CN107037487B - 一种井间电磁同步测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种井间电磁同步测量系统，涉及矿场地球物理技术领域，该测量系统保证了发射井、接收井两者时钟的同时工作，实现了发射井、接收井井下信号的实时同步采集。一种井间电磁同步测量系统，包括有发射井井下装置以及接收井井下装置，顺次与发射井井下装置连接设置的发射井锁相环路、发射井总线接口以及设置在地面上的发射井GPS同步时钟接收机；顺次与接收井井下装置连接设置的接收井锁相环路、接收井总线接口以及设置在地面上的接收井GPS同步时钟接收机；发射井GPS同步时钟接收机、接收井GPS同步时钟接收机均与GPS卫星上的时钟信号相锁定。

Description

一种井间电磁同步测量系统
技术领域
本发明涉及矿场地球物理技术领域，尤其涉及一种井间电磁同步测量系统。
背景技术
井间电磁成像测井通过在两口井间或多口井间实施扫描式测量，通过测量发射井到接收井信号的幅度衰减以及相位延迟等扫描数据后，运用计算机层析技术得到两口井间或多口井间电阻率剖面成像图。在上述测量成像过程中，为了保证相位测量的准确性，必须保证发射井发射监测信号与接收井接收信号同时刻启动A/D进行采集。而发明人发现，现有的单井测量中，所有信号均是基于一个自产生时钟或同步信号的，该信号生成过程实施较为简单，但相对精度较低且受温度影响较大，无法保证发射井发射监测信号与接收井接收信号的同步，因此现有的单井测量时钟生成技术无法应用到井间测量中。
发明内容
本发明提供了一种井间电磁同步测量系统，该测量系统保证了发射井、接收井两者时钟的同时工作，实现了发射井、接收井井下信号的实时同步采集。
为解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种井间电磁同步测量系统，包括有发射井井下装置以及接收井井下装置，还包括：
顺次与发射井井下装置连接设置的发射井锁相环路、发射井总线接口以及设置在地面上的发射井GPS同步时钟接收机；
所述发射井锁相环路包括有第一数字锁相环、第一斯密特触发器、第一晶体振荡器、第一数模转换模块、第一数字信号处理模块以及第一N分频模块；
顺次与接收井井下装置连接设置的接收井锁相环路、接收井总线接口以及设置在地面上的接收井GPS同步时钟接收机；
所述接收井锁相环路包括有第二数字锁相环、第二斯密特触发器、第二晶体振荡器、第二数模转换模块、第二数字信号处理模块以及第二N分频模块；
所述发射井GPS同步时钟接收机、所述接收井GPS同步时钟接收机均与GPS卫星上的时钟信号相锁定。
进一步的，所述发射井GPS同步时钟接收机还连接设置有发射井GPS天线；所述接收井GPS同步时钟接收机还连接设置有接收井GPS天线。
较为优选的，所述发射井总线接口上还连接有第一无线电台以及第一无线电台天线；所述接收井总线接口上还连接有第二无线电台以及第二无线电台天线；
第一无线电台与第二无线电台通过第一无线电台天线与第二无线电台天线建立通讯连接。
优选的，第一数字锁相环稳态相位误差为不大于0.03。
优选的，第二数字锁相环稳态相位误差为不大于0.03。
可选的，第一斯密特触发器、第二斯密特触发器为反相输出斯密特触发器。
较为优选的，第一晶体振荡器的最大偏移误差不大于10ns，第二晶体振荡器的最大偏移误差不大于10ns。
本发明提供了一种井间电磁同步测量系统，该井间电磁同步测量系统中设置有顺次与发射井井下装置连接设置的发射井锁相环路、发射井总线接口以及设置在地面上的发射井GPS同步时钟接收机，顺次与接收井井下装置连接设置的接收井锁相环路、接收井总线接口以及设置在地面上的接收井GPS同步时钟接收机。具有上述结构的测量系统，通过配置两个相互独立的地面时钟接收系统，可实现各自地面系统与GPS卫星上的同步；进一步通过锁相环电路以及针对温度的补偿，将井下时钟与地面时钟同步起来，最终实现发射井与接收井两者时钟的同步性。
附图说明
图1为本发明井间电磁同步测量系统的结构示意图；
图2为本发明井间电磁同步测量系统中发射井锁相环路的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种井间电磁同步测量系统，该测量系统保证了发射井、接收井两者时钟的同时工作，实现了发射井、接收井井下信号的实时同步采集。
下面结合下述附图对本发明实施例做详细描述。
本发明提供一种井间电磁同步测量系统，如图1所示，该井间电磁同步测量系统包括有发射井井下装置1以及接收井井下装置2。其中，发射井井下装置1顺次连接有发射井井下装置连接设置的发射井锁相环路11、发射井总线接口12以及设置在地面上的发射井GPS同步时钟接收机13；接收井井下装置2顺次连接有接收井锁相环路21、接收井总线接口22以及设置在地面上的接收井GPS同步时钟接收机23。进一步的，发射井GPS同步时钟接收机13还连接设置有发射井GPS天线14；而接收井GPS同步时钟接收机23还连接设置有接收井GPS天线24。
值得注意的是，本发明提供的一种井间电磁同步测量系统其发射井、接收井井间同步的过程可分为两个环节：(1)、两个独立的地面系统分别与同一个GPS卫星3上的时钟信号进行同步。其中，发射井GPS同步时钟接收机13与接收井GPS同步时钟接收机23两者分别与同一个GPS卫星时钟信号进行实时修正，从而分别把自身的时钟与GPS卫星3上时钟(铯钟)同步起来。通过上述实时修正，发射井GPS同步时钟接收机13、接收井GPS同步时钟接收机23与GPS卫星3上的时钟误差可保证小于≤2E-12，相位误差可保证小于50ns。
(2)、完成井下装置与其相对应的地面系统的时钟同步过程。下面以发射井为例进行介绍。发射井GPS同步时钟接收机13在完成自身时钟的实时修正后，
经发射井总线接口12、发射井锁相环路11向井下仪器传送经实时修正后的同步时钟。
其中，在传输该实时修正后的同步时钟时，为防止供电电流等信号对同步时钟信号的干扰(发射井通常设置有7根传输电缆，其中，只有2根传输电缆用于传输同步时钟信号，其它电缆则用于井下仪器的供电以及通讯)，还需要对该实时修正后的同步时钟信号进行锁相处理。具体的，该锁相处理过程由发射井锁相环路11完成。如图2所示，发射井锁相环路11包括有包括有第一数字锁相环111、第一斯密特触发器112、第一晶体振荡器113、第一数模转换模块114、第一数字信号处理模块115以及第一N分频模块116。
其中，经锁相处理后，第一N分频模块116得到的比较信号与修正后的同步时钟两者满足：fin＝fout，即两者频率相同；而两者相位相差90°+θ。因此为保证两者的同步，需保证θ趋近于0。进一步分析后，θ与仅频率f0有关，频率f0为第一晶体振荡器113所产生。而第一晶体振荡器113产生的f0会随其所处工作环境温度变化而变化，因此还要在第一数字信号处理模块115中保存晶体随温度变化的参数。通过测量温度的变化情况，控制第一数模转换模块114产生的电压，从而调整第一晶体振荡器113产生的频率f0，最终达到使第一N分频模块116得到的比较信号与修正后的同步时钟两者相互同步。而后，只需将得到的比较信号在电缆上传送，作为井下仪器时钟的同步参考时钟即可。
同理，接收井井下仪器时钟的同步参考时钟可通过相类似的方式得到，在此不做赘述。而接收井锁相环路中包括有第二数字锁相环、第二斯密特触发器、第二晶体振荡器、第二数模转换模块、第二数字信号处理模块以及第二N分频模块等结构单元。
除此之外，作为本发明的一种较为优选实施方式，如图1所示，发射井总线接口12上还连接有第一无线电台15以及第一无线电台天线16；接收井总线接口22上还连接有第二无线电台25以及第二无线电台天线26。通过第一无线电台天线16与第二无线电台天线26，第一无线电台15与第二无线电台25建立通讯连接，从而可对发射井GPS同步时钟接收机13以及接收井GPS同步时钟接收机23两者实时修正的时钟信号进行验证，以确定上述两个时钟信号同步性。
需要补充说明的是，作为一种较为优选实施方式，第一数字锁相环、第二数字锁相环稳态相位误差为不大于0.03；第一斯密特触发器、第二斯密特触发器为反相输出斯密特触发器；第一晶体振荡器、第二晶体振荡器的最大偏移误差不大于10ns。
本发明提供了一种井间电磁同步测量系统，该井间电磁同步测量系统中设置有顺次与发射井井下装置连接设置的发射井锁相环路、发射井总线接口以及设置在地面上的发射井GPS同步时钟接收机，顺次与接收井井下装置连接设置的接收井锁相环路、接收井总线接口以及设置在地面上的接收井GPS同步时钟接收机。具有上述结构的测量系统，通过配置两个相互独立的地面时钟接收系统，可实现各自地面系统与GPS卫星上的同步；进一步通过锁相环电路以及针对温度的补偿，将井下时钟与地面时钟同步起来，最终实现发射井与接收井两者时钟的同步性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种井间电磁同步测量系统，包括有发射井井下装置以及接收井井下装置，其特征在于，还包括：
顺次与发射井井下装置连接设置的发射井锁相环路、发射井总线接口以及设置在地面上的发射井GPS同步时钟接收机；
所述发射井锁相环路包括有第一数字锁相环、第一斯密特触发器、第一晶体振荡器、第一数模转换模块、第一数字信号处理模块以及第一N分频模块；
顺次与接收井井下装置连接设置的接收井锁相环路、接收井总线接口以及设置在地面上的接收井GPS同步时钟接收机；
所述接收井锁相环路包括有第二数字锁相环、第二斯密特触发器、第二晶体振荡器、第二数模转换模块、第二数字信号处理模块以及第二N分频模块；
所述发射井GPS同步时钟接收机、所述接收井GPS同步时钟接收机均与GPS卫星上的时钟信号相锁定。
2.根据权利要求1所述的一种井间电磁同步测量系统，其特征在于，所述发射井GPS同步时钟接收机还连接设置有发射井GPS天线；所述接收井GPS同步时钟接收机还连接设置有接收井GPS天线。
3.根据权利要求1所述的一种井间电磁同步测量系统，其特征在于，所述发射井总线接口上还连接有第一无线电台以及第一无线电台天线；所述接收井总线接口上还连接有第二无线电台以及第二无线电台天线；
第一无线电台与第二无线电台通过第一无线电台天线与第二无线电台天线建立通讯连接。
4.根据权利要求1所述的一种井间电磁同步测量系统，其特征在于，第一数字锁相环稳态相位误差为不大于0.03。
5.根据权利要求1所述的一种井间电磁同步测量系统，其特征在于，第二 数字锁相环稳态相位误差为不大于0.03。
6.根据权利要求1所述的一种井间电磁同步测量系统，其特征在于，第一斯密特触发器、第二斯密特触发器为反相输出斯密特触发器。
7.根据权利要求1所述的一种井间电磁同步测量系统，其特征在于，第一晶体振荡器的最大偏移误差不大于10ns，第二晶体振荡器的最大偏移误差不大于10ns。
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