中国石油大学北京本科生实验报告感应测井复合线圈设计实验 1.docx
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中国石油大学北京本科生实验报告感应测井复合线圈设计实验1
中国石油大学（北京）本科生实验报告
实验四感应测井复合线圈设计实验
1、实验目的
1、了解双线圈系和复合线圈系的Doll几何因子的理论推导过程。
2、了解复合线圈系的设计方法。
二、实验原理
1、Doll几何因子理论概述
假设单元环的电磁场之间不发生相互作用。
假设电磁波瞬间便可通过地层。
（1）线圈系周围的介质是由无数个单元环组成。
（2）发射线圈引起的涡流分别在单元环中存在。
（3）每个单元环都单独存在，且在接收线圈中产生有用信号de（感应电动势）。
（4）接收线圈中有用信号Vr（感应电动势）是所有单元环的有用信号de之和：
2、g的计算：
3、横向微分几何因子的计算：
4、横向积分几何因子的计算：
5、纵向微分几何因子的计算：
6、纵向积分几何因子的计算：
三、实验内容：
（一）、0.8米双线圈系的DOLL几何因子图形绘制
1、双线圈DOLL几何因子g
源程序：
functiong=doll（r,z）
L=0.8;
r=0:
0.05:
3;
z=-1:
0.05:
1;
[R,Z]=meshgrid（r,z）;
g=0.5*L*R.^3./（（R.^2+（0.5*L+Z）.^2）.^1.5.*（R.^2+（0.5*L-Z）.^2）.^1.5）;
mesh（R,Z,g）;
xlabel（'r'）;
ylabel（'z'）;
zlabel（'g'）
title（'0.8m双线圈系doll几何因子'）;
2、双线圈系微分几何因子gr
源程序：
functiongr=hxwfjhyz02（r,L）
r=0:
0.05:
5;
L=0.8
yeta=r/L;
k=1./sqrt（4*yeta.^2+1）;
forp=1:
length（k）
FKk=@（thita）1./sqrt（1-k（p）^2*sin（thita）.^2）;
Kk=quadl（FKk,0,pi/2）;
FEk=@（thita）sqrt（1-k（p）^2*sin（thita）.^2）;
Ek=quadl（FEk,0,pi/2）;
gr（p）=2*yeta（p）*k（p）*（（1-k（p）^2）*Kk+（2*k（p）^2-1）*Ek）/L;
end
plot（r,gr）;
title（'双线圈系横向微分几何因子'）;
3、双线圈系横向积分几何因子Gr
源程序：
functionGr=hxjfjhyz（r,l）
r=0:
0.1:
5;
l=0.8;
yeta=r/l;
k=1./sqrt（4*yeta.^2+1）;
forp=1:
length（k）
fkk=@（thita）1./sqrt（1-k（p）^2*sin（thita）.^2）;
kk=quadl（fkk,0,pi/2）;
fek=@（thita）sqrt（1-k（p）^2*sin（thita）.^2）;
ek=quadl（fek,0,pi/2）;
Gr（p）=1-0.5*（1+k（p）^2）*ek/k（p）+0.5*（1-k（p）^2）*kk/k（p）;
end
plot（r,Gr）;
xlabel（'r'）;
ylabel（'Gr'）;
title（'双线圈系横向积分几何因子Gr'）
4、双线圈系纵向微分几何因子gz
源程序：
functiongz=zxwfjhyz（z,L）
L=0.8;
z=-1.5:
0.01:
1.5;
forp=1:
length（z）;
ifabs（z（p））<=0.5*L
gz（p）=1./（2*L）;
elseabs（z（p））<-0.5*L;
gz（p）=L./（8*z（p）.^2）;
end
end
plot（z,gz）;
xlabel（'z'）;
ylabel（'gz'）;
title（'双线圈系纵向微分几何因子'）;
5、双线圈系纵向积分几何因子Gz
源程序：
functionGz=zxjfjhyz（z,L）
L=0.8;
z=0:
0.01:
3;
forp=1:
length（z）;
ifabs（z（p））<=0.5*L
Gz（p）=z（p）/L;
elseabs（z（p））<-0.5*L
Gz（p）=1-L/（4*z（p））;
end
end
plot（z,Gz）;
xlabel（'z'）;
ylabel（'Gz'）;
title（'双线圈系纵向积分几何因子'）;
（二）、标准六线圈系DOLL几何因子图形绘制
标准六线圈系
1、六线圈系横向微分几何因子gr
源程序：
functiongr=sixhxwf（~,~）
L=[0.8,0.6,0.6;0.6,0.4,0.8;0.6,0.8,2];
n=[100,-25,-7];
r=0:
0.01:
3;
m=0;
p=0;
forj=1:
3
fork=1:
3
Q=n（j）*n（k）.*hxwfjhyz（r,L（j,k））/L（j,k）;
P=n（j）*n（k）/L（j,k）;
m=m+Q;
p=p+P;
end
end
grr=m./p;
plot（r,gr）;
xlabel（'r'）;
ylabel（'gr'）;
title（'六线圈系横向微分几何因子'）;
2、六线圈系横向积分几何因子Gr
源程序：
functionGr=sixhxjf（r,L,n）
n=[100,-25,-7];
L=[0.8,0.6,0.6;0.6,0.4,0.8;0.6,0.8,2];
r=0:
0.01:
3;
forj=1:
3
fork=1:
3
Q=Q+n（j）*n（k）.*hxjfjhyz（r,L（j,k））/L（j,k）;
P=P+n（j）*n（k）/L（j,k）;
end
end
Gr=Q/P;
plot（r,Gr）;
xlabel（'r'）;
ylabel（'Gr'）;
title（'六线圈系横向积分几何因子'）;
3、六线圈系纵向微分几何因子gz
源程序：
functiongz=sixzxwf（~,~）；
z=-3:
0.05:
3;
n=[100,-25,-7];
L=[0.8,0.6,0.6;0.6,0.4,0.8;0.6,0.8,2];
z1=[0,0.1,0.7;-
m=0;
p=0;
ifabs（z）<=2.5
deta=100;
else
deta=500;
end
forj=1:
3
fork=1:
3
Q=n（j）*n（k）.*zxwfjhyz（z-z1（j,k）,L（j,k））/L（j,k）;
P=n（j）*n（k）/L（j,k）;
m=m+Q;
p=p+P;
end
end
gz=m./p;
plot（z,gz）;
六线圈系纵向微分几何因子
4、六线圈系纵向积分几何因子Gz
源程序：
functiongzz=sixzj（z,L）
z=-3:
0.05:
3;
n=[100,-25,-7];
L=[0.8,0.6,0.6;0.6,0.4,0.8;0.6,0.8,2];
z1=[0,0.1,0.7;-0.1,0,0.6;-0.7,-0.6,0];
m=0;
p=0;
forj=1:
3
fork=1:
3
Q=n（j）*n（k）*Hzz（z,z1（j,k）,L（j,k））/L（j,k）;
P=n（j）*n（k）/L（j,k）;
m=m+Q;
p=p+P;
end
end
gzz=m./p;
plot（z,gzz）;
axis（[0,3,0,1]）
六线圈系纵向积分几何因子
（三）、（过补偿）改变匝数六线圈系的Doll几何因子图形绘制。
n
（1）,n
（2）,n（3）为补偿线圈对，主线圈对，聚焦线圈对的匝数
n=[-100,100,-7]
（四）、（过聚焦）改变匝数六线圈系的Doll几何因子图形绘制。
n
（1）,n
（2）,n（3）为补偿线圈对，主线圈对，聚焦线圈对的匝数n=[-25,100,-100]
四、实验分析
1、双线圈系DOLL几何因子g随r和z的变化图形类似于半个火山，在火山口附近是g的最大值的轨迹；
2、由实验结果分析对比双线圈系和六线圈系横向几何因子，可看出复合线圈系能够提高径向探测深度，并降低井眼影响；
3、复合线圈戏中设置补偿线圈对可以减少井眼影响，增加探测深度，但是当线圈匝数过大，会造成径向探测深度降低，出现“过补偿”；
4、复合线圈系中设置聚焦线圈对可以提高分层能力，减小围岩的影响，同样，当线圈匝数过大时，线圈系会出现“过聚焦”现象；
5、改变线圈距的大小，发现增大线圈距在提高径向分辨率的同时降低了纵向分层能力
6、综合以上各种因素，复合线圈系的设计可归结为：
（1）.确定主线圈距
a.考虑分辨率，一般主线圈距小于1.5m
b.要求井眼影响小，使Gm≈0.
如标准井径r=0.25m，则r=0.25m在gr曲线上的位置不应超过gr最大值的2/3。
匝数:
决定信号的大小，常在100匝以上。
可选:
L=0.833-1m,一般常用1m为基础设计。
（2）.设置补偿线圈，在主线圈内侧,绕向于主线圈相反,匝数明显少于主线圈.
（3）.设置聚焦线圈，在主线圈外侧,绕向与主线圈相反,匝数少于主线圈。
（4）.线圈系结构对称（视电导率曲线对称）
（5）.有用信号损失不要过大（线圈匝数）
（6）.复合线圈系互感系数最小：
即使总的互感系数趋于零：
7、总结出感应测井仪的探测特性
（1）双线圈系的探测特性：
探测深度浅，分辨率低。
（2）复合线圈系的探测特性：
a.主线圈距L=0.8m，记录点在L中点.
b.井径小于0.3m，Gr≈0；无井眼的影响.
c.当Gr=0.5时，r=1.3m，即探测半径约为1.3m.
d.当目的层厚度为1.5m时，Gz≈0.8，且Gz出现一段平直线，说明地层厚度为1.5m时，围岩影响占20%。
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