技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地球物理勘探測量方法領(lǐng)域，特別是巖土工程領(lǐng)域的測井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)并行電法技術(shù)的方位電測井裝置及其測量方法。

背景技術(shù)：

電測井是利用巖層的電化學(xué)特性、導(dǎo)電特性來評價巖層巖性、滲透性、裂隙發(fā)育特性的地球物理測井方法，采用一定的電極裝置沿鉆孔記錄巖層的自然電位、視電阻率變化稱為電法測井，目前的巖土工程勘察領(lǐng)域，隨著基礎(chǔ)建設(shè)工程的快速發(fā)展，電法測井技術(shù)的需求上升較快，目前工程測井儀器在實際使用存在諸多不足，主要表現(xiàn)在：

1）工程電測井多不配備測斜系統(tǒng)，鉆孔軌跡路徑偏差較大，給測井?dāng)?shù)據(jù)定位帶來誤差；

2）工程鉆孔在潛水位以上時，孔內(nèi)無水；地下空間的仰角孔，孔內(nèi)無水；井內(nèi)無水耦合時不能進行電測井；

3）工程電測井一般為4個電極構(gòu)成，不能對鉆孔周邊進行電性細分；

4）測井?dāng)?shù)據(jù)處理結(jié)果簡單，多為自然電位和視電阻率2條曲線；且難以給出孔壁深度范圍情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述工程測井儀器存在的不足，本發(fā)明將并行電法技術(shù)與測斜儀器相融合，來解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。并行電法技術(shù)是基于國家發(fā)明專利 “分布式并行智能電極電位差信號采集方法”（ 發(fā)明專利號：ZL200410014020）與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成技術(shù)構(gòu)建，其優(yōu)點主要是探測效率高：幾分鐘內(nèi)可以獲取其他電法儀幾個小時的數(shù)據(jù)量；獲取參數(shù)多：一次探測可以獲取自然電位，一次場，二次場等信息；采集數(shù)據(jù)量大：包含各種裝置數(shù)據(jù)，同時還包含不等間距的數(shù)據(jù)；采集信號的信噪比高：為一次供電，所有測量電極同步測量，獲取整個電場信號等，將并行電法運用到測井中可提高測井的現(xiàn)場工作效率。同時在鉆孔測斜模塊裝置加入方位角、傾角和橫滾角（橫滾角是描述探管在鉆孔內(nèi)轉(zhuǎn)動的參數(shù)）等參數(shù)，可直觀準(zhǔn)確的對鉆孔進行測斜，便于后期的成果表達。

本發(fā)明為實現(xiàn)其目的所采取的技術(shù)方案：基于網(wǎng)絡(luò)并行電法技術(shù)的方位電測井裝置，包括手持控制端和探管裝置；所述手持控制端由裝備進尺對時打點功能軟件的手持機，無線信號傳輸系統(tǒng)及顯示裝置組成；所述的探管裝置包括鉆孔測斜模塊裝置和并行電法模塊裝置，電極通過彈片或彈簧球安裝固定于探管的外周；所述鉆孔測斜模塊裝置包括鉆孔測斜儀及其配套的數(shù)據(jù)傳輸裝置；所述并行電法模塊裝置實現(xiàn)并行電法電位差測量、電流發(fā)射及通過配套的傳輸裝置傳輸數(shù)據(jù)。

所述探管裝置安裝在與探管裝置直徑配套的作為推送裝置的鉆機或推送桿上。

所述電極在探管徑向剖面外周以對應(yīng)個數(shù)布設(shè)，構(gòu)成剖面測量系，確保電極與孔壁的接觸，；所述剖面測量系沿探管長度方向布置若干個，且各剖面測量系之間等距間隔布設(shè)；所述剖面測量系按其在探管外的個數(shù)可分為單剖面測量系、雙剖面測量系、三剖面測量系、四剖面測量系、五剖面測量系或六剖面測量系。所述每個剖面測量系的電極的個數(shù)n為4~64，其中可以有2個電極不在鉆孔內(nèi)，一個為供電電極B，另一個為公共電極N。

鉆孔測斜模塊裝置中的高精度羅盤，用于測量探管在鉆孔中的方位角、傾角和橫滾角。

本發(fā)明的系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式采用的是一種點電源供電并行采集的AM技術(shù)，探測效率極高。即除掉兩個供電電極外，其他電極同時采集電位信號，整個采集過程中沒有閑置電極。

所述探管裝置一端安裝在與探管裝置直徑配套的鉆機或推送桿上，利用鉆機或者人工進行推送進入鉆孔，并控制其前進、后退或旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明在鉆孔內(nèi)建立人工電場場源，定點定向測量鉆孔內(nèi)的電性變化的裝置，構(gòu)成鉆孔內(nèi)的新型方位電測井系統(tǒng)，可服務(wù)于巖土工程、地下工程、地質(zhì)災(zāi)害及礦山安全領(lǐng)域的鉆孔測斜與巖性、構(gòu)造的測量。

本發(fā)明還提供一種用于所述測斜測井裝置的測量方法，包括以下步驟：

（1）設(shè)備組裝：將探管裝置與相配套直徑的鉆桿或推送桿相連接；

（2）數(shù)據(jù)采集：

a、將探管裝置與手持控制端開機后進行時間同步，同步后探管裝置內(nèi)的測斜裝置和網(wǎng)絡(luò)并行電法電位差測量裝置即開始按照一定的時間間隔進行數(shù)據(jù)采集與保存數(shù)據(jù)；

b、啟動推送裝置，將探管裝置送入鉆孔中，待送入到探測段時，在第一個探測點保持探管靜止?fàn)顟B(tài)，啟動手持控制端上的時間進尺對時打點功能軟件（進尺表示探頭進入鉆孔的深度），記錄當(dāng)前探管所在位置的時間點和對應(yīng)深度h，由于探管裝置內(nèi)的兩模塊段所采集的測斜數(shù)據(jù)和電法數(shù)據(jù)為實時數(shù)據(jù)且都有相對應(yīng)的時間，所以通過手持控制端內(nèi)所記錄的時間點就可以提取出探管所在位置的測斜信息和電法信息；

c、第一點測量完成后，繼續(xù)推送鉆桿至下一測量點，重復(fù)b步驟中的操作，直至整個鉆孔測量工作結(jié)束。

（3）數(shù)據(jù)處理：探管裝置與手持控制端通過無線傳輸裝置傳輸、保存并處理采集到的數(shù)據(jù)；通過測斜數(shù)據(jù)進行成圖可獲取整個鉆孔空間三維形態(tài)，通過并行電法模塊可獲取鉆孔不同深度、孔壁方位的自然電位、視電阻率、視極化率信息；測量參數(shù)均可導(dǎo)出到PC端進行成圖和相關(guān)處理。

本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明基于鉆孔測斜技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)并行電法勘探技術(shù)，在探管裝置尾端布設(shè)并行電法模塊，在進行鉆孔軌跡測量時，可以同步測量鉆孔內(nèi)不同方位的自然電位信息，實時計算出方位電阻率、方位極化率等關(guān)鍵特征量；

（2）本發(fā)明能夠根據(jù)電極系的不同位置，按照電法體積效應(yīng)，給出鉆孔孔壁徑向深度的三維視電阻率、視極化率信息，獲取鉆孔徑向深度圍巖的三維電性分布圖；進行三維電阻率、極化率反演計算，可得到異常區(qū)域的精確定位；而傳統(tǒng)電法測井，只能獲得孔壁的電阻率曲線。

（3）結(jié)合鉆孔外手持機的時間及孔深位置記錄，不采用鉆孔外的B、N電極時，能夠?qū)崿F(xiàn)無纜式方位電阻率、極化率測井，可用于拔鉆后不成孔的特殊工程鉆孔的隨鉆電法測井，如“地老鼠”式等穿線管鉆機的巖性判斷；

（4）本發(fā)明測量快速有效，不需要使用耦合劑，仰孔和俯孔均適用，具有廣泛的工程市場需求；

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明：

圖1：本發(fā)明實施例1中測斜測井裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：本發(fā)明實施例2中測斜測井裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3：本發(fā)明中探管裝置的橫向截面，即剖面測量系的結(jié)構(gòu)示意圖（自右向左依次為單剖面測量系a、雙剖面測量系b、三剖面測量系c、四剖面測量系d、五剖面測量系e、六剖面測量系f）；

圖4：電極計算空間電位電阻率示意圖；

圖5：根據(jù)方位角和傾角換算空間點位坐標(biāo)示意圖；

圖6：本發(fā)明測斜測井裝置在鉆孔中采集數(shù)據(jù)的示意圖。

圖中：1-手持機；2-探管裝置；3-并行電法模塊裝置；4-鉆孔測斜模塊裝置；5-電極；6-鉆孔；7-隧洞。

具體實施方式

在巖土工程勘察中，孔壁的巖性、構(gòu)造變化，表現(xiàn)為孔壁及壁后橫向和縱向的電性特征不同，直流電法最為敏感的正是介質(zhì)體電性差異，這就為電測井提供了良好的地球物理探查基礎(chǔ)。本發(fā)明將并行電法作為巖性變化檢測手段，將鉆孔測斜、對時作為鉆孔軌跡檢測手段，對鉆孔軌跡及巖性變化進行系統(tǒng)檢測。本發(fā)明將并行電法模塊和測斜模塊進行組裝，其中電法模塊主要采集電位數(shù)據(jù)、發(fā)射電流，計算自然電位、視電阻率和視極化率；測斜模塊測量方位角、傾角和橫滾角信息，用于計算裝置的具體位置信息；用測斜裝置計算出的位置信息來精確定位電極系統(tǒng)的位置信息，用自然電位、視電阻率和視極化率信息來解決鉆孔巖性、構(gòu)造、滲流的判斷。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明：

如圖1和圖2所示的測斜測井裝置，包括手持機1以及探管裝置2，所述的探管由鉆孔測斜模塊裝置4和并行電法模塊裝置3組成，并行電法模塊裝置3與鉆孔測斜模塊裝置4間距為L，并行電法模塊裝置3的電極間距L₀，并行電法模塊裝置3的外周由N個剖面測量系組成。手持機1與探管裝置2均布設(shè)有無線傳輸裝置并通過其進行數(shù)據(jù)傳輸。

如圖3所示的并行電法模塊裝置3外周的電極5布設(shè)方式。電極5在探管徑向剖面外周以對應(yīng)個數(shù)布設(shè)，構(gòu)成剖面測量系。剖面測量系沿探管長度方向布置若干個，且各剖面測量系之間等距間隔布設(shè)；所述剖面測量系按其在探管外的個數(shù)可分為單剖面測量系、雙剖面測量系、三剖面測量系、四剖面測量系、五剖面測量系或六剖面測量系；每個剖面測量系通過彈片或彈簧球安裝有n個電極，n為4~64，。

這樣，在進行數(shù)據(jù)采集時每個電極測量系可獲取一定深度的電性剖面（每四個電極可提取出空間一個電阻率點，剖面最大深度h=(n-1) L₀/2，如圖4）。

鉆機或推送桿均可作為推送裝置，推送桿也可安裝于鉆機或直接通過手持方式將推送桿及探管裝置送入鉆孔6；通過鉆機或手持方式控制探管裝置的前進、后退或旋轉(zhuǎn)。所述手持機1為裝備進尺對時打點功能軟件的手持機1。

本發(fā)明還提供一種用于所述方位電測井裝置的測量方法，包括以下步驟：

（1）設(shè)備組裝：將探管裝置2中的鉆孔測斜模塊裝置4和并行電法模塊裝置3連接安裝成一整體，并行電法模塊裝置3的一端安裝在推送裝置上；利用鉆機或者人工進行推送進入鉆孔，并控制探管裝置前進、后退或旋轉(zhuǎn)，通過各剖面測量系及旋轉(zhuǎn)探測，獲得以鉆孔為中心0.5倍剖面長度為半徑范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)體。

（2）數(shù)據(jù)采集：通過推送裝置將探管裝置沿鉆孔軸線方向送入至初始位置，同時啟動手持控制端的時間進尺對時打點功能軟件，在探管裝置平穩(wěn)狀態(tài)下，由鉆孔測斜模塊自動測量初始位置的方位信息，由網(wǎng)絡(luò)并行電法電位差測量裝置自動測量初始位置的電位信號，由手持機內(nèi)部打點功能軟件記錄初始位置的時間信息，待該測點測量完成后將探管移動至下一目標(biāo)進尺位置，并按上述方式測量并記錄相關(guān)信息，如此反復(fù)，直到完成整個鉆孔測量任務(wù)。

具體操作：啟動推送裝置，如圖5所示，將探管裝置2沿隧道7中的鉆孔6送入鉆孔，啟動手持機1上的時間進尺對時打點功能軟件，將探管與手持機同步，將探管送入到探測區(qū)域時，先穩(wěn)定住探管裝置2，記錄探管裝置2在平穩(wěn)狀態(tài)下的時間t、探管深度H、方位角α、傾角β、橫滾角γ、以及電極電位測量數(shù)據(jù)，完成記錄后通過推送裝置將探管裝置2移動至目標(biāo)進尺位置，并再次記錄時間、位置信息以及電極測量數(shù)據(jù)，如此反復(fù)，直到完成測量任務(wù)；

（3）數(shù)據(jù)處理：探管裝置2與手持機1通過無線傳輸裝置傳輸、保存并處理采集到的數(shù)據(jù)；以孔口為坐標(biāo)原點建立空間三維坐標(biāo)系xyz，測線與原點的連線在空間xy面內(nèi)的投影與x軸的交點即為方位角α，連線與xy面的夾角為β，如圖6所示，以此為原則將測斜所得到的信息在三維空間內(nèi)進行表達；表達結(jié)果可在手持機端顯示，并進行自動存儲；通過處理解析軟件對所獲數(shù)據(jù)進行進一步處理，得到不同深度的相關(guān)參數(shù)，也可導(dǎo)出到PC端進行相應(yīng)成圖與處理。

以上實施例并非僅限于本發(fā)明的保護范圍，所有基于本發(fā)明的基本思想而進行的修改或變動都屬于本發(fā)明的保護范圍。