油水井瞬变电磁套损探测中取样积分电路的研究.pdfVIP

ELECTRONICS WORLD 技术 交流 ・ 油水井瞬变电磁套损探测中取样积分电路的研究 西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室 李志强 宋美华 张文辉 【摘要】 为了实现从强噪声中提取微弱信号,本文以瞬变电磁理论为基础，通过对瞬变电磁信号特征进行研究分析，选 择利用取样积分这种检测微弱信号的手段对瞬变电磁晚期信号进行提取，并结合硬件电路进一步降低噪声的影响，实 现从强噪声信号中提取毫伏级信号。实验结果表明,取样积分方法改善了系统的信噪比,提高了信号的识别能力,在一些具 体应用中也取得了良好的效果。 【关键词】 瞬变电磁；套损探测；取样积分电路 而趋于消失，只剩下二次感应涡流磁场的相互作用，它 引言 的传播衰减速率与介质形状、电导率等因素的影响密切 相关；当到感应涡流扩散传播的晚期时，二次场衰减变 对于瞬变电磁探测的晚期信号而言，信号不但微 缓，信号主要为低频分量，反映的则是较深层处的地质信 弱，而且淹没于噪声之中，用普通AD无法测量，如果将 息。接收线圈中由二次场变化产生的感应电动势，正是对 信号直接放大进行测量，噪声也同时会被放大，无法从 介质特性参数信息的直接性反映，而且在时间上可以与一 中得到有用数据,这就需要用一种微弱信号检测的手段来 次感应电动势分开，TEM的收发波形如图1所示。 提取出有用信号。而取样积分法电路就是适合于检测瞬 变电磁晚期微弱信号的一种行之有效的方法。取样积分 法提出在20世纪50年代，并由美国科学家Klein于1962年 在加州劳伦茨实验室用硬件手段实现了取样积分，并将 其形象的命名为BOXCAR积分器[1]。此种方法对于识别强 噪声干扰条件下的快速变化的微弱信号十分有用，并且 广泛应用在医学、生物、物理及化学等科研领域。 1 瞬变电磁法理论及其信号特点 图1 TEM收发波形示意图 1.1 瞬变电磁理论 瞬变电磁理论是由经典电磁学理论衍生出的一种 时间域电磁检测方法，它不是采用传统的单频连续信号 激发源磁场，而是以有间歇的周期性阶跃脉冲作为激励 信号。阶跃脉冲的频率范围比较宽，因此两种实现方式 虽各异但都可通过傅里叶变换和频域分析联系起来。在 发射线圈中的脉冲电流 关断时，接收线圈以及包括 金属套管在内的周围地层介质由直接变化的源磁场感应 出交变场，称为一次场信号 ；这种激发方式具有瞬 图2 瞬变电磁信号衰减特性示意图 时和平面波场的特点[2]，其在早期主要由高频信号分量 1.2 瞬变电磁信号特点 组成，并由于趋肤效应在各介质层表面开始产生感应涡 瞬变电磁接收系统所要测量的信号与时间有关，是 流，反应的是浅层的地质信息。随后一次场的感应涡流 一个随时间呈指数衰减变化的信号。衰减的速度与导体 向介质内部逐步以“烟圈”形式传播，由于其能量衰减 的时间常数有关，良导体初始响应不大，衰减速度慢； 变化而在各介质界面上激发出新的电磁场，成为对应的 非良导体初始响应大，衰减速度快。对于不同的探测深 二次场信号 。 度，所需要的时间范围也不同，探测深度越深，所需要 在发射电流彻底关断后，由于一次场能量不断衰减 的时间范围跨度就越大，例如探测油气田时，深度可达 基金项目：国家自然科学基金“基于线源的井间剩余油探测理论和方法”资助。 • 0 • EL