四臂式雙井徑測井儀的測量方法

彭偉斌 曹志福

(北京中地英捷物探儀器研究所，北京 10000)

四臂式雙井徑測井儀，在煤層氣測井中，用于了解井眼形態，計算固井時所需水泥量；

水文測井中，用于校正流量；其它測井中，用于校正井眼對曲線的影響。圖1是該儀器的外形圖，表1是該儀器的測量參數。X、Y軸井徑是對稱的兩條測量臂測量值的代數和，平均井徑是X、Y軸井徑的平均值。四條測量臂隨井眼變化，通過機械裝置帶動測量桿成比例移動，測量桿的另一端連接井徑傳感器，輸出與井徑成比例的電壓信號。

圖 1 四臂式雙井徑測井儀

表1 各曲線的通道號測量范圍及精度

1 差動電感式位移傳感器的測量方法：

利用電磁感應原理，測量桿的位移帶動線圈中心的鐵芯移動改變線圈的電感，由此將位移量轉換為電信號輸出。如圖2所示，是利用差動電感式位移傳感器的測量原理框圖。振蕩電路驅動傳感器的激勵線圈，在差動線圈產生感生電動勢，由于差動線圈一半正繞，一半反繞，鐵芯在傳感器中心時，差動線圈的輸出電壓為零。當測量桿帶動鐵芯移動時，差動線圈的輸出電壓與位移量有如下關系：

式中，K為常數；Dx為位移量。

差動線圈的輸出電壓經交流放大、相敏檢波和直流放大后送單片機進行A/D轉換，經輸出驅動電路，通過電纜向井上輸出與井徑成比例的數字信號。實際電路中，振蕩電路公用，其它部分需要與測量臂對應的四套。

優點：鐵芯與線圈做成非接觸方式，線圈與測量電路在一起，鐵芯裸露在外，與泥漿直接接觸，省略了壓力平衡膠囊，結構簡單；傳感器可以自制，成本低廉；四條測量臂有獨立輸出。

缺點：四只傳感器間有漏磁干擾，在井眼較斜時，可能某條測量臂被儀器自重壓縮的很小，而其它測量臂張角較大時，干擾更明顯；傳感器體積大，電路復雜。

因此，采用這種測量方法的儀器，易在井眼斜度較小或較淺的井中測量。

2 電位器傳感器測量方法：

2.1 六線方式：

如圖3所示，四只自復位電位器密封在壓力平衡膠囊內，通過動密封裝置分別與各自的測量桿連接。VREF、JCOM是穩壓電源輸入，J1、J2、J3和J4是與四條測量臂井徑成比例的電壓輸出，再經簡單緩沖電路后進單片機進行A/D轉換，經輸出驅動電路，通過電纜向井上輸出與井徑成比例的數字信號。

圖 3 六線電位器方式測量原理

優點：測量精度高；電路簡單；對電位器要求低；四條測量臂有獨立輸出。

缺點：需要壓力平衡膠囊和六根高壓密封的連線，結構復雜，不便于維修。

因此，采用這種測量方法的儀器，不便與其它測量參數組合。

2.2 四線方式：

如圖4所示，四只自復位電位器密封在壓力平衡膠囊內，通過動密封裝置分別與各自的測量桿連接。在對稱的兩只電位器輸出端串聯相同阻值的電阻，經反相放大電路后進單片機進行A/D轉換，經輸出驅動電路，通過電纜向井上輸出與井徑成比例的數字信號。X軸或Y軸的兩只電位器的輸出端串聯電阻在經反相放大，是利用了加法放大電路原理。它較六線式減少了兩根連線。

圖 4 四線電位器方式測量原理

優點：測量精度高；對電位器要求低；它較六線式減少了兩根連線。

缺點：需要壓力平衡膠囊和四根高壓密封的連線，結構復雜，不便于維修；四條測量臂無獨立輸出。

我單位生產的四臂式雙井徑測井儀主要采用這種測量方法。

2.3 三線方式：

如圖5所示，四只自復位電位器密封在壓力平衡膠囊內，通過動密封裝置分別與各自的測量桿連接。對稱的兩只電位器串聯連接，供恒流電，井徑變化，則電阻變化。由于是恒流供電，在輸入端檢測電壓信號即反應了井徑的大小。經放大電路后進單片機進行A/D轉換，經輸出驅動電路，通過電纜向井上輸出與井徑成比例的數字信號。

圖 5 三線電位器方式測量原理

優點：測量精度高；它較四線式減少了一根連線。

缺點：對電位器要求很高；需要壓力平衡膠囊和三根高壓密封的連線，結構復雜，不便于維修；四條測量臂無獨立輸出。

[1] 黃作華．煤田測井方法與數字處理（上冊）[M]. 北京:煤炭工業出版社，1982:180.

[2] 王賀，張秀彬，馬云等．差動變壓器電感式位移檢測傳感器[J].電工技術，2009(10):39.