一種用于石油測井的高靈敏度磁場傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種感應(yīng)式磁場傳感器，其包括：磁芯，其用于聚集空間中變化的磁通量；多匝線圈，其用于感應(yīng)空間中變化的磁場；放大電路，其用于放大微弱的感應(yīng)信號，使其可被后續(xù)設(shè)備監(jiān)測；其中，所述磁芯呈工字型，包括中空的磁芯管和固定于所述磁芯管兩端的中空扁平磁通聚集器，所述磁芯管和磁通聚集器的內(nèi)徑相同，所述多匝線圈纏繞在所述磁芯管上，且其兩端接所述放大電路。本發(fā)明不僅可以串于石油測井電纜之上，方便作業(yè)，還可以最大程度的利用井下的有限空間，實(shí)現(xiàn)磁場傳感器高靈敏度。實(shí)際勘探中，通過本發(fā)明獲取磁場值大小，和電場數(shù)據(jù)合用，反演巖石的電阻率分布，探明地質(zhì)情況和石油能源分布。
【專利說明】一種用于石油測井的高靈敏度磁場傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于石油測井的高靈敏度磁場傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]在油氣田的勘探和開發(fā)階段，現(xiàn)場地質(zhì)工作的重要任務(wù)之一就是落實(shí)地質(zhì)構(gòu)造劃分鉆井地質(zhì)剖面。通過確定鉆井所穿過的各地質(zhì)時(shí)代地層的層序、埋藏深度、地層厚度和巖石性質(zhì)了解油氣生、儲、蓋層的構(gòu)造位置、巖性特征及含油氣情況等。完成這些任務(wù)除通過鉆井取心、井壁取心、巖屑錄井等地質(zhì)方法外，再就是通過測井方法，對巖層各種地球物理性質(zhì)進(jìn)行研究，間接地確定巖層的地質(zhì)特性。
[0003]根據(jù)巖石的不同的可測量性能，石油測井方法分為很多種。其中，以巖石導(dǎo)電特性為基礎(chǔ)的電磁測井方法中，例如電阻率測井，磁場傳感器是必不可少的測量儀器之一。實(shí)際測量時(shí)，將發(fā)射線圈和磁場傳感器固定于專用測井電纜上，送至井下，測井時(shí)絞車滾筒牽引電纜將儀器勻速上提，被測地層物理參數(shù)由儀器獲取后，經(jīng)纜芯傳送到地面的記錄儀器進(jìn)行記錄，將采集的相應(yīng)物理參數(shù)，按一定的深度比例和橫向比例記錄在記錄紙上，并將得到一條或幾條連續(xù)變化的曲線，即測井曲線。
[0004]近年來，隨著石油勘探開發(fā)的需要，測井技術(shù)發(fā)展已愈來愈迅速，各種類型的測井儀器也層出不窮。國外如斯倫貝謝、哈里伯頓、阿特拉斯、康普樂、俄羅斯等公司也不斷開發(fā)測井新技術(shù)和儀器，但關(guān)于電磁法測井的儀器較少。且有著線圈結(jié)構(gòu)簡單，不包含磁芯，空間利用率低等弊端。國內(nèi)的測井感應(yīng)式磁場傳感器更是剛剛起步，目前尚無成熟的儀器。
[0005]因此，在石油測井技術(shù)方面，感應(yīng)式磁場傳感器是不可或缺的核心技術(shù)，直接制約著我國石油測井電磁儀器的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提出了一種用于石油測井的高靈敏度磁場傳感器。
[0007]本發(fā)明提供的一種感應(yīng)式磁場傳感器，其包括:
[0008]磁芯，其用于聚集空間中變化的磁通量；
[0009]多匝線圈，其用于感應(yīng)空間中變化的磁場；
[0010]放大電路，其用于放大微弱的感應(yīng)信號，使其可被后續(xù)設(shè)備監(jiān)測；
[0011]其中，所述磁芯呈工字型，包括中空的磁芯管和固定于所述磁芯管兩端的中空扁平磁通聚集器，所述磁芯管和磁通聚集器的內(nèi)徑相同，所述多匝線圈纏繞在所述磁芯管上，且其兩端接所述放大電路。
[0012]本發(fā)明應(yīng)用以巖石導(dǎo)電特性為基礎(chǔ)的眾多測量方法中，例如電阻率測井。本發(fā)明不僅可以串于石油測井電纜之上，方便作業(yè)，還可以最大程度的利用井下的有限空間，實(shí)現(xiàn)磁場傳感器高靈敏度。實(shí)際勘探中，通過本發(fā)明獲取磁場值大小，和電場數(shù)據(jù)合用，反演巖石的電阻率分布，探明地質(zhì)情況和石油能源分布?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明中用于石油測井的高靈敏度磁場傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明中磁芯形狀的分解示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明中放大電路第一通道放大模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為本發(fā)明中放大電路第一通道反相模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5為本發(fā)明中放大電路第二通道放大模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6為本發(fā)明中放大電路第二通道反相模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖7示出了本發(fā)明中用于石油測井的高靈敏度磁場傳感器的頻率響應(yīng)示意圖；
[0020]圖8示出了本發(fā)明中用于石油測井的高靈敏度磁場傳感器的本底噪聲水平示意圖；
[0021]圖9示出了本發(fā)明用于石油測井的高靈敏度磁場傳感器的實(shí)物示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0023]圖1示出了本發(fā)明提出的感應(yīng)式磁場傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述感應(yīng)式傳感器包括:磁芯1、多匝線圈2、低噪聲放大電路3。其中，所述磁芯用于聚集空間中變化的磁通量；多匝線圈用于感應(yīng)空間中變化的磁場；放大電路用于放大微弱的感應(yīng)信號，使其可被后續(xù)設(shè)備監(jiān)測。如圖1所示，在一個(gè)工字型的磁芯I上，采用工程塑料作為骨架支撐和保護(hù)磁芯，在骨架上均勻纏繞多匝線圈2，多匝線圈2的兩端連接低噪聲放大電路3的輸入端，低噪聲放大電路3的輸出端通過接頭輸出信號。由于磁芯管的特殊結(jié)構(gòu)，該磁場傳感器也呈管狀，長度優(yōu)選為150mm(不包括電路)，內(nèi)徑優(yōu)選為20mm，外徑優(yōu)選為60mm。通過磁芯、線圈和低噪聲放大電路的相互匹配，該磁場傳感器的等效輸入磁場噪聲可達(dá)到1pT/ V HzilHz0
[0024]該磁場傳感器可以串于外徑小于20mm的石油測井系統(tǒng)中軸骨架之上，并可置于內(nèi)徑大于70_的石油測井套管中，適用于適用于井下高溫探測環(huán)境，極大程度的利用了井下有限的空間，降低了儀器體積與成本。
[0025]該種用于石油測井的高靈敏度磁場傳感器在井下工作溫度為+180°C，因此該磁場傳感器的磁芯、線圈和電路板的工作溫度范圍為_40°C?210°C。
[0026]具體地，本發(fā)明提出的感應(yīng)式磁場傳感器的磁芯I呈工字型，具體由磁芯管11和位于磁芯管11兩端的磁通聚集器12構(gòu)成，中間為細(xì)長的中空圓柱體磁芯管(圖1中白色為中空部分)，長度Ietffe可選范圍為50mm?500mm,優(yōu)選為118mm,內(nèi)徑Di可選范圍為5mm?100mm,優(yōu)選為24mm,外徑D?？蛇x范圍為1mm?500mm,優(yōu)選為30mm,兩端為扁平的中空圓柱體磁芯管，長度t可選范圍為Imm?20mm,優(yōu)選為5mm,內(nèi)徑Di可選范圍為5mm?100mm,優(yōu)選為24mm,外徑D?？蛇x范圍為20mm?500mm,優(yōu)選為56mm,磁芯管11的內(nèi)徑和磁通聚集器12的內(nèi)徑相同，磁芯管11的外徑遠(yuǎn)小于磁通聚集器12的外徑。磁芯管11和磁通聚集器12的形狀示意圖如圖2所示。這三部分磁芯緊密的固定在一起。
[0027]中間細(xì)長的圓柱體磁芯，稱為磁芯管。具有一定壁厚的磁芯管可替代傳統(tǒng)的實(shí)心圓柱體磁芯，從而使得整體的磁場傳感器呈管狀，適用于井下作業(yè)的需求。
[0028]兩端扁平狀圓柱體磁芯環(huán)，稱為磁通量聚集器，通過采用該技術(shù)，較短的磁芯實(shí)現(xiàn)與較長磁芯的有效磁導(dǎo)率相等，即在較小的體積內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了較高的靈敏度。
[0029]磁芯材料優(yōu)選地采用軟磁鐵氧體材料。該材料的初始磁導(dǎo)率高、電導(dǎo)率低，可以在-40°C~210°C實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的無損耗放大，從而達(dá)到所需靈敏度。磁芯材料可以用坡莫合金來實(shí)現(xiàn)。
[0030]本發(fā)明所述感應(yīng)式磁場傳感器的磁芯不同于傳統(tǒng)的棒狀磁芯。首先，采用兩端扁平的圓盤狀磁芯，稱為磁通量聚集器，增加磁芯聚集的磁通量，提高磁芯表面磁導(dǎo)率，從而在較小的體積內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了更高的靈敏度。其次，采用具有一定壁厚的磁芯管替代傳統(tǒng)的實(shí)心圓柱體磁芯，從而使得整體的磁場傳感器呈管狀，可穿于石油測井系統(tǒng)中軸骨架之上，適用于井下作業(yè)的需求。
[0031]對于傳統(tǒng)的棒狀磁芯，由于退磁場的存在,磁芯表面磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料本身的初始磁導(dǎo)率μ ro假設(shè)磁芯的等效直徑為d，磁芯長度為1。_，則m = lcore/d為磁芯的長徑比，其退磁因子(NB)為:
【權(quán)利要求】
1.一種感應(yīng)式磁場傳感器，其包括: 磁芯，其用于聚集空間中變化的磁通量； 多匝線圈，其用于感應(yīng)空間中變化的磁場； 放大電路，其用于放大微弱的感應(yīng)信號，使其可被后續(xù)設(shè)備監(jiān)測； 其中，所述磁芯呈工字型，包括中空的磁芯管和固定于所述磁芯管兩端的中空扁平磁通聚集器，所述磁芯管和磁通聚集器的內(nèi)徑相同，所述多匝線圈纏繞在所述磁芯管上，且其兩端接所述放大電路。
2.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)式磁場傳感器，其特征在于，所述磁通量聚集器用于增加磁芯聚集的磁通量。
3.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)式磁場傳感器，其特征在于，所述磁芯管長度為50mm?500mm,內(nèi)徑為5_?100mm,外徑為10_?500mm,所述磁通聚集器的長度為1_?20mm,內(nèi)徑為5_?100mm,外徑為20_?500mm。
4.如權(quán)利要求3所述的感應(yīng)式磁場傳感器，其特征在于，所述磁芯管長度為118_，內(nèi)徑為24mm,外徑為30mm,所述磁通聚集器的長度為5mm,內(nèi)徑為24mm,外徑為56mm。
5.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)式磁場傳感器，其特征在于，所述放大電路包括兩個(gè)通道，其中第一通道用于將多匝線圈感應(yīng)信號放大第一預(yù)定值后輸出第一放大信號，第二通道用于將所述第一放大信號放大所述第一預(yù)定值后輸出第二放大信號，擴(kuò)大了傳感器動態(tài)范圍。
6.如權(quán)利要求4所述的感應(yīng)式磁場傳感器，其特征在于，所述第一通道和第二通道分別包括放大模塊和反相模塊，所述放大模塊用于將輸入信號進(jìn)行放大輸出，所述反相模塊用于將放大模塊輸出的信號進(jìn)行反相，使得信號差分輸出。
7.如權(quán)利要求5所述的感應(yīng)式磁場傳感器，其特征在于，所述放大模塊采用兩級串聯(lián)的放大芯片實(shí)現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述感應(yīng)式磁場傳感器，其特征在于，其適用于井下高溫探測環(huán)境。
9.如權(quán)利要求7所述的感應(yīng)式磁場傳感器，其特征在于，所述磁芯的中空部分適用于穿設(shè)在測井系統(tǒng)中軸骨架之上。
【文檔編號】G01R33/02GK104035055SQ201410166604
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】閆彬, 朱萬華, 劉雷松, 方廣有 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所