[发明专利]一种井下双层介质介电常数的测量方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量井下双层介质介电常数的仪器，属于石油钻井、测井技术领域。

背景技术

在油气勘探、开发过程中，一般是利用电阻率来区分油水层，然而在地层水为淡水或微咸水时，含水层和含油层的电阻率之间的差异较小，不能精确计算出含油量，而水的相对介电常数(80左右)和油的相对介电常数(2～4)相差很大，故可以通过测量介电常数来判断含油层的存在。

在现有技术中，采用开路同轴线来测量井下介质介电常数的仪器是通过测量开路终端的反射系数来确定介质的介电常数。它的主要原理是同轴线与待测介质直接接触，在同轴线加上高频源，通过测量同轴线的反射波来得到反射系数，从而确定介质的介电常数。现有方法只能测量单层均匀介质的介电常数，而实际测量中需要测量层状地层的介电常数，所以现有仪器测量不准确。

发明内容

本发明针对现有井下介质介电常数测量技术存在的不足，提供一种准确测量井下双层介质介电常数的测量方法，同时提供一种实现该方法的测量系统。

本发明的井下双层介质介电常数的测量方法，是将开路同轴终端及被测地层视为并联的电容，开路同轴终端将高频信号送入被测地层，测得开路终端的反射系数，由此计算得出介电常数，具体包括以下步骤：

(1)在井壁上固定开路同轴终端；

(2)在开路同轴终端上加载高频信号，测量反射回来的高频信号；

(3)测量系统由高频反射信号得到反射系数；

(4)通过反射系数计算得到介质的介电常数；

(5)在同一位置采用不同频率测量，得到地层的地质特性，如形状，湿度等；

(6)在井壁不同的位置重复以上步骤，得到整个井的地质特性。

本发明的实现上述方法的井下双层介质介电常数测量系统采用以下技术方案：

该井下双层介质介电常数测量系统，包括扫频信号发生器、探头、短路块、S参数测定仪、转化器、网络分析仪和极坐标圆图显示仪；扫频信号发生器与探头、S参数测定仪、网络分析仪相连接，扫频信号发生器用于提供高频信号；探头与S参数测定仪的一个输入口连接，探头接收高频反射波；短路块与S参数测定仪的另一个输入口连接，以校正测量误差；S参数测定仪与转换器连接，S参数测定仪将被测信号与扫频信号发生器产生的参考信号进行比较送入转换器中；转换器与网络分析仪连接，转化器将被测信号与参考信号的幅度、相位差转化为射频电信号送入网络分析仪中进行分析；网络分析仪与极坐标圆图显示仪连接，网络分析仪将处理后的信号送入极坐标圆图显示仪中显示。

所述探头由电缆线、连接头、开路同轴终端三部分构成，连接头和开路同轴终端分别与电缆线的两端连接。同轴电缆为50欧姆标准软同轴线。连接头与S参数测定仪相连，开路同轴终端直接与井下介质相接触。

井下介质可以是钻井液、泥饼或者是地层。井眼内是钻井液，井眼壁外是泥饼或者地层，双层介质可以是泥浆、泥饼，或者泥浆、地层，或者两层地层。

本发明通过终端开路同轴线探测双层介质介电常数，能准确地测量井下双层介质的介电常数，从而准确的探明地层的含油气状态。

附图说明

图1是本发明测量方法的示意图。

图2是本发明测量方法的等效电路图。

图3是本发明的测量系统结构框图。

具体实施方式

本发明井下双层介质介电常数的测量方法所采用的基本原理是将开路同轴终端及被测介质视为并联的电容，通过扫频信号发生器产生高频信号，经开路同轴终端进入被测介质，测得开路终端的反射系数，由此计算得出双层介质的介电常数。

图1中开路同轴终端为Teflon填充的特性阻抗为50欧姆的终端开路同轴线，ε₁、ε₂是第一层和第二层介质的复介电常数，双层介质可以是泥浆和泥饼，或者泥浆和地层，或者是两层地层。在井壁上固定开路同轴终端，在开路同轴终端上加载高频信号，测量反射回来的高频信号，测量系统由高频反射信号得到反射系数，通过反射系数计算得到介质的介电常数，在同一位置采用不同频率测量，得到地层的地质特性，如形状，湿度等，在井壁不同的位置重复以上步骤，得到整个井的地质特性。