一种砂岩型铀矿钻孔瞬变电磁测井装置及其测井方法
阅读说明：本技术 一种砂岩型铀矿钻孔瞬变电磁测井装置及其测井方法 (Sandstone-type uranium ore drilling transient electromagnetic logging device and logging method thereof ) 是由 时志浩 叶雷刚 陈擎 陈斌 张胜龙 王继斌 康利刚 李强 邵恒博 张未 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种砂岩型铀矿钻孔瞬变电磁测井装置,包括探管、置于探管内的发射装置、接收装置、内部连接件和外部连接件；发射装置处于所述探管内部中间位置,所述接收装置设置有四个,四个接收装置分别分布在发射装置两端,发射装置和接收装置共同固定连接于内部连接件上,且发射装置和接收装置通过所述内部连接件连接于所述外部连接件上。该测井装置基于全空间瞬变电磁探测原理,探测线圈垂直钻孔布设,与地质体耦合较好,避免金属干扰；采用一发多收装置形式,探测方式灵活,可对不同深度地质体进行多次覆盖探测,并在探测线圈中加入磁芯能有效的提高感应信号强度,提高信噪比,以获取孔壁外围地质体电磁场响应特征。(The application discloses a sandstone-type uranium deposit drilling transient electromagnetic logging device which comprises a probe tube, a transmitting device, a receiving device, an internal connecting piece and an external connecting piece, wherein the transmitting device, the receiving device, the internal connecting piece and the external connecting piece are arranged in the probe tube; the transmitting device is located in the middle of the interior of the probe tube, the number of the receiving devices is four, the four receiving devices are respectively distributed at two ends of the transmitting device, the transmitting device and the receiving devices are fixedly connected to the inner connecting piece together, and the transmitting device and the receiving devices are connected to the outer connecting piece through the inner connecting piece. The logging device is based on a full-space transient electromagnetic detection principle, and a detection coil is vertically arranged in a drilled hole and is well coupled with a geologic body, so that metal interference is avoided; the device adopts a one-transmitter-multiple-receiver device form, has flexible detection mode, can carry out multiple covering detection on geologic bodies with different depths, and can effectively improve the strength of induction signals and the signal-to-noise ratio by adding the magnetic core into the detection coil so as to obtain the electromagnetic field response characteristics of the geologic bodies at the periphery of the hole wall.)
技术领域
本申请属于地球物理电磁测井的技术领域，具体涉及一种砂岩型铀矿钻孔瞬变电磁测井探测装置及其测井方法。
背景技术
瞬变电磁法(TEM)是基于电磁感应原理上的一种时间域人工源电磁测深方法。它是通过在发射回线中通入阶跃电流激励电磁场，其激励的一次脉冲电磁场在向地下空间传播的过程中，地下地质体在一次场的激励作用下将产生随时间变化的感应电磁场(二次场)，通过接收回线对二次场信号的提取与分析，从而获得不同深度的地电特征。
目前，随着我国对“碳中和”目标的实现，逐渐降低对煤炭等资源的消耗，使以绿色清洁的核能逐渐在我国能源结构中占据重要地位，而铀矿是发展核能的最主要原料。从上世纪90年代开始，我国铀矿勘探已由“硬岩型”向可地浸的北方“砂岩型”转变。伴随着我国国防科技和核能的大力发展，铀矿需求日益增大。
地球物理测井以岩(矿)石的物性差异(放射性、电性、磁性等)为基础，在钻孔中以一定的速度连续测量，获取目标体测井参数。地球物理测井是砂岩型铀矿探测的重要物探方法，基于地球物理测井响应特征，查明铀矿赋矿层位、品味和放射性异常范围，推断砂体发育及空间展布，分析含矿含水层渗透性等特征，研究砂岩型铀矿找矿目的层地球物理特征与铀成矿关系。
钻孔瞬变电磁法(BHTEM)是利用多匝小线圈作为发射与接收装置，并将二者放于钻孔中，采用不同装置形式从顶到底或从底到顶按一定的步长逐次观测，电磁场具有全空间效应。钻孔瞬变电磁法因探测线圈更靠近目标体，与地质体耦合较好，其接收线圈接收的目标体响应更强，探测深度更大，垂向分辨率更高，且相较地面抗干扰能力更强。
砂岩型铀矿钻孔中为垂直钻孔，常规地球物理视电阻率测井信息只局限于孔内，而无法探测孔壁外围一定深度的的地质体电性分布情况。瞬变电磁法横向分辨率高、体积效应小、低阻异常灵敏等优势在钻孔中探测可更好的推断含矿砂体空间展布特征，划分地层岩性，分析铀矿床资源储量计算有关的矿石物性参数取样分析及综合研究。常规钻孔瞬变电磁法因探测装置较小致使探测深度降低，且接收线圈的有效接受面积大小直接影响接收到的瞬变电磁信号的质量，对后续数据处理及成果解释分析产生较大的误差。接收线圈有效面积较小，接收到的瞬变电磁感应信号弱且稳定性差，信噪比低。
相关技术中，申请专利公布号为CN112431586A的发明专利公开了一种有缆瞬变电磁探管钻孔内采集数据的方法和装置，将瞬变电磁探管放置于高强度尼龙钻杆内，并使探管两侧无导电介质，采用逐节推送短杆的形式将连有电缆的瞬变电磁探管依点推送探测。但该装置对于较深钻孔探测不划算，效率较低。
申请专利公布号为CN111734404A、CN111434887A的发明专利提供了一种瞬变电磁阵列感应测井装置，采用一发八收的探测装置，对一定深度上的目标体进行多次测量。但该装置接受线圈位于发射线圈同一侧，且钻孔中探测线圈自身较小，这致使较远一侧的接收线圈所接受到的信号相对较弱；探测线圈与钻孔同轴布设，与地质目标提耦合程度较差，且容易受井口方向金属干扰。
专利公布号为CN209212233U的发明专利公开了一种瞬变电磁测井装置，采用重叠回线装置，并在探测线圈中间嵌有磁芯，对激励线圈产生的电磁场进行聚焦，以获取更有效的的探测信号。但该装置由于采用重叠小回线装置，使得线圈自感和关断时间增大，造成一定深度的探测盲区。
综合国内钻孔瞬变电磁测井研究，其在石油测井应用较多，发展较快。虽瞬变电磁测井专利较多，但在砂岩型铀矿测井领域较少，且相对砂岩型铀矿钻孔测井存在一定的缺陷。
发明内容
本申请的目的以克服上述装置技术的不足，使得电磁响应与地质体耦合较好，避免金属干扰，对不同深度地质体进行多次覆盖探测，提高感应信号强度和信噪比，可获取孔壁外围地质体电磁场响应特征，以达到分析铀矿床资源储量计算有关的矿石物性参数取样分析及综合研究。
为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案之一：一种砂岩型铀矿钻孔瞬变电磁测井装置，包括探管、置于探管内的发射装置、接收装置、内部连接件和外部连接件；所述发射装置处于所述探管内部中间位置，所述接收装置设置有四个，四个所述接收装置分别分布在发射装置两端，所述发射装置和所述接收装置共同固定连接于内部连接件上，且发射装置和所述接收装置通过所述内部连接件连接于所述外部连接件上。
优选的，所述探管为空心圆柱状，所述探管的一端接有圆锥形的塑料壳体，另一端设置有第一凸起结构和第二凸起结构，所述第一凸起结构外壁设置有螺纹。
优选的，所述发射装置第一磁芯线圈构成；所述第一磁芯线圈包括第一磁芯和多匝第一线圈，所述第一磁芯镶嵌在多匝第一线圈中心，所述第一磁芯的轴线与多匝第一线圈的轴线重合且两者长度相同。
优选的，所述接收装置由第二磁芯线圈组成，所述第二磁芯线圈包括第二磁芯和多匝第二线圈，所述第二磁芯镶嵌在多匝第二线圈中心，所述第二磁芯轴线与多匝第二线圈轴线重合且两者长度相同。
优选的，所述第一磁芯和第二磁芯选取Mn-Zn铁氧体材料。
优选的，所述内部连接件包括中心轴，中心轴位于所述探管中心轴线位置，中心轴固定连接于所述探管上，所述中心轴上开设有多个连接孔，多个所述连接孔沿中心轴的轴向分布；所述连接孔呈空心圆柱状，所述第一磁芯线圈、第二磁芯线圈穿过所述连接孔固定连接。
优选的，所述第一线圈和第二线圈通过所述中心轴连接于所述外部连接件上；所述外部连接件内的一端连接有四芯通信电缆接头，另一端连接有四芯通信电缆，所述四芯通信电缆通过中心轴与第一线圈和第二线圈电性连接。
优选的，所述外部连接件内壁开设有内部连接孔；所述第二凸起结构经所述内部连接孔与外部连接件相连。
优选的，所述外部连接件内壁开设有一拱形槽；所述探管通过所述第一凸起结构外壁上的螺纹和拱形槽连接于其他测井探管。
为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案之二：一种砂岩型铀矿钻孔瞬变电磁测井方法，包括S1、测井前应对钻孔地质和孔身结构情况进行详细了解，将井口无关物体移走，确保井场安全；
S2、测井仪器开启前，必须仔细检查外接电源的电压和频率与仪器设备的匹配度；各开关和旋钮在安全位置，接线正确，经反复核查确认无误后通电启用；
S3、将瞬变电磁探管通过外部连接件与砂岩型铀矿测井的其他探管连接成组合探管；探管在下井前应仔细检查探管连接和密封情况，一般采用软性橡胶防水胶带与电绝缘胶带双层密封；且在探管与电缆连接处应留有脆弱点，脆弱点的拉断强度不得大于四芯通信电缆最大拉力的二分之一；
S4、将砂岩型铀矿钻孔瞬变电磁测井装置，放置于砂岩型铀矿钻孔井口位置，并进行深度对齐，启动瞬变电磁主机向磁芯发射线圈供电，激励产生一次场，开启绞车，控制一定速度下降探管进行瞬变电磁探测采集数据，利用磁芯接收装置接收由关断产生的带有孔壁外围地层地电信息的二次场信号；
S5、通过绞车控制四芯通信电缆下降速度，沿着砂岩型铀矿钻孔逐点连续测量；并且可对放射性异常段地层控制绞车速度，对其进行加密测量，提高分辨率；
S6、瞬变电磁测井装置当井下探管下至孔底后应立即提升大于0.5m，同时尽快开始向上提升测量作业。
有益效果：1、该装置特征包括探管和安装于探管内部的发射装置、接收装置、内部连接件和外部连接件；所述的发射装置处于所述探管内部中间，所述四个接收装置以一定距离分别设置于所述发射装置两端；所述发射装置和接收装置均为线圈绕制在空心圆柱体上，其圆柱体内部放置铁氧磁芯探头，所述发射装置和所述接收装置共同连接于内部连接件上；所述接收线圈与所述发射线圈经内部连接件连接于所述内嵌四芯通信电缆的外部连接件上，探管再经外部连接件可连接于其他测井探管并以通信电缆连接至瞬变电磁仪。该测井装置基于全空间瞬变电磁探测原理，探测线圈垂直钻孔布设，与地质体耦合较好，避免金属干扰；采用一发多收装置形式，探测方式灵活，可对不同深度地质体进行多次覆盖探测，并在探测线圈中加入磁芯能有效的提高感应信号强度，提高信噪比，以获取孔壁外围地质体电磁场响应特征。
2、本发明结构简单，在砂岩型铀矿钻孔中实施方便，且该装置采用的外部连接件可以连接现有砂岩型铀矿测井的其他探管，提高测井效率。最重要的是本发明可以基于电磁感应原理“烟圈效应”以获取孔壁外围一定深度地层电性特征，并实时成像，可更好的推断含矿砂体空间展布特征，划分地层岩性，分析铀矿床资源储量计算有关的矿石物性参数取样分析及综合研究。此外，该装置因其瞬变电磁法特性，也可推广应用于水文钻孔测井和其它金属非金属矿产勘查中，实用性强。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例的结构示意图。
图2为本申请实施例中探管的结构示意图。
图3为本申请实施例中第一磁芯线圈的结构示意图。
图4为本申请实施例中第二磁芯线圈的结构示意图。
图5为本发明测井装置内部连接件结构示意图。
图6为本发明测井装置外部连接件结构示意图。
图中：1、探管；101、塑料壳体；102、第一凸起结构；103、第二凸起结构；104、螺纹；2、发射装置；3、接收装置；4、内部连接件；401、中心轴；402、连接孔；5、外部连接件；501、四芯通信电缆接头；502、四芯通信电缆；503、拱形槽；504、内部连接孔；6、第一磁芯线圈；601、第一磁芯；602、第一线圈；7、第二磁芯线圈；701、第二磁芯；702、第二线圈。
具体实施方式
以下结合附图1-图6对本申请作进一步详细说明。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
实施例一：本申请实施例公开一种砂岩型铀矿钻孔瞬变电磁测井装置，包括探管1、置于探管1内的发射装置2、接收装置3、内部连接件4和外部连接件5；探管1为具有高强度圆柱状空心塑料壳体制成；发射装置2处于探管1内部中间位置，接收装置3设置有四个，四个接收装置3分别分布在发射装置2两端，发射装置2和接收装置3共同固定连接于内部连接件4上，且发射装置2和接收装置3通过内部连接件4连接于外部连接件5上。
探管1为空心圆柱状，探管1的一端接有圆锥形的塑料壳体101，另一端设置有第一凸起结构102和第二凸起结构103，第一凸起结构102外壁设置有螺纹104。
发射装置2由1个第一磁芯线圈6构成；第一磁芯线圈6包括第一磁芯601和多匝第一线圈602，第一磁芯601镶嵌在多匝第一线圈602中心，第一磁芯601的轴线与多匝第一线圈602的轴线重合且两者长度相同。
接收装置3由第二磁芯线圈7组成，第二磁芯线圈7包括第二磁芯701和多匝第二线圈702，第二磁芯701镶嵌在多匝第二线圈702中心，第二磁芯701轴线与多匝第二线圈702轴线重合且两者长度相同。
第一磁芯601和第二磁芯701选取Mn-Zn铁氧体材料。
需要说明的是，砂岩型铀矿钻孔直径一般为113mm、130mm，倾角90°，为直孔，本发明实例测井装置探管直径可一般设置为70mm、80mm两种规格。但鉴于钻孔自身条件与探测任务，本发明实施例对此不做限定。
本实例测井装置基于全空间瞬变电磁探测原理，探测线圈垂直钻孔布设，与地质体耦合较好，避免金属干扰；采用一发多收装置形式，探测方式灵活，可对不同深度地质体进行多次覆盖探测，并在探测线圈中加入磁芯能有效的提高感应信号强度，提高信噪比，以获取孔壁外围地质体电磁场响应特征。
内部连接件4包括中心轴401，中心轴401位于探管1中心轴线位置，中心轴401固定连接于探管1上，中心轴401上开设有多个连接孔402，多个连接孔402沿中心轴401的轴向分布；连接孔402呈空心圆柱状，第一磁芯线圈6、第二磁芯线圈7穿过连接孔402固定连接。
第一线圈602和第二线圈702通过中心轴401连接于外部连接件5上；外部连接件5内的一端连接有四芯通信电缆接头501，另一端连接有四芯通信电缆502，四芯通信电缆502通过中心轴401与第一线圈602和第二线圈702电性连接。
外部连接件5内壁开设有内部连接孔504；第二凸起结构103经内部连接孔504与外部连接件5相连。
外部连接件5内壁开设有一拱形槽503；探管1通过第一凸起结构102外壁上的螺纹104和拱形槽503连接于其他测井探管并以通信电缆连接至瞬变电磁仪。
实施例二：一种砂岩型铀矿钻孔瞬变电磁测井方法，包括S1、测井前应对钻孔地质和孔身结构情况进行详细了解，将井口无关物体移走，确保井场安全；
S2、测井仪器开启前，必须仔细检查外接电源的电压和频率与仪器设备的匹配度；各开关和旋钮在安全位置，接线正确，经反复核查确认无误后通电启用；
S3、将瞬变电磁探管1通过外部连接件5与砂岩型铀矿测井的其他探管连接成组合探管；探管1在下井前应仔细检查探管1连接和密封情况，一般采用软性橡胶防水胶带与电绝缘胶带双层密封；且在探管1与电缆连接处应留有脆弱点，脆弱点的拉断强度不得大于四芯通信电缆502最大拉力的二分之一；
S4、将砂岩型铀矿钻孔瞬变电磁测井装置，放置于砂岩型铀矿钻孔井口位置，并进行深度对齐，启动瞬变电磁主机向磁芯发射线圈供电，激励产生一次场，开启绞车，控制一定速度下降探管1进行瞬变电磁探测采集数据，利用磁芯接收装置3接收由关断产生的带有孔壁外围地层地电信息的二次场信号；
S5、通过绞车控制四芯通信电缆502下降速度，沿着砂岩型铀矿钻孔逐点连续测量；并且可对放射性异常段地层控制绞车速度，对其进行加密测量，提高分辨率；
S6、瞬变电磁测井装置当井下探管下至孔底后应立即提升大于0.5m，同时尽快开始向上提升测量作业。
最后应说明的是：以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。