用以在煤田勘探鑽孔中沿鑽孔剖面測量各岩層各種地球物理參數，並將有關信息傳輸到地面加以記錄的儀器與設備的總稱。煤田測井儀一般主要由探管、地面設備和探管升降設備等三部分組成。
探管又稱孔下儀器，是孔內測量裝置;地面設備包括地面控制儀(通稱面板)、深度編碼裝置和記錄採集系統等; 探管升降設備由絞車和電纜等組成。
基本介紹
- 中文名：煤田測井儀
- 外文名：coal logger
- 學科：煤炭地球物理勘探
- 組成：探管、地面設備和探管升降設備
- 作用：記錄鑽孔剖面地物參數
- 類型：物探設備
發展概況,探管,地面控制儀,探管升降設備,
發展概況
最初的測井裝置是用電話線把電極系下入鑽孔內，在地面用電位計逐點進行不連續測量。根據電話線在孔內的相應長度，確定測點深度，再根據測量成果人工繪製測井曲線。最早出現的專用測井儀是半自動測井儀。這種儀器由控制電纜升降的滑輪驅動記錄紙按一定縱向比例與電纜同步移動; 藉助人工控制補償電路，時刻保持電位計補償平衡;由與其相連線的機械裝置使記錄筆隨補償電位的大小改變橫向位置，從而在記錄紙上繪製出與深度相應的測井曲線，實現孔內連續測量。進一步的發展是用模擬電路代替由人工控制的補償電路，使測井記錄過程全部自動化，出現了全自動測井儀。上述測井儀都是用模擬電路處理信號，最終以模擬電壓的形式輸出探管探測到的沿鑽孔剖面各岩層的各種物性數據。這種測井儀，統稱模擬測井儀。下圖中上為模擬測井儀的基本框圖。
20世紀60年代，隨著數位技術與計算機技術的發展，出現了數字測井儀。它採用數字電路處理與傳輸信號，以數字方式沿鑽孔深度按一定間隔離散採樣，最終按一定格式將各岩層的物性數據記錄在磁帶或磁碟等介質上。中國在20世紀70年代開始研製數字測井儀，80年代逐步得到廣泛的套用。下圖中下為數字測井儀的基本框圖。
在由模擬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號以模擬形式傳輸到地面，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螢幕或印表機或繪圖儀等計算機外圍設備，獲得與模擬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，並將這些信息轉換成便於傳輸的信號的裝置。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，多由不鏽鋼等金屬製成，並密封牢靠。探管中安設的元器件及電路應能適應鑽孔內溫度隨深度而變化的環境。由於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，用加長管使探管軸儘量與鑽孔軸保持一致。探管內電路使用的電流通常由地面電源通過電纜向下輸送，模擬測井儀以恆壓供電為主;數字測井儀則以恆流供電為主; 無電纜測井儀等少數特殊測井儀則採用密封在探管內的電池供電。由於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擬測井所用的探管，僅由若干電極構成(見電測井)。複雜的探管則需配有相應的電路，以便在孔內向岩層供電，測量電極之間的電位差，並將其以模擬或數字方式傳輸至地面。採用數字傳輸需將電位差進行調製(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，使中心電極與禁止電極保持等電位，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、信號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晶體等閃爍螢光體與光電倍增管組成。γ射線射入閃爍螢光體後，會產生具有一定動能的電子，激發螢光體產生閃光脈衝，其閃光亮度與電子的能量成正比，它反映γ射線的能量。光電倍增管可將螢光體的閃光脈衝轉換成電脈衝信號，其幅度大小與閃光亮度成正比。光電倍增管輸出的電脈衝信號，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。採用數字式記錄探管時，這一信號處理還要藉助模數轉換器，將信號以脈衝計數率(單位時間內的脈衝信號個數)編碼通過電纜傳輸至地面。採用具有能譜測量的γ探管，要對光電倍增管輸出的脈衝信號進行幅度分析，並按對應的能量窗，分別統計其脈衝計數率。
電源部分除工作電源外，還配置有直流變換器，以便將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，密度探管內裝有產生γ射線的放射源。採用雙源距補償密度測井時，探管內安置有兩個探測器及其各自的信號處理電路。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禁止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解析度，有些探管在射線源和探測器部位分別裝有定向瞄準裝置，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。有的探管將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，使探管保持位於鑽孔中心，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，管內充有BF3氣體，中子射入後，與硼產生核反應生成α粒子，在電場作用下使氣體電離產生電脈衝信號。近年來使用的中子探測器主要是~He計數管和鉈激活鋰玻璃閃爍計數器。前者用He氣體代替BF3，其探測效率要比BF3計數管高很多，特別適合於探測熱中子和超熱中子;後者利用中子與Li產生核反應生成的帶電粒子使其發生螢光脈衝。
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製成的圓柱形換能器，它們既能在電激化下會產生機械振動並形成聲波，也能由聲波的機械振動產生電振盪信號。
聲波探管一般藉助居中器使其保持在鑽孔中心部位。探管內安置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，並用刻花金屬管或橡膠軟管等隔聲體連線，以阻止聲波沿探管直接傳播。
聲發射電路的功能是，通過自激振盪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衝，接收換能器接收到沿岩層界面滑行的聲波後立即產生周期性的電振盪信號。接收電路在同步信號控制下，在聲波發射後一定時間間隔開始接收信號 (見聲波測井)。
組合探管將多種測井方法採用的探測器組合安置在一起，可在鑽孔內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。由模擬電路構成的組合探管，往往可將反映各種地球物理參數的輸出信號分別調製成直流、交流、正極性脈衝和負極性脈衝，並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，往往在各個信號分別進行模數轉換後，會在採樣指令控制下採用串列方式傳輸。信號調製多採用不歸零二進制或頻移鍵控 (FSK) 方式。
地面控制儀
又稱面板，測井中供給孔內探管所需電源，控制探管工作，接收探管傳輸來的測量信號並將其處理成一定格式的可供記錄的信號的地面裝置。模擬式測井，不同測井方法的探管具有不同的信號傳輸方式，需選用不同的地面控制儀。與組合探管相應的地面控制儀，尚需根據信號的特徵，將其分別檢拾並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號，可使用同一個地面控制儀。模擬電路的特點是，把測得的各種信號最終處理成直流模擬電壓，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號，供採集系統記錄。
深度編碼裝置測井時記錄探管所在深度，用以了解測量信號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，以確定探管在鑽孔內的深度。有時，先在電纜上每隔一個固定距離，製作一個磁性或機械的深度記號，測井時用安置在孔口的記號檢拾器識別深度記號，以確定探管的深度。
記錄採集系統包括模擬式記錄系統和數字式採集系統。①模擬式記錄系統。通常用檢流計照相或推筆式電動機將各種信號產生的直流電位差記錄下來。當電纜運動帶動滑輪轉動時，藉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數字採集系統。在採集軟體的控制下，按固定深度間隔或時間間隔依次將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號錄製在磁碟或磁帶上，同時以一定方式繪製測井曲線作為採集監視記錄。使用組合探管時，因測定各種地球物理參數的探測器位於探管的不同部位，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。
電纜用來連線地面控制儀與探管的電纜。它除可向探管供電，傳輸指令與接收信號等電路連線作用外，還要承受探管的重量，保證探管在孔內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係數。
測井常用的電纜有橡膠電纜與鎧裝電纜兩類。橡膠電纜的外部裹有絕緣橡膠，中心為若干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，纜芯多由若干股銅絲和鋼絲絞合而成。鎧裝電纜的外部由若干股鋼絲絞合製成，具有較小的伸長係數，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。由於測井方法的發展將使測井信息大量增加，因而，光纜將成為測井作業的信號連通器材。
絞車用於控制電纜升降和盤放電纜的設備。目前，恆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。由於纜芯間的電容與絞車盤放電纜的鋼筒會產生電感作用，測井作業時應考慮它們的干擾作用。
