煤田測井儀

發展概況

20世紀60年代，随着數字技術與計算機技術的發展，出現了數字測井儀。它采用數字電路處理與傳輸信号，以數字方式沿鑽孔深度按一定間隔離散采樣，最終按一定格式将各岩層的物性數據記錄在磁帶或磁盤等介質上。中國在20世紀70年代開始研制數字測井儀，80年代逐步得到廣泛的應用。圖1下圖為數字測井儀的基本框圖。

在由模拟測井儀向數字測井儀發展的過程中，還有一些過渡型儀器，其特點是探管探測的信号以模拟形式傳輸到地面，再經模數轉換器變成數字格式記錄。數字測井儀一般通過監視屏幕或打印機或繪圖儀等計算機外圍設備，獲得與模拟測井曲線相似的記錄。這種記錄稱為監視記錄。

探管

下入鑽孔，測量鑽孔岩石剖面上各岩層地球物理參數，并将這些信息轉換成便于傳輸的信号的裝置。探管外殼一般為圓柱形管，為防止沖洗液滲入，它應能承受一定的壓力，多由不鏽鋼等金屬制成，并密封牢靠。探管中安設的元器件及電路應能适應鑽孔内溫度随深度而變化的環境。由于煤田勘探鑽孔直徑一般較小，煤田測井儀探管的外徑一般都在45～65mm左右。根據某些測井方法的特殊要求，有些探管的外部還裝有居中器或各類推靠器，使探管下入鑽孔後始終保持居中或貼近孔壁;有些，用加長管使探管軸盡量與鑽孔軸保持一緻。探管内電路使用的電流通常由地面電源通過電纜向下輸送，模拟測井儀以恒壓供電為主;數字測井儀則以恒流供電為主；無電纜測井儀等少數特殊測井儀則采用密封在探管内的電池供電。由于各種測井方法所測量的物理參數不同，因而需使用不同的探管。

電測井探管最簡單的自然電位和電阻率模拟測井所用的探管，僅由若幹電極構成(見電測井)。複雜的探管則需配有相應的電路，以便在孔内向岩層供電，測量電極之間的電位差，并将其以模拟或數字方式傳輸至地面。采用數字傳輸需将電位差進行調制(電壓頻率轉換或模數轉換)。側向測井所用的探管，配有跟蹤電路，使中心電極與屏蔽電極保持等電位，不讓向岩層供電電流在沖洗液中沿孔軸方向流動。

γ探管曾稱自然伽馬探管，由γ射線探測器、信号處理與輸出電路以及電源等三部分組成。γ射線探測器最早多為蓋革計數管，目前已廣泛地被閃爍計數器代替。閃爍計數器由NaI、CsI晶體等閃爍熒光體與光電倍增管組成。γ射線射入閃爍熒光體後，會産生具有一定動能的電子，激發熒光體産生閃光脈沖，其閃光亮度與電子的能量成正比，它反映γ射線的能量。光電倍增管可将熒光體的閃光脈沖轉換成電脈沖信号，其幅度大小與閃光亮度成正比。光電倍增管輸出的電脈沖信号，一般要經過放大、整形等處理，再用功率放大器使其具有一定的功率，然後通過電纜向地面傳輸。采用數字式記錄探管時，這一信号處理還要借助模數轉換器，将信号以脈沖計數率(單位時間内的脈沖信号個數)編碼通過電纜傳輸至地面。采用具有能譜測量的γ探管，要對光電倍增管輸出的脈沖信号進行幅度分析，并按對應的能量窗，分别統計其脈沖計數率。

電源部分除工作電源外，還配置有直流變換器，以便将地面送來的低壓變成高壓直流電，以滿足光電倍增管工作電壓的需要。

密度探管探管的電路與γ探管的電路相似。所不同的是，密度探管内裝有産生γ射線的放射源。采用雙源距補償密度測井時，探管内安置有兩個探測器及其各自的信号處理電路。密度測井所需的γ射線源，應是能量中等、半衰期較長的放射性同位素，常用的有Co和Cs等。

密度探管的最下端放置射線源，其上方一定距離(20～50cm)處安裝由1～2個閃爍計數器組成的探測器。在射線源與探測器之間充填有屏蔽物質用以阻止射線源直接照射探測器。為提高密度測井的垂直分辨率，有些探管在射線源和探測器部位分别裝有定向瞄準裝置，用以限制放射源的發射方向和探測器的接收方向。為減小孔徑及沖洗液的影響，密度探管常配有推靠裝置，使探管緊貼孔壁。有的探管将射線源和探測器安裝在活動臂上，使它們更貼近孔壁。少數密度探管除具有定向瞄準裝置外，還裝有居中器，使探管保持位于鑽孔中心，以便探測一次散射γ射線。

中子探管探管除使用中子源(見放射性測井)外，其結構與密度探管類似。中子-γ測井用的探測器，與γ探管或密度探管的探測器相似，中子中子測井使用能探測中子(主要是熱中子或超熱中子)的中子探測器。

最初的中子探測器多使用三氟化硼BF3正比計數管。它是一種安有正、負電極的圓柱形密封管，管内充有BF3氣體，中子射入後，與硼産生核反應生成α粒子，在電場作用下使氣體電離産生電脈沖信号。近年來使用的中子探測器主要是~He計數管和铊激活锂玻璃閃爍計數器。前者用He氣體代替BF3，其探測效率要比BF3計數管高很多，特别适合于探測熱中子和超熱中子;後者利用中子與Li産生核反應生成的帶電粒子使其發生熒光脈沖。

聲波探管發射和接收聲波均使用換能器(電聲和聲電轉換的器件)。目前多使用壓電陶瓷等制成的圓柱形換能器，它們既能在電激化下會産生機械振動并形成聲波，也能由聲波的機械振動産生電振蕩信号。

聲波探管一般借助居中器使其保持在鑽孔中心部位。探管内安置1～2個發射換能器和1～4個接收換能器，兩者之間相隔一定距離，并用刻花金屬管或橡膠軟管等隔聲體連接，以阻止聲波沿探管直接傳播。

聲發射電路的功能是，通過自激振蕩周期地使發射換能器線圈激化而發射周期性的聲波振動脈沖，接收換能器接收到沿岩層界面滑行的聲波後立即産生周期性的電振蕩信号。接收電路在同步信号控制下，在聲波發射後一定時間間隔開始接收信号(見聲波測井)。

組合探管将多種測井方法采用的探測器組合安置在一起，可在鑽孔内一次同時測量各岩層多種地球物理參數的探管。煤田測井中常用的組合探管有同時測電阻率、自然電位、γ和散射γ的探管，三側向、雙源距密度、γ和孔徑探管，以及具有多種電極距的電阻率和激發極化探管等。由模拟電路構成的組合探管，往往可将反映各種地球物理參數的輸出信号分别調制成直流、交流、正極性脈沖和負極性脈沖，并用同一電纜傳輸至地面，可提高纜芯利用率。由數字電路構成的探管，往往在各個信号分别進行模數轉換後，會在采樣指令控制下采用串行方式傳輸。信号調制多采用不歸零二進制或頻移鍵控(FSK)方式。

地面控制儀

又稱面闆，測井中供給孔内探管所需電源，控制探管工作，接收探管傳輸來的測量信号并将其處理成一定格式的可供記錄的信号的地面裝置。模拟式測井，不同測井方法的探管具有不同的信号傳輸方式，需選用不同的地面控制儀。與組合探管相應的地面控制儀，尚需根據信号的特征，将其分别檢拾并傳輸至各自的處理電路中。數字式測井，不同測井方法的探管都用同一種方式傳輸信号，可使用同一個地面控制儀。模拟電路的特點是，把測得的各種信号最終處理成直流模拟電壓，供記錄系統記錄。數字電路的特點是，按一定格式編排所測得信号，供采集系統記錄。

深度編碼裝置測井時記錄探管所在深度，用以了解測量信号對應岩層深度的地面裝置。一般，用固定周長的滑輪來丈量電纜的長度，以确定探管在鑽孔内的深度。有時，先在電纜上每隔一個固定距離，制作一個磁性或機械的深度記号，測井時用安置在孔口的記号檢拾器識别深度記号，以确定探管的深度。

記錄采集系統包括模拟式記錄系統和數字式采集系統。①模拟式記錄系統。通常用檢流計照相或推筆式電動機将各種信号産生的直流電位差記錄下來。當電纜運動帶動滑輪轉動時，借助機械或電驅動記錄紙按一定比例移動，記錄儀上便可輸出沿鑽孔深度變化的測井曲線圖。②數字采集系統。在采集軟件的控制下，按固定深度間隔或時間間隔依次将以一定格式編排的反映各岩層地球物理性質的數據連同深度信号錄制在磁盤或磁帶上，同時以一定方式繪制測井曲線作為采集監視記錄。使用組合探管時，因測定各種地球物理參數的探測器位于探管的不同部位，所記錄的深度信息需經一定換算。

探管升降設備

包括電纜和絞車。

電纜用來連接地面控制儀與探管的電纜。它除可向探管供電，傳輸指令與接收信号等電路連接作用外，還要承受探管的重量，保證探管在孔内升降和丈量所測岩層的深度，要具有一定的承載拉力和較小的伸長系數。

測井常用的電纜有橡膠電纜與铠裝電纜兩類。橡膠電纜的外部裹有絕緣橡膠，中心為若幹相互絕緣的導電金屬絲纜心，為使其具有較好的導電能力與承載拉力，纜芯多由若幹股銅絲和鋼絲絞合而成。铠裝電纜的外部由若幹股鋼絲絞合制成，具有較小的伸長系數，在同樣直徑條件下，它比橡膠電纜具有更大的承載拉力。常用的纜芯有單芯式、三芯式、四芯式和七芯式等。由于測井方法的發展将使測井信息大量增加，因而，光纜将成為測井作業的信号連通器材。

絞車用于控制電纜升降和盤放電纜的設備。目前，恒速絞車已逐漸取代早期使用的普通絞車，可以保證測井時電纜升降速度不變。由于纜芯間的電容與絞車盤放電纜的鋼筒會産生電感作用，測井作業時應考慮它們的幹擾作用。