CN109505592A - 高增益随钻电阻率信号接收装置 - Google Patents

高增益随钻电阻率信号接收装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高增益随钻电阻率信号接收装置，其包括：钻铤本体，其上开设有第一凹槽和第二凹槽，其中第一凹槽和第二凹槽通过第一引线孔进行连通；接收电极，其安装在第一凹槽中，使得接收电极的第一端部外露以与地层接触，信号接收处理电路板，其安装在第二凹槽中，电路的输入引线端通过第一引线孔连接到接收电极的第二端部，以接收从地层中流入接收电极的第一端部的电流。本发明可实现高精度的信号接收与放大和滤波处理，有利于随钻电阻率成像仪更加有效地接收到经过地层的信号，实现反映地层的电阻率信息检测。此外，本发明的接收模块结构能够稳定安装在钻铤的安装槽内，对钻铤的机械强度影响非常小，确保仪器钻铤在安全的机械强度范围之内。

Description

高增益随钻电阻率信号接收装置
技术领域
本发明涉及石油勘探钻井工程技术领域，尤其涉及一种高增益随钻电阻率信号接收装置。
背景技术
使用随钻成像电阻率测井仪器在随钻条件下进行测井，可以直观清晰的将井筒周边的电阻率信息，并可以根据这些信息反映出地质构造、裂缝和断层分布等关键地质信息。因此，随钻成像电阻率测井仪器被越来越广泛地应用于石油勘探开发的钻井过程当中。在随钻成像电阻率测井仪器中，决定电阻率测量效果的关键之一就是其发射模块的设计。发射模块设计的效率和功率越高，经过地层传输到接收模块的信号就越强，就越能清晰的反映地层的电阻率信息。
在随钻成像电阻率测井仪器当中，决定电阻率测量效果的关键之一就是其接收模块的设计。接收模块设计的信噪比和增益越高，经过地层传输到接收模块的信号就越容易被检测和采集，就越能清晰的反映地层的电阻率信息。
然而，当前由于随钻过程当中仪器的结构受到限制，传统的电缆电阻率测井仪器的接收电极结构和电路难以在随钻成像电阻率测井仪器中应用。这主要是因为在随钻条件下，各种仪器都需要设计成钻铤形式，对其机械强度要求非常高。
而传统的电缆电阻率测井仪器需要多个绝缘设计和屏蔽设计，来实现高信噪比和高增益的接收信号处理。例如现有技术发明专利ZL201410342445.8、题为“用于微电阻率扫描成像的小信号处理电路”。但是，这样的设计不能满足对其随钻条件下的接收信号处理。而现有技术专利ZL201310698427.9、题为“一种随钻电阻率的测量装置及其测量方法”和ZL201620203550.8、题为“多频随钻电磁波电阻率测井仪电路系统”，都是针对电磁波电阻率的信号处理，它们不适合随钻电阻率成像中采用的侧向电阻率原理的信号接收和处理方式。
因此，需要开发一种能够适应钻铤安装的信号接收装置和电路。
发明内容
本发明目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种高增益随钻电阻率信号接收装置，所述装置包括：
钻铤本体，其上开设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽为圆形凹槽，所述第二凹槽为矩形凹槽，其中所述第一凹槽和第二凹槽通过第一引线孔进行连通；
接收电极，其安装在所述第一凹槽中，使得所述接收电极的第一端部外露以与地层接触，
信号接收处理电路板，其安装在所述第二凹槽中，所述电路的输入引线端通过所述第一引线孔连接到所述接收电极的第二端部，以接收从地层中流入所述接收电极的第一端部的电流。
根据本发明的高增益随钻电阻率信号接收装置，优选的是，所述接收装置还包括环形绝缘层，其用于包裹所述接收电极的外表面以与所述第一圆形凹槽内表面电隔离。
根据本发明的高增益随钻电阻率信号接收装置，优选的是，所述信号接收处理电路板上安装有信号接收处理系统，所述系统包括：
信号接收模块，其通过连接线与所述接收电极的端部连接，用以将接收的电流信号转换成电压信号进行输出；
前级放大模块，其与所述信号接收模块连接，用以接收所述电压信号并将所述电压信号进行低噪声放大；
滤波放大模块，其与所述前级放大模块连接，用以对经过放大的电压信号进行滤波放大；以及
可编程放大模块，其与所述滤波放大模块连接，用以对经过滤波放大的所述电压信号进行高增益放大。
根据本发明的高增益随钻电阻率信号接收装置，优选的是，所述信号接收模块包括转换变压器、第一电容，其中所述转换变压器的主边的一端通过所述连接线连接到所述接收电极，所述转换变压器的主边的另一端接地，所述第一电容与所述转换变压器的从边的一端相连，所述转换变压器的从边的另一端接地，以实现电阻率信号从电流到电压的转换。
根据本发明的高增益随钻电阻率信号接收装置，优选的是，所述前级放大模块包括低噪声放大器、第一电阻、第二电容；其中，所述第一电阻和所述第二电容并联，并联后的一端连接到所述低噪声放大器的负输入端，另一端连接所述低噪声放大器的输出端，所述低噪声放大器的正输入端接地。
根据本发明的高增益随钻电阻率信号接收装置，优选的是，所述滤波放大模块包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二电容、第三电容、高增益放大器；其中，所述第二电阻的一端、所述第三电阻的一端、所述第二电容的一端、所述第三电容的一端相连接在一起，所述第二电容的一端、所述第三电阻的一端、所述第五电阻的一端、所述第二电容的一端相连接并连接到地，所述第二电容的另一端、所述第四电阻的另一端、所述高增益放大器的正输入相连接在一起，所述第五电阻的另一端、所述第六电阻的一端、所述高增益放大器的负输入相连接在一起，所述第三电阻的另一端、所述第六电阻的另一端、所述高增益放大器的输出相连接在一起。
根据本发明的高增益随钻电阻率信号接收装置，优选的是，所述可编程放大器包含两个输入控制端，低位控制端和高位控制端，通过在两个输入控制端加上不同的高低电平，以配置可编程放大器的放大倍数。
本发明提供了一种高增益随钻电阻率检测信号装置与电路，能够提供优异的信噪比、足够的增益，以及能够尽量减少对钻铤机械强度的影响。通过对信号变压器隔离转换，后续电路不会对输入产生干扰。前级放大模块的低噪声放大器将信号略微放大，又不会引入较大噪声，并增强信号驱动能力。滤波放大模块可以实现高增益放大和滤波，有效实现信号的放大。可编程放大器通过编程实现最后一级的编程放大，使得接收放大电路的放大倍数可以通过微处理器控制放大倍数。由于优异的信噪比和放大倍数，接收电极可以做的很小，因此对钻铤的机械性能影响非常小，也可以实现有效的信号接收和处理。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1显示了根据本发明的一个实施例的高增益随钻电阻率信号接收装置的结构示意图；以及
图2显示了根据本发明的一个实施例的信号接收电路的原理图。
其中，附图标记列表如下：
10：钻铤
20：第一凹槽
30：接收电极
31：接收电极外露端面
40：环形绝缘层
50：第一引线孔
60：电极与电路板连接线
70：接收处理电路板
80：第二凹槽
90：第二引线孔
100：接收电路板连接线
200：信号接收模块
210：转换变压器
211：主边
212：从边
220：第一电容
300：前级放大模块
310：低噪声放大器
320：第一电阻
330：第二电容
400：滤波放大模块
410：第二电阻
420：第三电阻
430：第四电阻
440：第五电阻
450：第六电阻
460：第二电容
470：第三电容
480：高增益放大器
500：可编程放大器
501：低位控制端
502：高位控制端
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
如图1所示，其中详细显示了根据本发明的高增益随钻电阻率检测信号装置的结构示意图。图1中，所述包括：钻铤10,第一凹槽20,接收电极30,环形绝缘层40,第一引线孔50,电极与电路板连接线60,接收处理电路板70,第二凹槽80,第二引线孔90,接收电路板连接线100。
所述的钻铤10做为整个装置的安装本体。所述第一凹槽20和第二凹槽80都是在钻铤本的外表面进行加工而成，其中第一凹槽20为圆形，其中第二凹槽80为方形。所述第一引线孔50联通第一凹槽20和第二凹槽80。所述第二引线孔90联通第二凹槽80与其他功能的凹槽。所述接收电极30和环形绝缘层40安装在第一凹槽20。所述接收处理电路板70安装在第二凹槽内80。所述电极与电路板连接线60连接安装在第一引线孔50内，连接接收电极30和接收处理电路板70。所述接收电路板连接线100安装在第二引线孔90，连接接收处理电路板70和其他功能的凹槽。
接收电极30的外露端面31接收到的从地层中流进的电流，该电流由发射模块发射到地层，包含了地层的电阻率信息。除了外露端面31和电极与电路板连接线60的接触位置，接收电极30的其他部分全部被环形绝缘层40包围，确保接收的电流全部经过电路板连接线60流进接收处理电路板70。
在高增益随钻电阻率检测信号装置中由所述的接收电极30，电极与电路板连接线60，连接接收处理电路板70，接收电路板连接线100构成信号接收处理链路。信号接收处理系统包括4个大的模块构成，分别是：信号接收模块200，前级放大模块300，滤波放大模块400，可编程放大模块500。信号接收模块200将接收的电流信号转换成电压并输出到前级放大模块300进行低噪声放大，前级放大模块300的输出连接到滤波放大模块400的输入进行滤波放大，滤波放大模块400的输出连接到可编程放大器500的负输入，实现高增益的放大处理。
信号接收模块200包括：接收电极30，转换变压器210，第一电容220构成。接收电极30连接到转换变压器210的主边211的一端。主边211的另一端接地。第一电容220与转换变压器210的从边212的一端相连。从边212的另一端接地。如此连接实现信号的接收与电流到电压的转换。
前级放大模块300包括：低噪声放大器310，第一电阻320，第二电容330。第一电阻320和第二电容330并联，并联后的一端连接到低噪声放大器310的负输入端，另一端连接低噪声放大器310的输出端。低噪声放大器310的正输入端接地。
滤波放大模块400包括：第二电阻410，第三电阻420，第四电阻430，第五电阻440，第六电阻450，第二电容460，第三电容470，高增益放大器480。第二电阻410的一端、第三电阻420的一端、第二电容460的一端、第三电容470的一端相连接在一起。第二电容460的一端。第三电阻430的一端、第五电阻440的一端、第二电容460的一端相连接并连接到地。第二电容460的另一端、第四电阻430的另一端、高增益放大器480的正输入相连接在一起。第五电阻440的另一端、第六电阻450的一端、高增益放大器480的负输入相连接在一起。第三电阻420的另一端、第六电阻450的另一端、高增益放大器480的输出相连接在一起。
可编程放大器500包含两个输入控制端：低位控制端501，高位控制端502。通过在两个输入控制端加上不同的高低电平，可以配置可编程放大器500的放大倍数。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：通过对信号变压器隔离转换，后续电路不会对输入产生干扰。前级放大模块的低噪声放大器将信号略微放大，又不会引入较大噪声，并增强信号驱动能力。滤波放大模块可以实现高增益放大和滤波，有效实现信号的放大。可编程放大器通过编程实现最后一级的编程放大，是的接收放大电路的放大倍数可以通过微处理器控制放大倍数。由于优异的信噪比和放大倍数，接收电极可以做的很小，因此对钻铤的机械性能影响非常小，同时也可以实现有效的信号接收和处理。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种高增益随钻电阻率信号接收装置，其特征在于，所述装置包括：
钻铤本体，其上开设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽为圆形凹槽，所述第二凹槽为矩形凹槽，其中所述第一凹槽和第二凹槽通过第一引线孔进行连通；
接收电极，其安装在所述第一凹槽中，使得所述接收电极的第一端部外露以与地层接触，
信号接收处理电路板，其安装在所述第二凹槽中，所述电路的输入引线端通过所述第一引线孔连接到所述接收电极的第二端部，以接收从地层中流入所述接收电极的第一端部的电流。
2.如权利要求1所述的高增益随钻电阻率信号接收装置，其特征在于，所述接收装置还包括环形绝缘层，其用于包裹所述接收电极的外表面以与所述第一圆形凹槽内表面电隔离。
3.如权利要求2所述的高增益随钻电阻率信号接收装置，其特征在于，所述信号接收处理电路板上安装有信号接收处理系统，所述系统包括：
信号接收模块，其通过连接线与所述接收电极的端部连接，用以将接收的电流信号转换成电压信号进行输出；
前级放大模块，其与所述信号接收模块连接，用以接收所述电压信号并将所述电压信号进行低噪声放大；
滤波放大模块，其与所述前级放大模块连接，用以对经过放大的电压信号进行滤波放大；以及
可编程放大模块，其与所述滤波放大模块连接，用以对经过滤波放大的所述电压信号进行高增益放大。
4.如权利要求3所述的高增益随钻电阻率信号接收装置，其特征在于，
所述信号接收模块包括转换变压器、第一电容，其中所述转换变压器的主边的一端通过所述连接线连接到所述接收电极，所述转换变压器的主边的另一端接地，所述第一电容与所述转换变压器的从边的一端相连，所述转换变压器的从边的另一端接地，以实现电阻率信号从电流到电压的转换。
5.如权利要求4所述的高增益随钻电阻率信号接收装置，其特征在于，
所述前级放大模块包括低噪声放大器、第一电阻、第二电容；其中，所述第一电阻和所述第二电容并联，并联后的一端连接到所述低噪声放大器的负输入端，另一端连接所述低噪声放大器的输出端，所述低噪声放大器的正输入端接地。
6.如权利要求5所述的高增益随钻电阻率信号接收装置，其特征在于，
所述滤波放大模块包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二电容、第三电容、高增益放大器；其中，所述第二电阻的一端、所述第三电阻的一端、所述第二电容的一端、所述第三电容的一端相连接在一起，所述第二电容的一端、所述第三电阻的一端、所述第五电阻的一端、所述第二电容的一端相连接并连接到地，所述第二电容的另一端、所述第四电阻的另一端、所述高增益放大器的正输入相连接在一起，所述第五电阻的另一端、所述第六电阻的一端、所述高增益放大器的负输入相连接在一起，所述第三电阻的另一端、所述第六电阻的另一端、所述高增益放大器的输出相连接在一起。
7.如权利要求6所述的高增益随钻电阻率信号接收装置，其特征在于，
所述可编程放大器包含两个输入控制端，低位控制端和高位控制端，通过在两个输入控制端加上不同的高低电平，以配置可编程放大器的放大倍数。
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