒ
疗 ＝０
ｆ１ ３
ｆ） ４
术 封 锁 ，先 进 的仪 器 不 对 外 销 售 ，只 提 供 服 务 且
费 用 高 昂 ，从 而 三 分 量 仪 器 得 不 到 共 享 。为 了 能 够 探 明我 国低 阻 砂 泥 岩 油 气 藏 ，测 量 地 层 各 向异 性 、地 层 倾 角 和 方 位 角 ，同 时 其 测 井 数 据 可 用 于
均 匀 地层 中 ， 电导 率 为各 向同性 ， 标 量 盯 表 用
测 井 评 价 和地 质 解 释 。为 此 ，必 须 自主 研 发 国 内
图 １三 分 置 线 圈 系 示 意 图
１ 三分量 感 应原 理 ． ２
在测井中， 由于井 眼条件 的 限制 ， 圈半 径 比发 线 射 与接 收 的距 离小 的多 ， 因此 ， 射线 圈可 以等 效 为 发
三 维 感 应 探 测 器 ，本 文 主 要 从 三 分 量 线 圈 在 均 匀
・ ＝０
式 （ 中 ， 为 电各 向异 性地 层 中的张量 电导 ２）
『一 ＋ ＇： １ ｋ ］ － Ｒ
Ｌ
（４ １）
率； 由于感 应测 井 的频 率较低 ， 移 电流远 小于 传导 位
电流 ，因而 忽略 了位 移 电流 的影 响 。 过旋 转 变
Ｃ ［１ｌ ） ＇ ， －Ｒ＋Ｚ］ ４ （ ｋ ｋ－ Ｆ ＂ Ｒ 日 ｃ 删 ＋ Ｒ］ Ｕ‘
摘 要 ： 文从 三 分量 线 圈设计 出发 ， 本 考虑 线 圈布 置 在横 向方 向和 轴 向 方 向的情 况下 ， 线 圈等 效 将 为一 个 垂直偶 板子 和二 个 水平偶 极 子 ， 用 电磁 场解 析 方法 求解 Ｍａｗｅ 响 应 方程 ； 应 ｘ ｌ ｌ 分析 电磁 场在 三 正 交线 圈 系中的 电磁 分布 响应规 律 ， 到 电磁 场 在 三正 交 坐标 系下的 响应特 性 ， 真分 析表 明从 得 仿 工程 上 来设计 三分 量轴 向 线 圈和 水平 线 圈是 可 以的 ，为三分 量仪 器线 圈 系的设计 提供 理 论 参考依
第一作者简介 ： 仵杰 （ ９ ５ ， 教授 ， １６ －） 男， 博士 ， 主要从事 电磁测 井理论 、 数值模 拟和阵列感应信号 处理方 面的研 究
国 外 测 井 技 术
＼ Ｅ ｌ！ ａ ｔ ｏＬ ｍ ￣Ｈ＋ｔ／￣
＝
一
（） １
ｆ１ ２
方 向 的发 射 线 圈 的 发射 电流 ； ｎ Ａ Ａ 、 和 Ａ 分 别 是
理 想 双 一三分 量线 圈 系结构 如 （ １ 所 示 ， 图 ） 发
射 线 圈和接 收线 圈均 由 ３个 同心正 交线 圈组 成 。发
射 线 圈分时 通 以一个 或 多个频 率信 号 ，接 收线 圈 同
各 向异 性 地 层 。三 分 量 感 应 测 井 仪 ，采 用 三 个 发 射 和 接 收 的正 交 线 圈 系 探 头 来 探 测 水 平 和 纵 向地
２ １ 年第 ４期 ００
国 外 测 井 技 术 ＷＯ Ｌ ＷＥ Ｌ Ｏ Ｇ Ｎ Ｔ Ｃ Ｏ Ｏ Ｙ ＲＤ Ｌ Ｌ Ｇ Ｉ Ｇ Ｅ ＨＮ Ｌ Ｇ
三分量线 圈在均匀地层 中 的电磁场特性分析
仵 杰 白 彦
（ 西安石油大学光 电油气测井与检测教育 部重 点实验室 陕西 西安 ７ ０ ６ １０ ５）
时接收所有频率信号， 一共有 ９ 个接收电压信号。
层信息 。 目前关于三分量仪器探头 即线圈系设计 阿 特 拉 斯 公 司 Ｋ ｉ ｓａ ｓｒ２ ０ ） 发 出 ３ Ｅ ｔ ｒ ｇｈ ｕｅ （０ ０研 ｅ Ｄ Ｘ２ Ｊ 在
仪 器 骨 架 上 布 置 三 个 相 互 垂 直 线 圈 系 结 构 。斯 伦 贝谢 Ｒ ｃｎｅ ａｂｒ ０４Ｉ 出 了阵 列 三 分量 线 ｔ ａｎｒ ｒｅ（ ０ ）给 Ｓ Ｂ ２ １ 圈 系仪 器 设 计 结 构 。然 而 ， 国外 对 先 进 仪 器 的 技
（ ） （） １ ６ （） １ ７
ｆ８ １１
换 可 变为 只有对 角分 量 ， 即
：
（ １ 『ｌ ： ０
０
０ ］ 。
《 Ｊ Байду номын сангаас
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各 向 同性 地 层 中 的 电磁 场 响 应 ，根 据 电磁 场 分 布 特 性 进 行 合 理 的 设 计 三 分 量 线 圈 系 结 构 ，更 好 的 为三 分 量 线 圈 的 设 计 提 供 理论 基 础 。为 下 一 步 三
磁偶极子源 』 ＝ ； 其中 Ｉ Ａ分 别是 发射 电流 ７ ｚ ． 和
据。
关键 词 ： 交发射 线 圈 ； 向 同性 ； 正 各 电磁 场 ； ｘ ｅ 方程 Ｍａ ｗ ｌ ｌ
０ 引
言
１ 三 分 量 线 圈 系结 构 和 测 量 原 理
１１ 三分量 感应 线 圈 系结构 ．
三 分量 感 应 测 井仪 ，主要 用 来 测 量 地 层 各 向 异 性 。在 砂 泥 岩 层 状 地 层 水 平 电 导 率 远 大 于 垂 直 电导 率 ，而 传 统 感 应 测 井 仪 器 线 圈 沿 轴 向布 置 只 能 用 于 垂 直 井 测 量 地 层 水 平 电 导 率 ，不 能 够 探 测
强 度 和发射 线 圈面积 ， ，是磁偶 极 子源 的方 向 ， 以 可 是 、 和 三 ， 中的任 意 一个 。磁偶 极 子源 在 均匀 地 层 中产生 的 电磁场 满 足的 Ｍａｗ ｌ方 程 （ ｘｅ ｌ 取时 间 因子
为 ｅ ） …ｔ 为
分量线 圈设 计 和 自主 仪器研 发提 供实 际参 考价 值 。
一
× ： ・
・
ＸＹ和 Ｚ 向的发 射 线 圈面积 ； ｎＮ 、 方 Ｎ 、ｎ和 分 别是
Ｘ Ｙ和 ｚ 向的发 射线 圈匝数 。 、 方 Ｔ 、ｖ 和 在 Ｘ ｙ ｚ 向产 生 的磁 场 为 Ｔ 、和 方 Ｈ ：
Ｊ７ １ ＂ Ｒ
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ｆ） ４
术 封 锁 ，先 进 的仪 器 不 对 外 销 售 ，只 提 供 服 务 且
费 用 高 昂 ，从 而 三 分 量 仪 器 得 不 到 共 享 。为 了 能 够 探 明我 国低 阻 砂 泥 岩 油 气 藏 ，测 量 地 层 各 向异 性 、地 层 倾 角 和 方 位 角 ，同 时 其 测 井 数 据 可 用 于
均 匀 地层 中 ， 电导 率 为各 向同性 ， 标 量 盯 表 用
测 井 评 价 和地 质 解 释 。为 此 ，必 须 自主 研 发 国 内
图 １三 分 置 线 圈 系 示 意 图
１ 三分量 感 应原 理 ． ２
在测井中， 由于井 眼条件 的 限制 ， 圈半 径 比发 线 射 与接 收 的距 离小 的多 ， 因此 ， 射线 圈可 以等 效 为 发
三 维 感 应 探 测 器 ，本 文 主 要 从 三 分 量 线 圈 在 均 匀
・ ＝０
式 （ 中 ， 为 电各 向异 性地 层 中的张量 电导 ２）
『一 ＋ ＇： １ ｋ ］ － Ｒ
Ｌ
（４ １）
率； 由于感 应测 井 的频 率较低 ， 移 电流远 小于 传导 位
电流 ，因而 忽略 了位 移 电流 的影 响 。 过旋 转 变
Ｃ ［１ｌ ） ＇ ， －Ｒ＋Ｚ］ ４ （ ｋ ｋ－ Ｆ ＂ Ｒ 日 ｃ 删 ＋ Ｒ］ Ｕ‘
摘 要 ： 文从 三 分量 线 圈设计 出发 ， 本 考虑 线 圈布 置 在横 向方 向和 轴 向 方 向的情 况下 ， 线 圈等 效 将 为一 个 垂直偶 板子 和二 个 水平偶 极 子 ， 用 电磁 场解 析 方法 求解 Ｍａｗｅ 响 应 方程 ； 应 ｘ ｌ ｌ 分析 电磁 场在 三 正 交线 圈 系中的 电磁 分布 响应规 律 ， 到 电磁 场 在 三正 交 坐标 系下的 响应特 性 ， 真分 析表 明从 得 仿 工程 上 来设计 三分 量轴 向 线 圈和 水平 线 圈是 可 以的 ，为三分 量仪 器线 圈 系的设计 提供 理 论 参考依
第一作者简介 ： 仵杰 （ ９ ５ ， 教授 ， １６ －） 男， 博士 ， 主要从事 电磁测 井理论 、 数值模 拟和阵列感应信号 处理方 面的研 究
国 外 测 井 技 术
＼ Ｅ ｌ！ ａ ｔ ｏＬ ｍ ￣Ｈ＋ｔ／￣
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一
（） １
ｆ１ ２
方 向 的发 射 线 圈 的 发射 电流 ； ｎ Ａ Ａ 、 和 Ａ 分 别 是
理 想 双 一三分 量线 圈 系结构 如 （ １ 所 示 ， 图 ） 发
射 线 圈和接 收线 圈均 由 ３个 同心正 交线 圈组 成 。发
射 线 圈分时 通 以一个 或 多个频 率信 号 ，接 收线 圈 同
各 向异 性 地 层 。三 分 量 感 应 测 井 仪 ，采 用 三 个 发 射 和 接 收 的正 交 线 圈 系 探 头 来 探 测 水 平 和 纵 向地
２ １ 年第 ４期 ００
国 外 测 井 技 术 ＷＯ Ｌ ＷＥ Ｌ Ｏ Ｇ Ｎ Ｔ Ｃ Ｏ Ｏ Ｙ ＲＤ Ｌ Ｌ Ｇ Ｉ Ｇ Ｅ ＨＮ Ｌ Ｇ
三分量线 圈在均匀地层 中 的电磁场特性分析
仵 杰 白 彦
（ 西安石油大学光 电油气测井与检测教育 部重 点实验室 陕西 西安 ７ ０ ６ １０ ５）
时接收所有频率信号， 一共有 ９ 个接收电压信号。
层信息 。 目前关于三分量仪器探头 即线圈系设计 阿 特 拉 斯 公 司 Ｋ ｉ ｓａ ｓｒ２ ０ ） 发 出 ３ Ｅ ｔ ｒ ｇｈ ｕｅ （０ ０研 ｅ Ｄ Ｘ２ Ｊ 在
仪 器 骨 架 上 布 置 三 个 相 互 垂 直 线 圈 系 结 构 。斯 伦 贝谢 Ｒ ｃｎｅ ａｂｒ ０４Ｉ 出 了阵 列 三 分量 线 ｔ ａｎｒ ｒｅ（ ０ ）给 Ｓ Ｂ ２ １ 圈 系仪 器 设 计 结 构 。然 而 ， 国外 对 先 进 仪 器 的 技