CN106761719A - 一种适用于井间电磁测井的井下发射主控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其包括可编程逻辑器件、连接于所述可编程逻辑器件的发射电流采集通道、校正信号产生电路、发射线圈耦合信号采集通道及辅助参数采集通道。CAN通讯接口和所述可编程逻辑器件连接于主控制器。所述发射电流采集通道实时采集发射电流，所述可编程逻辑器件据此寻找谐振频率点及实现大功率器件过流保护。所述校正信号产生电路校正采集通道在不同井下工作深度的频率、增益特性。所述发射线圈耦合信号采集通道采集与发射线圈紧密耦合的小线圈输出信号，为接收井提供相位参考。所述辅助参数采集通道监测辅助参数以保证系统正常工作。所述主控制器接收、解释地面命令并上传测井数据。
Description
技术领域
本发明属于井间电磁测量装置相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于井间电磁测井的井下发射主控系统。
背景技术
常规电缆测井虽具有分辨率高、准确等优势，但测量尺度较小，所提供的信息只是大量非均质体中非常有限的部分采样，不能准确描述井眼周围较大范围的储层特征。
井间电磁测井技术是在单井测井技术基础上发展起来的新测井方法：将发射机置于发射井中的某一固定位置向地层发射电磁波，后文称其为发射信号；接收井中的接收机置于不同的位置接收经过地层传播过来的电磁波，后文称其为接收信号，接收信号经过一系列处理得到接收数据，这样便完成一个剖面的测量，改变发射机的位置，进行下一个剖面的测量。如此往复，直到测量点覆盖整个测量井段。通过对接收数据进行反演，得到反映井间油藏构造和油气分布的二维至三维电阻成像，从而实现对井间地层电气特性的直接测量和描述，是探测井间地层信息的最佳和最直接的测井方式。然而，如何在发射线圈中产生大发射电流，保证发射信号在地层的远距离传输，一直是井间电磁测井仪器的设计难点。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其基于井间电磁测井系统的特点，针对井下发射主控系统进行了设计。所述井下发射主控系统的发射电流采集通道及发射线圈耦合信号采集通道采集开始工作之前，校正信号产生电路先产生校正信号以对所述发射电流采集通道及所述发射线圈耦合信号采集通道进行校正，如此以最大程度地减小工作环境对测量结果的影响；所述可编程逻辑器件通过切换谐振电容来改变发射频率，以保证发射线圈在任何谐振电容值下都在最大发射电流频率点工作。此外，所述井下发射主控系统实时监控发射电流，出现异常情况时可用关断功率放大器来保护系统安全，且能够同步采集发射线圈耦合信号，采集到的所述发射线圈耦合信号作为接收信号相位分析的参考信号或者用以估算发射电流的大小。
为实现上述目的，本发明提供了一种适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其包括发射电流采集通道、校正信号产生电路、发射线圈耦合信号采集通道、辅助参数采集通道、可编程逻辑器件、主控制器及CAN通讯接口，其特征在于：
所述发射电流采集通道用于采集发射线圈中的发射电流大小，以便通过扫频确定不同谐振电容对应的发射信号频率，使发射电流最大化；
所述校正信号产生电路用于产生校正信号，并将所述校正信号传输给所述发射电流采集通道及所述发射线圈耦合信号采集通道，以对所述发射电流采集通道及所述发射线圈耦合信号采集通道进行校正；
所述发射线圈耦合信号采集通道用于采集所述发射线圈的耦合信号，以作为接收信号相位分析的参考信号或者用以估算所述发射电流的大小；
所述辅助参数采集通道用于监测保证系统稳定工作的辅助参数；所述主控制器连接所述可编程逻辑器件及所述CAN通讯接口，所述CAN通讯接口通过遥传短节与地面系统实现通讯，以使所述主控制器接收所述地面系统传来的命令、解析所述命令并传输给所述可编程逻辑器件；所述可编程逻辑器件用于控制所述校正信号产生电路产生所述校正信号，同时，所述可编程逻辑器件还用于接收来自所述发射电流采集通道、所述发射线圈耦合信号采集通道及所述辅助参数采集通道的采样结果，并判断采样结果是否异常以采取相应的动作来保护系统不被损害；此外，所述可编程逻辑器件还用于产生功率放大器驱动信号及谐振电容继电器控制信号，其通过切换所述谐振电容来改变发射频率。
进一步的，所述可编程逻辑器件上设置有同步信号接口，所述同步信号接口用于接收同步时钟；所述可编程逻辑器件在所述同步时钟的控制下采集发射线圈耦合信号。
进一步的，所述可编程逻辑器件上还设置有SPI接口，所述SPI接口连接于温度传感器芯片，所述温度传感器芯片用于感测所述井下发射主控系统的温度。
进一步的，所述发射电流采集通道包括第一模拟开关、差分转单端电路及第一模数转换器，所述第一模拟开关用于切换所述校正信号和发射电流检测信号；所述差分转单端电路连接所述第一模拟开关及所述第一模数转换器，所述第一模数转换器连接于所述可编程逻辑器件。
进一步的，所述发射线圈耦合信号采集通道包括第二模拟开关、增益调节电路及第二模数转换器，所述第二模拟开关切换来自所述校正信号产生电路的校正信号和发射线圈耦合信号；所述增益调节电路连接所述第二模拟开关及所述第二模数转换器，所述第二模数转换器连接于所述可编程逻辑器件。
进一步的，所述校正信号产生电路包括连接所述第一模拟开关及所述第二模拟开关的低通滤波器及数模转换器，所述数模转换器连接所述低通滤波器及所述可编程逻辑器件。
进一步的，所述辅助参数采集通道包括辅助参数预处理电路、第三模拟开关及第三模数转换器，所述第三模拟开关连接所述辅助参数预处理电路及所述第三模数转换器；所述第三模数转换器连接于所述可编程逻辑器件。
进一步的，所述辅助参数预处理电路包括发射线圈温度测量电路、板上低压电源监测电路及功率放大器直流高压监测电路。
进一步的，所述井下发射主控系统还包括连接于所述可编程逻辑器件的电平转换电路，所述电平转换电路用于对所述功率放大器驱动信号及所述谐振电容继电器控制信号进行电平转换。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其发射电流采集通道及发射线圈耦合信号采集通道采集开始之前，校正信号产生电路先产生校正信号以对所述发射电流采集通道及所述发射线圈耦合信号采集通道进行校正，如此以最大程度地减小工作环境对测量结果的影响；所述可编程逻辑器件通过切换谐振电容来改变发射频率，以保证发射线圈在任何谐振电容值下都在最大发射电流频率点工作，使发射电流最大化。此外，所述井下发射主控系统实时监控发射电流，出现异常情况时可用关断功率放大器来保护系统安全，且能够同步采集发射线圈耦合信号，采集到的所述发射线圈耦合信号作为接受信号相位分析的参考信号或者用以估算发射电流的大小。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式提供的适用于井间电磁测井的井下发射主控系统的框架示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：100-井下发射主控系统，10-发射电流采集通道，11-第一模拟开关，12-差分转单端电路，13-第一模数转换器，20-发射线圈耦合信号采集通道，21-第二模拟开关，22-增益调节电路，23-第二模数转换器，30-校正信号产生电路，31-低通滤波器，32-数模转换器，40-辅助参数采集通道，41-辅助参数预处理电路，42-第三模拟开关，43-第三模数转换器，50-可编程逻辑器件，51-同步信号接口，52-SPI接口，60-电平转换电路，70-温度传感器芯片，80-主控制器，81-内嵌CAN模块，90-CAN通讯接口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1，本发明较佳实施方式提供的适用于井间电磁测井的井下发射主控系统100，所述井下发射主控系统100能够实现地面与井下通讯，发射井与接收井时钟同步，采集发射电流与发射线圈耦合信号，并能有效控制功率放大器，通过扫频寻找谐振频率点确保发射系统在任何谐振电容值都能产生最大发射电流。
所述井下发射主控系统100包括发射电流采集通道10、发射线圈耦合信号采集通道20、校正信号产生电路30、辅助参数采集通道40、可编程逻辑器件50、电平转换电路60、温度传感器芯片70、主控制器80及CAN通讯接口90。本实施方式中，所述可编程逻辑器件50为FPGA模块；所述主控制器80为DSP模块。
所述发射电流采集通道10用于采集发射系统的发射线圈中的电流大小，以便通过扫频确定不同谐振电容对应的发射频率点。所述发射电流采集通道10包括第一模拟开关11、差分转单端电路12及第一模数转换器(ADC)13，所述第一模拟开关11用于接收来自所述校正信号采集电路30的校正信号。所述差分转单端电路12连接所述第一模拟开关11及所述第一模数转换器13，所述第一模数转换器13连接于所述可编程逻辑器件50。本实施方式中，所述第一模拟开关11为四路输入转两路输出模拟开关，其还用于切换所述校正信号及发射电流检测信号。
所述发射线圈耦合信号采集通道20用于采集所述发射线圈的耦合信号，以作为接收信号相位分析的参考信号或者用以估算发射电流的大小。所述发射线圈耦合信号采集通道20包括第二模拟开关21、增益调节电路22及第二模数转换器(ADC)23，所述第二模拟开关21接收来自所述校正信号产生电路30的校正信号。所述增益调节电路22连接所述第二模拟开关21及所述第二模数转换器23，所述第二模数转换器23连接于所述可编程逻辑器件50。本实施方式中，所述第二模拟开关21为四路输入转两路输出模拟开关，其用于切换校正信号及所述发射线圈耦合信号。
所述校正信号产生电路30用于产生校正信号，所述校正信号输入到所述第一模拟开关11及所述第二模拟开关21，以对所述发射电流采集通道10及所述发射线圈耦合信号采集通道20进行校正。所述校正信号产生电路30包括连接所述第一模拟开关11及所述第二模拟开关21的低通滤波器31及数模转换器32，所述数模转换器32连接所述低通滤波器31及所述可编程逻辑器件50。本实施方式中，所述低通滤波器31是用广义阻抗变换设计的椭圆滤波器。
所述辅助参数采集通道40用于采集发射线圈温度、发射系统的功率放大器的母线电压、低压直流电压等保证系统稳定工作的辅助参数。所述发射线圈温度是通过铂热电阻PT1000测得的，所述井下发射主控系统的温度由兼容SPI协议的表贴型温度传感器芯片70测得的。所述辅助参数采集通道40包括辅助参数预处理电路41、第三模拟开关42及第三模数转换器(ADC)43，所述第三模拟开关42连接所述辅助参数预处理电路41及所述第三模数转换器43。所述第三模数转换器43连接于所述可编程逻辑器件50。本实施方式中，所述辅助参数预处理电路41包括发射线圈温度测量电路、板上低压电源监测电路及功率放大器直流高压监测电路。
本实施方式中，所述第一模数转换器13、所述第二模数转换器23及所述第三模数转换器43均为分辨率为16位、采样率为1兆赫兹的模数转换器；所述发射电流采集通道10、所述发射线圈耦合信号采集通道20及所述辅助参数采集通道40的采样结果均传递给所述可编程逻辑器件50。
所述可编程逻辑器件50连接所述电平转换电路60及所述主控制器80，其用于将接收到的采样结果传输给所述主控制器80。所述可编程逻辑器件50包括同步信号接口51及SPI接口52，所述同步信号接口51用于接收同步时钟，在所述同步时钟的控制下，所述可编程逻辑器件50采集发射线圈耦合信号，将采集到的所述发射线圈耦合信号作为接收信号相位分析的参考。所述SPI接口52连接所述温度传感器芯片70。
所述电平转换电路60用于对所述井下发射主控系统100产生的功率放大器驱动信号及谐振电容继电器控制信号进行电平转换。本实施方式中，所述电平转换电路60使用3.3V到5V的表贴型双位双电源总线收发器，每两路控制信号对应一个电平转换器件。
所述主控制器80连接所述可编程逻辑器件50及所述CAN通讯接口90，其设置有内嵌CAN模块81。所述内嵌CAN模块81连接所述CAN通讯接口90，所述CAN通讯接口90通过遥传短节与地面系统通讯，以使所述主控制器80接收所述地面系统传来的命令，解析所述命令并通知相应的模块执行相应的动作，同时，所述主控制器80通过所述CAN通讯接口90及所述遥传短节将井下采集的数据上传到所述地面系统。
井间电磁测井技术通过将发射线圈固定于某一位置，不断改变接收线圈的位置完成一个剖面的测量。一个剖面测量完成以后，再移动所述发射线圈以开始下一个剖面的测量。所述发射线圈每移动到一个新的位置以后，地面系统先给所述井下发射主控系统100供电，220V交流电经过开关电源的作用后得到所述井下发射主控系统100的各个模块所需要的各个直流电压。所述井下发射主控系统100随即校正所述发射电流采集通道10及所述发射线圈耦合信号采集通道20。
当所述井下发射主控系统100接收到所述地面系统发出的指定发射谐振电容序号的命令后，所述可编程逻辑器件50立即发出信号切换谐振电容(谐振电容与大电感发射线圈构成串联谐振电路，不同的所述谐振电容对应不同的发射频率，切换谐振电容即可改变发射频率)，并将执行结果反馈给所述地面系统；同时，所述地面系统通过七芯电缆中的高压直流电压线给所述发射系统的功率放大器提供一个合适的直流母线电压；当接收到所述地面系统发出的“开始扫频”命令后，所述井下发射主控系统100产生功率放大器驱动信号，并以特定的步进改变所述功率放大器驱动信号的频率，每次改变所述功率放大器驱动信号的频率以后，所述发射电流采集通道10都要采集此频率对应的发射电流大小，当所述功率放大器驱动信号等于扫频截止频率时，停止改变所述功率放大器驱动信号的频率；所述井下发射主控系统100对扫频得到的发射电流测量数据进行去毛刺、消噪处理以后，计算每个所述发射频率对应的发射电流有效值，其中有效值最大的频率点即为所述谐振电容对应的工作频率，找到这个工作频率以后，所述井下发射主控系统100给所述地面系统发射“扫频成功”命令。
扫频成功以后，若所述地面系统做好发射准备，所述地面系统则给所述井下发射主控系统100发出“开始发射”命令，同时加大所述功率放大器的母线电压和采集发射电流，当所述发射电流达到要求时停止加大所述功率放大器的母线电压。开始发射后，所述井下发射主控系统100在所述同步时钟的作用下，开始同步采集发射线圈耦合信号，以作为接收信号相位分析的参考。
在执行“开始发射”命令期间，所述发射电流采集通道10及所述辅助参数采集通道40一直处在工作状态；当监测到发射电流或者辅助参数出现异常时，所述井下发射主控系统100立即停止工作并上报所述地面系统。没有异常情况时，所述井下发射主控系统100在“停止发射”命令作用下停止发射；当所述井下发射主控系统100接收到“上传数据”命令后，所述井下发射主控系统100将发射线圈耦合信号的测量结果以特定的帧格式通过所述CAN通讯接口90上传至所述地面系统。本实施方式中，每次切换谐振电容后都需要重复以上扫频、反馈、发射、上传测量结果的过程。
本发明提供的适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其发射电流采集通道及发射线圈耦合信号采集通道采集开始之前，校正信号产生电路先产生校正信号以对所述发射电流采集通道及所述发射线圈耦合信号采集通道进行校正，如此以最大程度地减小工作环境对测量结果的影响；所述可编程逻辑器件通过切换谐振电容来改变发射频率，以保证发射线圈在任何谐振电容值下都在最大发射电流频率点工作。此外，所述井下发射主控系统实时监控发射电流，出现异常情况时可用关断功率放大器来保护系统安全，且能够同步采集发射线圈耦合信号，采集到的所述发射线圈耦合信号作为接受信号相位分析的参考信号或者用以估算发射电流的大小。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其包括发射电流采集通道、校正信号产生电路、发射线圈耦合信号采集通道、辅助参数采集通道、可编程逻辑器件、主控制器及CAN通讯接口，其特征在于：
所述发射电流采集通道用于采集发射线圈中的发射电流大小，以便通过扫频确定不同谐振电容对应的发射信号频率，进而克服线圈动态电感对谐振频率的影响；
所述校正信号产生电路用于产生校正信号，并将所述校正信号传输给所述发射电流采集通道及所述发射线圈耦合信号采集通道，以对所述发射电流采集通道及所述发射线圈耦合信号采集通道进行校正；
所述发射线圈耦合信号采集通道用于采集所述发射线圈的耦合信号，以作为接收信号相位分析的参考信号或者用以估算所述发射电流的大小；
所述辅助参数采集通道用于监测保证系统稳定工作的辅助参数；所述主控制器连接所述可编程逻辑器件及所述CAN通讯接口，所述CAN通讯接口通过遥传短节与地面系统实现通讯，以使所述主控制器接收所述地面系统传来的命令、解析所述命令并传输给所述可编程逻辑器件；所述可编程逻辑器件用于控制所述校正信号产生电路产生所述校正信号，同时，所述可编程逻辑器件还用于接收来自所述发射电流采集通道、所述发射线圈耦合信号采集通道及所述辅助参数采集通道的采样结果，并判断采样结果是否异常以采取相应的动作来保护系统不被损害；此外，所述可编程逻辑器件还用于产生功率放大器驱动信号及谐振电容继电器控制信号，其通过切换所述谐振电容来改变发射频率。
2.如权利要求1所述的适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其特征在于：所述可编程逻辑器件上设置有同步信号接口，所述同步信号接口用于接收同步时钟；所述可编程逻辑器件在所述同步时钟的控制下采集发射线圈耦合信号。
3.如权利要求2所述的适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其特征在于：所述可编程逻辑器件上还设置有SPI接口，所述SPI接口连接于温度传感器芯片，所述温度传感器芯片用于感测所述井下发射主控系统的温度。
4.如权利要求1所述的适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其特征在于：所述发射电流采集通道包括第一模拟开关、差分转单端电路及第一模数转换器，所述第一模拟开关用于切换所述校正信号和发射电流检测信号；所述差分转单端电路连接所述第一模拟开关及所述第一模数转换器，所述第一模数转换器连接于所述可编程逻辑器件。
5.如权利要求1所述的适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其特征在于：所述发射线圈耦合信号采集通道包括第二模拟开关、增益调节电路及第二模数转换器，所述第二模拟开关用于切换来自所述校正信号产生电路的校正信号和发射线圈耦合信号；所述增益调节电路连接所述第二模拟开关及所述第二模数转换器，所述第二模数转换器连接于所述可编程逻辑器件。
6.如权利要求1所述的适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其特征在于：所述校正信号产生电路包括连接所述第一模拟开关及所述第二模拟开关的低通滤波器及数模转换器，所述数模转换器连接所述低通滤波器及所述可编程逻辑器件。
7.如权利要求1所述的适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其特征在于：所述辅助参数采集通道包括辅助参数预处理电路、第三模拟开关及第三模数转换器，所述第三模拟开关连接所述辅助参数预处理电路及所述第三模数转换器；所述第三模数转换器连接于所述可编程逻辑器件。
8.如权利要求7所述的适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其特征在于：所述辅助参数预处理电路包括发射线圈温度测量电路、板上低压电源监测电路及功率放大器直流高压监测电路。
9.如权利要求1所述的适用于井间电磁测井的井下发射主控系统，其特征在于：所述井下发射主控系统还包括连接于所述可编程逻辑器件的电平转换电路，所述电平转换电路用于对所述功率放大器驱动信号及所述谐振电容继电器控制信号进行电平转换。
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| CN111535797B (zh) * | 2020-04-30 | 2023-08-22 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种偏心型核磁共振测井仪故障快速检测装置及基于其的检测方法 |
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