CN102889079A

CN102889079A - 声波测井发射换能器驱动系统

Info

Publication number: CN102889079A
Application number: CN2012103920641A
Authority: CN
Inventors: 张博; 王军杰; 王武营; 成思; 周祥熹; 邓方青; 刘峰; 常平平; 殷谦; 乔喜梅
Original assignee: China Research Institute of Radio Wave Propagation CRIRP
Current assignee: China Research Institute of Radio Wave Propagation CRIRP
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2032-10-16
Also published as: CN102889079B

Abstract

本发明涉及一种声波测井发射换能器驱动系统，含有地面波形设计模块、波形产生模块、功率放大模块和发射换能器等，用户用地面仪根据需要选择或设计具有不同频带的波形数据或控制指令，通过遥测短节下发给声波下井仪的井下控制单元，井下控制单元控制D/A转换器产生低压模拟波形，并通过滤波电路、放大电路进行信号调理后输出Signal波形，然后利用功率放大电路将Signal波形进行功率放大，最后将其施加在发射换能器上，从而向外辐射声波。本发明的优点在于可以在地面对发射电路的脉冲波形进行设计，根据地质情况及测井需要选择更加有利的激励波形，获取更好的测井资料。提高了声波测井仪的地层适用性。

Description

声波测井发射换能器驱动系统

技术领域

本发明涉及声波测井的技术领域，具体涉及一种声波测井发射换能器驱动系统。

背景技术

声波测井是地球物理测井的主要方法之一，在油气田的勘探和开发阶段均有着广泛的应用。理论及试验研究表明，声源频带特性对测井效果有很大的影响，对于不同的测井目的和地质条件应该采用合适的声源频带。例如：对于单极子声波测井来说为了突出纵横波通常需要较高的声源频率；而若想获得较好的斯通利波则需要工作在低频模式；对于套管井固井质量测井来说，声源主频通常设在20kHz左右；对于偶极子横波测井，希望声源频率在偶极弯曲波截至频率附近（弯曲波截至频率与地层及井眼尺寸有关）。此外，不同地层对声波的衰减作用有较大差别，因此对声源功率也有不一样的要求。目前声波测井仪发射换能器通常采用一定宽度的高压矩形脉冲进行激励，用户无法根据工程或科研需要进行声源频率的控制。

发明内容

本发明的目的是提供了一种新的声波测井发射换能器驱动系统。用户可以根据需要灵活的配置所需要声源参数，提高声波测井数据的质量，使声波测井更好的为生产和科研服务。

技术方案：一种声波测井发射换能器驱动系统，含有波形产生模块、线性功率放大模块和发射换能器，还包含有地面波形设计模块，所述地面波形设计模块是：用户用地面仪根据需要选择或设计具有不同频带的波形数据或控制指令，通过遥测短节下发给声波下井仪的井下控制单元；

所述井下波形产生模块：井下控制单元（如MCU、DSP、FPGA、CPLD等）根据接收到地面的波形数据；或者是井下控制单元已存储的波形数据，通过地面仪向井下控制单元发送控制指令，使井下控制单元自己产生波形数据；将上述波形数据通过D/A转换产生低压模拟波形，并通过滤波电路、放大电路进行信号调理后输出低压模拟波形Signal波形；

功率放大模块：采用线性功率放大电路（如变压器耦合甲乙类推挽功率放大电路）将低压模拟波形Signal波形进行功率放大（通常输出的电压峰峰值应达到几百伏乃至数千伏），放大后的高压波形施加在发射换能器上，从而向外辐射声波。

所述功率放大电路包括信号耦合变压器T1、升压变压器T2、功率MOS管Q1、Q2等，Signal信号经过信号耦合变压器T1变成极性相反的两路信号Sig1和Sig2，信号耦合变压器T1的次级绕组有一个中心抽头，该中心抽头与偏置电压Vbis相连，以避免交越失真（也可以采用运算放大器构成的同相放大、反相放大及求和电路实现）；信号Sig1经过电阻R1、R3分压后加在功率MOS管Q1的栅极,信号Sig2经过电阻R2、R4分压后加在功率MOS管Q2的栅极,功率MOS管Q1、Q2的源极均与地相连；功率MOS管Q1的栅极依次通过稳压二极管D1、D2后与地相连，功率MOS管Q2的栅极依次通过稳压二极管D3、D4后与地相连，对功率MOS管Q1和Q2起到保护作用;功率MOS管Q1、Q2的漏极分别与所述升压变压器T2的初级绕组两端连接，该初级绕组有一个中心抽头，该中心抽头与高压直流电源HV相连，为功率放电电路提供能量；升压变压器T2的次级绕组两端与发射换能器M两端相连；功率MOS管Q1、Q2的源极分别通过电阻R5和R6与高压直流电源HV相连；功率MOS管Q1、Q2的在Signal信号的正负半周轮流导通，通过升压变压器T2升压后对发射换能器M进行激励。为了提高功率放大电路输出线性度及工作稳定性可以增加负反馈。

该发射换能器的驱动方法适用于单极、偶极、四极等各种声波测井仪发射换能器的激励，对各种形状和结构的压电式换能器、电磁式换能器等均具有适应性。

有益效果：本发明的优点在于可以在地面对发射电路的脉冲波形进行设计，根据地质情况及测井需要选择更加有利的激励波形，获取更好的测井资料。提高了声波测井仪的地层适用性。本发明应用于偶极子声波测井仪，有效降低了声源的频率。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是采用本发明系统产生的一种宽带发射波形及频谱；

图3是采用本发明系统产生的一种窄带发射波形及频谱；

图4是采用本发明系统产生的一种扫频发射波形及频谱；

图5是本发明的功率放大电路的电路图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示的声波测井发射换能器驱动系统，主要由地面波形设计模块、波形产生模块、功率放大模块和发射换能器等组成。用于声波测井仪发射换能器的驱动，目的是通过控制激励发射换能器向地层辐射声波，更具体的说，是用于对声波测井仪声源特性（频带、幅度等）的控制。其中发射换能器的驱动方法适用于单极、偶极、四极等各种声波测井仪发射换能器的激励，对各种形状和结构的压电式换能器、电磁式换能器(等)均具有适应性。

图1中各部分功能描述如下：

地面波形设计模块：用户用地面仪根据需要选择或设计具有不同频带的波形数据（或控制指令），通过遥测短节下发给声波下井仪。为了便于说明，图2～图4给出了几种脉冲的时域波形及频谱（并不局限于这几种波形）。

井下波形产生模块：井下控制单元（如MCU、DSP、FPGA、CPLD等）根据接收到地面的波形数据或指令（也可以是井下已存储的波形数据，或地面向井下发送指令井下控制单元自己产生波形数据）通过D/A转换产生低压模拟波形，并通过滤波电路、放大电路等进行信号调理最终输出低压模拟波形Signal波形。

功率放大模块：采用功率放大电路（如变压器耦合甲乙类推挽功率放大电路）将低压模拟波形Signal进行功率放大（通常输出的电压峰峰值应达到几百伏乃至数千伏），放大后的高压波形施加在发射换能器上，从而向外辐射声波。功率放大电路见图5。

图5中，Signal信号经过信号耦合变压器T1形成极性相反的两路信号Sig1和Sig2，Vbis为偏置电压，以避免交越失真（也可以采用运算放大器构成的同相放大、反相放大及求和电路实现）；信号Sig1（Sig2）经过电阻R1、R3（R2、R4）分压后加在功率MOS管Q1（Q2）的栅极,功率MOS管Q1、Q2的源极均与地相连，D1、D2（D3、D4）为稳压二极管,对功率MOS管Q1（Q2）起到保护作用;HV为高压直流电源，为功率放电电路提供能量；功率MOS管Q1、Q2在Signal信号的正负半周轮流导通，通过升压变压器T2升压后对换能器M进行激励。为了提高功率放大电路输出线性度及工作稳定性可以增加负反馈。各元器件主要连接关系在图中均已标明。

Claims

1.一种声波测井发射换能器驱动系统，含有波形产生模块、功率放大模块和发射换能器，其特征在于，还包含有地面波形设计模块，所述地面波形设计模块是：用户用地面仪根据需要选择或设计具有不同频带的波形数据或控制指令，通过遥测短节下发给声波下井仪的井下控制单元；所述井下波形产生模块：井下控制单元根据接收到地面的波形数据；或者是井下控制单元已存储的波形数据，通过地面仪向井下控制单元发送控制指令，井下控制单元自己产生波形数据；将上述波形数据通过D/A转换产生低压模拟波形，并通过滤波电路、放大电路进行信号调理后输出低压模拟波形Signal波形；功率放大模块：采用线性功率放大电路将低压模拟波形Signal波形进行功率放大，放大后的高压波形施加在发射换能器上，从而向外辐射声波。

2.根据权利要求1所述的声波测井发射换能器驱动系统，其特征在于，所述功率放大电路包括信号耦合变压器T1和升压变压器T2、功率MOS管Q1、Q2，所述Signal信号经过信号耦合变压器T1变成极性相反的两路信号Sig1和Sig2；信号Sig1经过电阻R1、R3分压后加在功率MOS管Q1的栅极,信号Sig2经过电阻R2、R4分压后加在功率MOS管Q2的栅极,功率MOS管Q1、Q2的源极均与地相连；功率MOS管Q1的栅极依次通过稳压二极管D1、D2后与地相连，功率MOS管Q2的栅极依次通过稳压二极管D3、D4后与地相连；功率MOS管Q1、Q2的漏极分别与所述升压变压器T2的初级绕组两端连接，该初级绕组有一个中心抽头，该中心抽头与高压直流电源HV相连，为功率放电电路提供能量；升压变压器T2的次级绕组两端与发射换能器两端相连；功率MOS管Q1、Q2的源极分别通过电阻R5和R6与高压直流电源HV相连；功率MOS管Q1、Q2的在Signal信号的正负半周轮流导通，通过升压变压器T2升压后对发射换能器M进行激励。

3.根据权利要求2所述的声波测井发射换能器驱动系统，其特征在于，信号耦合变压器T1的次级绕组有一个中心抽头，该中心抽头与正向偏置电压Vbis相连。