CN109372500B - 一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法 - Google Patents

一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法，其特征在于，包括仪器级刻度、通道级刻度以及实时周期级刻度；所述仪器级刻度为采用模拟盒刻度仪器的恒定直流电源、整个模拟通道性能和数字通道功能；所述通道级刻度为使用刻度装置刻度整个模拟通道的性能和数字通道的功能；所述实时周期级刻度通过DAC，按照预定的时序，发射固定的一系列正负电压值，控制刻度继电器把信号送入测量通道，经过n个不同前放通道放大和处理，再经过多路选通切换和滤波后，由ADC按照预设的时序进行采集。本发明提高地层水电阻率测井仪对于信号测量采集的准确性，也提高了仪器的不同井况的自适应性。

Description

一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法
技术领域
本发明属于石油测井技术领域，具体涉及一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法，用于仪器日常维护检测和测井过程中仪器实时补偿。
背景技术
在国内测井仪器领域，大多数自发射的测井仪器均为发射交流正弦波信号，地层水电阻率测井仪发射为直流信号。交流微弱信号通过放大、滤波、采集、处理后可以比较容易的恢复出原始测量信号，目前测井仪器中交流信号可以实现100nV级甚至更小信号的有效分辨和测量采集，而直流微弱信号受限于井下系统电源噪声、井下仪器系统地噪声、测井速度、温度和井眼影响带来的信号噪声，即使采用比交流采集更高位数的采样ADC，并采取提高分辨率和灵敏度措施后，也只能有效分辨到mV级信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法，以克服现有地层水电阻率测井仪测井过程中直流微弱小信号、且易受测井信号波动影响的缺点，本发明提高地层水电阻率测井仪对于信号测量采集的准确性，对于地层水电阻率测井仪信号的准确测量起到关键性作用，也提高了仪器的不同井况的自适应性。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法，包括依次进行的仪器级刻度、通道级刻度以及实时周期级刻度，采用不同级别的刻度方法，实现仪器直流微弱信号的准确测量；
所述仪器级刻度为采用模拟盒刻度仪器的恒定直流电源、整个模拟通道性能和数字通道功能；所述通道级刻度为使用刻度装置刻度整个模拟通道的性能和数字通道的功能；所述实时周期级刻度通过DAC按照预定的时序发射固定的一系列正负电压值，控制刻度继电器把信号送入测量通道，经过m个不同前放通道放大和处理，再经过多路选通切换和滤波后，由ADC按照预设的时序进行采集。
进一步地，所述仪器级刻度用于仪修房对仪器整体进行刻度和检验。
进一步地，所述通道级刻度用于对不同测量通道的放大倍数进行多点拟合刻度，拟合出不同通道的最优放大倍数。
通道级刻度：采用通道刻度装置对仪器进行刻度，通道刻度装置包括主控系统和DAC输出电路。主控系统控制DAC依次产生20个从7000mv～-7000mv的20个固定输出电压值，仪器所有通道对这20个电压信号进行采集存储。仪器不同通道挑选量程范围内合适的8组测量值用于刻度该通道的放大倍数、以及仪器和通道的重复性和一致性。
进一步地，所述实时周期级刻度用于每个测量周期内的实时刻度，每个测量周期内实时切换继电器和多路选通模拟开关，合理采集若干个点对m个通道进行实时温度补偿和拟合各个通道放大倍数。
进一步地，实时周期级刻度时序包括复位补偿刻度时间T0、一次正向发射时间T1+、二次正向衰减时间T2+、一次反向发射时间T1-和二次反向衰减时间T2-，其中只有T0在实时周期级刻度中起实时刻度作用，即为刻度通道的信号采集时间；T1+、T2+、T1-、T2-为实际测量通道的信号采集时间；
T0＝TSP+TTEMP+TCAL+TGND+TRESET；
其中，TCAL＝T1+T2+T3+…+Tm×n；
TGND＝TGND1+TGND2+TGND3+…+TGNDm；
T＝T0+T1++T2++T1-+T2-；
得出：T0＝TSP+TTEMP+T1+T2+T3+…+Tm×n+TGND1+TGND2+TGND3+…+TGNDm+TRESET；
式中，TSP为SP测量补偿时间；TTEMP为温度测量时间；T1为前放通道k的第1个刻度值时间；T2为前放通道k的第2个刻度值时间；T3为前放通道k的第3个刻度值时间；Tm×n为前放通道k的第m×n个刻度值时间；TGND1为第1个通道的接地刻度时间；TGND2为第2个通道的接地刻度时间；TGND3为第3个通道的接地刻度时间；TGNDm为第m个通道的接地刻度时间；TRESET为软复位刻度时间，T为总测量周期，k为m个通道内的某一通道。
进一步地，T0的范围为(T/20)～(T/30)。
进一步地，实时周期级刻度具体过程为：按照时序控制DAC输出一系列电位值，经过刻度继电器切换后，依次通过测量通道、前放通道、多路选通、滤波后，控制ADC也按照所述时序进行采集；总共m个前放通道，采集m×n个刻度采集点和m个通道接地刻度点，每个通道n个刻度采集点加一个通道接地刻度点，n点实时拟合每个通道的放大倍数，每个通道的接地刻度采集点为接地继电器把输入短路接地后经过完整的模拟通道后被ADC采集到的电位值，该电位值为本通道的实时零偏电压值；每个通道的实际测量电压值减去本通道的实时零偏电压值，再除以拟合好的通道放大倍数即能够准确得到真实的测量电位值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的三级刻度方法不仅仅适用于地层水电阻率测井仪，也适用于所有直流微弱信号采集的测井仪器中，本发明的最大特别之处在于把实时周期级刻度引入到实时测井周期内，摒弃了所有测井仪器采用的测前刻度和侧后刻度用来判断仪器是否正常和稳定的缺点，能够实时的监测每一个通道的刻度数据；提高了地层水电阻率测井仪直流微弱信号的准确测量，提升了仪器性能。
从测井实施结果看，本发明可保证地层水电阻率测井仪在工频噪声、变压器噪声、井下测井仪系统其它噪声无法避免的情况下，能够比较准确的测量mV级直流微弱信号。本发明既有利于地层水电阻率测井仪日常维护和测量，又能够保证不同测量通道的大小信号的采集准确性；既减小和补偿了测井过程中不同温度、不同井眼影响带来的信号波动影响，又提高了地层水电阻率测井仪的测井适应性。
附图说明
图1是地层水电阻率测井仪现场测井示意图。
其中，1、地面测井车；2、硬电极；3、通信短节；4、直流电源短节；5、测量短节；6、电极系短节。
图2是地层水电阻率测井仪三级刻度框图。
图3是地层水电阻率测井仪仪器级刻度框图。
图4是地层水电阻率测井仪通道级刻度框图。
图5是地层水电阻率测井仪实时周期级刻度框图。
图6是地层水电阻率测井仪实时周期级刻度时序图。
具体实施方式
本发明是一种直流微弱信号三级刻度方法，从仪器整体刻度到us级时间周期刻度来提高仪器测量准确性，并最终用于测井时自动、实时校准直流微弱信号的幅值和修正测量偏移量，最大程度的恢复所测地层的有用信号；也可以用于所设计仪器的日常维护和检查标定。
对地层水电阻率测井仪系统而言，向地层发射激励信号为直流、恒定的电流信号，由于地层水电阻率测井仪现有的井下系统本身是交流供电系统，电源信号和地面N电极信号经过5000米到7000米电缆输送至井下，即使在井下经过交直流转换和降压滤波处理后，仪器系统地的噪声依旧在5mV级别，地层水电阻率测井仪电极系采集到地层响应的直流信号在mV级时，会淹没在噪声中，导致测量电位不能准确反应真实地层电位信息，分层能力变低，测井曲线比较平滑。
如图1所示：地层水电阻率测井仪的测量电极包括地面N电极和井下M、Mm、Nm、A、B、Am、Bm电极，其中M、N以及Mm、Nm分别为两对测量电极，用于测量不同的地层信息。由于M、N两个测量电极测井过程中距离几千米，且M、N测量电极之间处于相对运动状态，加上N电极易受井场电磁环境的干扰和影响，M、N测量电极之间的电位差在mV级信号时并不容易测量准确，本发明中三级刻度的设计方案就是为了最大程度的减小测量电极带来的影响，增大仪器的动态测量范围，提高仪器的分辨率。
如图2所示：地层水电阻率测井仪三级刻度方法包括仪器级刻度、通道级刻度、实时周期级刻度。仪器级刻度采用专门为地层水电阻率测井仪设计的地层模拟盒装置，通道级刻度采用专门设计的通道刻度装置，实时周期级刻度采用实时周期级刻度装置，并已经嵌套于地层水电阻率测井仪的实时测井周期内。
如图3、图4、图5所示，分别为三级刻度的展开框图，三级刻度从大到小，从仪器整体检查刻度到全部信号通道刻度，再到时序周期级刻度，采用不同级别的刻度方法，最终目的是为了实现仪器直流微弱信号的准确测量。地层水电阻率测井仪正常测井过程为：M、N、Mm、Nm电极用于测量A、B、Am、Bm电极向地层发射电流后地层的响应信号和衰减信号以及响应过程和衰减过程。到达井下测量通道的M、N端和Mm、Nm端的电位差信号，通过测量通道，并经过前放通道1、前放通道2、……、前放通道m的不同倍数放大后，再经过多路选通电路和滤波电路，然后被ADC按照既定的时序进行采集。其中仪器级刻度通过专用的模拟盒刻度仪器的恒定直流电源、整个模拟通道性能和数字通道功能；通道级刻度通过通道刻度装置用于刻度整个模拟通道的性能和数字通道的功能；实时周期级刻度通过DAC，按照预定的时序，发射固定的一系列正负电压值，控制刻度继电器把信号送入测量通道，经过m个不同前放通道放大和处理，再经过多路选通切换和滤波后，由ADC按照合适的时序进行采集。
如图6所示，地层水电阻率测井仪实时周期级刻度时序图包括复位补偿刻度时间T0、一次正向发射时间T1+、二次正向衰减时间T2+、一次反向发射时间T1-、二次反向衰减时间T2-，其中只有T0在实时周期级刻度中起实时刻度作用，即为刻度通道的信号采集时间，T1+、T2+、T1-、T2-为实际测量通道的信号采集时间。
其中T0＝TSP+TTEMP+TCAL+TGND+TRESET(其中除了TCAL+TGND是必须的外，其余三项可以根据实际仪器电路情况和需求情况进行增加和删减)；
TCAL＝T1+T2+T3+…+Tm×n；
TGND＝TGND1+TGND2+TGND3+…+TGNDm；
T＝T0+T1++T2++T1-+T2-；
得出：T0＝TSP+TTEMP+T1+T2+T3+…+Tm×n+TGND1+TGND2+TGND3+…+TGNDm+TRESET；
为了保证测井速度，必须保证测量时间，减少刻度时间，故给定了限定条件：T0的范围为(T/20)～(T/30)；
其中TSP为SP测量补偿时间；TTEMP为温度测量时间；T1为前放通道k(k为m个通道内的某通道)的第1个刻度值时间；T2为前放通道k的第2个刻度值时间；T3为前放通道k的第3个刻度值时间；Tm×n为前放通道k的第m×n个刻度值时间；TGND1为第1个通道的接地刻度时间；TGND2为第2个通道的接地刻度时间；TGND3为第3个通道的接地刻度时间；TGNDm为第m个通道的接地刻度时间；TRESET为软复位刻度时间；
实时周期级刻度过程如下：按照图6所示时序控制DAC输出一系列电位值，经过刻度继电器切换后，依次通过测量通道、前放通道、多路选通、滤波后，控制ADC也按照图六所示时序进行采集；总共m个前放通道，采集m×n个刻度采集点和m个通道接地刻度点，每个通道n个刻度采集点加一个通道接地刻度点，n点实时拟合每个通道的放大倍数，每个通道的接地刻度采集点为接地继电器把输入短路接地后经过上述完整的模拟通道后被ADC采集到的电位值，该电位值为本通道的实时零偏电压值；每个通道的实际测量电压值减去本通道的实时零偏电压值，再除以拟合好的通道放大倍数就可以准确得到真实的测量电位值；由于通道零偏电压值包含了大部分温度变化带来的通道噪声，所以这样的处理方法能够很大程度减小测井温度带来的影响，极大的提高了仪器的分辨率和测量准确度。
以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术实现方法，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的石油测井领域直流微弱信号三级刻度方法，特别是实时周期级刻度的技术思想，在技术实现方法基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法，其特征在于，包括依次进行的仪器级刻度、通道级刻度以及实时周期级刻度，采用不同级别的刻度方法，实现仪器直流微弱信号的准确测量；
所述仪器级刻度为采用模拟盒刻度仪器的恒定直流电源、整个模拟通道性能和数字通道功能；所述通道级刻度为使用刻度装置刻度整个模拟通道的性能和数字通道的功能；所述实时周期级刻度通过DAC按照预定的时序发射固定的一系列正负电压值，控制刻度继电器把信号送入测量通道，经过m个不同前放通道放大和处理，再经过多路选通切换和滤波后，由ADC按照预设的时序进行采集；
实时周期级刻度时序包括复位补偿刻度时间T0、一次正向发射时间T1+、二次正向衰减时间T2+、一次反向发射时间T1-和二次反向衰减时间T2-，其中只有T0在实时周期级刻度中起实时刻度作用，即为刻度通道的信号采集时间；T1+、T2+、T1-、T2-为实际测量通道的信号采集时间；
T0＝TSP+TTEMP+TCAL+TGND+TRESET；
其中，TCAL＝T1+T2+T3+…+Tm×n；
TGND＝TGND1+TGND2+TGND3+…+TGNDm；
T＝T0+T1++T2++T1-+T2-；
得出：T0＝TSP+TTEMP+T1+T2+T3+…+Tm×n+TGND1+TGND2+TGND3+…+TGNDm+TRESET；
式中，TSP为SP测量补偿时间；TTEMP为温度测量时间；T1为前放通道k的第1个刻度值时间；T2为前放通道k的第2个刻度值时间；T3为前放通道k的第3个刻度值时间；Tm×n为前放通道k的第m×n个刻度值时间；TGND1为第1个通道的接地刻度时间；TGND2为第2个通道的接地刻度时间；TGND3为第3个通道的接地刻度时间；TGNDm为第m个通道的接地刻度时间；TRESET为软复位刻度时间，T为总测量周期，k为m个通道内的某一通道。
2.根据权利要求1所述的一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法，其特征在于，所述仪器级刻度用于仪修房对仪器整体进行刻度和检验。
3.根据权利要求1所述的一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法，其特征在于，所述通道级刻度用于对不同测量通道的放大倍数进行多点拟合刻度，拟合出不同通道的最优放大倍数。
4.根据权利要求1所述的一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法，其特征在于，所述实时周期级刻度用于每个测量周期内的实时刻度，每个测量周期内实时切换继电器和多路选通模拟开关，合理采集若干个点对m个通道进行实时温度补偿和拟合各个通道放大倍数。
5.根据权利要求1所述的一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法，其特征在于，T0的范围为(T/20)～(T/30)。
6.根据权利要求1所述的一种地层水电阻率测井仪直流微弱信号三级刻度方法，其特征在于，实时周期级刻度具体过程为：按照时序控制DAC输出一系列电位值，经过刻度继电器切换后，依次通过测量通道、前放通道、多路选通、滤波后，控制ADC也按照所述时序进行采集；总共m个前放通道，采集m×n个刻度采集点和m个通道接地刻度点，每个通道n个刻度采集点加一个通道接地刻度点，n点实时拟合每个通道的放大倍数，每个通道的接地刻度采集点为接地继电器把输入短路接地后经过完整的模拟通道后被ADC采集到的电位值，该电位值为本通道的实时零偏电压值；每个通道的实际测量电压值减去本通道的实时零偏电压值，再除以拟合好的通道放大倍数即能够准确得到真实的测量电位值。
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