CN111502645A - 一种推靠式声波测井接收探头 - Google Patents
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Abstract
本发明针对无法准确采集首波的问题，提供一种推靠式声波测井接收探头，该探头由低压电源转换模块、井下声波通讯与存储模块、声波处理模块、声波采集模块、声波接收模块组成；实现了远距离声波测井中反射波的接收与采集，得到远处地层岩石物理特性；具有更好的耐压性、耐温性。
Description
技术领域
本发明涉及矿场地球物理技术领域，提供一种推靠式声波测井接收探头。
背景技术
传统的声波反射波测井接收探头，均以居中测量为主，发射与接收之间采用结构复杂的隔声结构，该仪器的特点是在井眼较为规则、地层岩性致密的情况下才能正确地采集到沿井壁传播的表面滑行波，进而与之后采集到的反射波进行比较，然后计算确定反射波的方位、强度等信息，为地层评价提供有力的参数。但是这些仪器在井眼不规则和疏松地层中，首波较弱和存在多峰，因此由于无法准确采集首波，难以得到可靠的滑行直达波，也就难以确定和计算反射波。
发明内容
针对背景技术中的不足，本发明的目的是为了完成远距离声波测井中反射波的接收与采集，得到远处地层岩石物理特性，提供一种推靠式声波测井接收探头，其技术方案如下：
一种推靠式声波测井接收探头，该探头由低压电源转换模块、井下声波通讯与存储模块、声波处理模块、声波采集模块、声波接收模块组成；
所述声波接收模块由伺服控制机构、多个推靠臂、及位于推靠臂上的极板组成，接收换能器及前置放大模块位于极板内，负责声波信号的接收；
所述低压电源转换模块提供该探头所需的低压直流电；
所述井下声波通讯与存储模块负责声波探头与地面系统之间的通讯及井下声波数据的实时存储；
所述声波处理模块负责把来自声波采集模块的声波数据进行整理、合并、打包送入井下声波通讯与存储模块；
所述声波采集模块负责把来自接收模块的声波数据进行采集，然后传入声波处理模块。
进一步的，所述低压电源转换模块用于将来自地面系统的高压电转换成5V~12V低压直流电，给井下声波通讯与存储模块、声波处理模块、声波采集模块、声波接收模块供电。
进一步的，所述接收换能器接收频率范围为0-35kHz。
进一步的，所述推靠臂由声波推靠器通过伺服控制机构控制。
进一步的，所述极板紧贴推靠臂。
进一步的，所述极板中注有粘稠状的电绝缘密封液体。
进一步的，一种推靠式声波测井接收探头的使用方法，该探头有两路电源，一路为接收探头的低压供电部分由低压电源转换模块提供，一路高压电用于马达伺服机构控制推靠器开收腿，使接收换能器贴近井壁测量来自地层的声波信号；地面下发指令达到接收探头，由井下声波通讯与存储模块对下发的指令进行解码，解码后通知声波处理模块，由声波处理模块生成马达伺服控制、发射控制与声波信号采集逻辑，其中马达伺服控制逻辑发至接收模块中的伺服控制机构，由伺服机构控制推靠器把多个位于推靠臂上的接收换能器推向井壁；声波信号采集逻辑由声波处理模块发送至声波采集模块，声波采集模块根据声波处理模块的控制逻辑，控制声波接收模块实施对声波信号的采集、接收与前置放大；发射控制逻辑则送至声波发射探头。
进一步的上述方案包括：所述接收换能器对接收到的声波信号采用两路并行采样，一路采用低增益程控采样方式，完成波形所有时段的采集，另一路采用时控增益采样方式进行，开始时选择较低增益方式进行井孔模式波的采集，后续采用高增益方式进行反射波的采集。
本发明的有益效果是：本发明能够完成远离井眼100米范围声波反射波的测量，井下仪器耐温175摄氏度，耐压140MPa。
附图说明
图1是接收探头结构图；
图2是推靠臂结构图；
图3是信号处理流程图。
具体实施方式
以下为本发明优选的实施方式：
根据附图1，该结构包括：低压电源转换模块1、井下声波通讯与存储模块2、声波处理模块3、声波采集模块4、声波接收模块5五个部分组成；
所述低压电源转换模块1负责接收探头的低压直流供电；该模块把来自地面系统的高压电转换成+5V、+/-12V低压直流电，稳压、滤波后，给井下声波通讯与存储模块2、声波处理模块3、声波采集模块4、声波接收模块5供给低压电。
所述井下声波通讯与存储模块2负责声波探头与地面系统之间的通讯及井下声波数据的实时存储；该模块包括通讯接口电路21与数据实时存储电路22两个部分，其中通讯接口电路21一方面负责把来自地面系统的指令进行解调，把解调结果发给声波处理模块3，一方面声波处理模块3把声波数据发给通讯接口电路21和数据实时存储电路22，由通讯接口电路21调制后发送给地面系统，实时存储电路22由ARM单片机按时间索引并行存储在井下大容量flash存储器中。
所述声波处理模块3由一块16位DSP、一块百万门FPGA及相关辅助电路组成，一方面负责接收来自井下声波通讯与存储模块2中通讯接口电路21解调后的指令或数据，对这些指令或数据进行解释，根据解释结果，确定探头的开收腿、数据如何采集等内容。另一方面负责把来自声波采集模块4的声波数据进行整理、合并、打包、压缩送入井下声波通讯与存储模块2中通讯接口电路21上传地面系统，同时实时存储电路22进行并行井下存储。其中开收腿指令解释后经电平转换芯片驱动后发送至声波接收模块5中的伺服控制机构进行开收腿。
根据附图3，所述声波采集模块4负责把来自接收模块5的声波数据进行程控增益放大、采集、取样积分、数字滤波，然后传入声波处理模块3。声波信号采集过程中为有效保证信号采集的精度和可靠性，仪器在采集模块中采用一种并行时控增益的程控放大技术，对来自声波接收模块5中极板57的声波信号采用不同时间不同增益的放大方式进行采样，采样时两路并行采样，一路41采用低增益程控采样方式，保证完成波形所有时段的采集，另一路42采用时控增益采样方式进行，开始时选择较低增益方式进行井孔模式波的采集，后来采用高增益方式进行反射波的采集，以保证微弱反射波信号的采样精度。
根据附图1、附图2，所述声波接收模块5由伺服控制机构、推靠臂52、及位于推靠臂上的极板57组成，接收换能器53及前置放大模块54位于极板57内，接收换能器53接收来自地层的声波信号，并由前置放大模块54进行放大与滤波；伺服控制机构由马达56、驱动丝杠55、推靠固定块58、50、支撑钢柱59、限位开关51组成，马达56通过驱动丝杆55旋转推动推靠固定块58带动多个推靠臂52及极板57张开和闭合，使极板贴近或离开井壁。推靠固定块50位于两个限位开关51之间，其移动行程受限位开关51的控制，当推靠固定块50碰到限位开关51，马达将自动断电，开收腿过程将终止。
通过测井用标准7芯电缆把推靠式声波测井接收探头置于井下目的层接收来自地层的声波反射波与部分井孔中的模式波；地面测井系统通过7芯电缆给井下声波接收探头供电和进行数据通讯。经7芯电缆供给接收探头的高压电，一路由声波接收探头中的低压电源转换模块转换成各种低压直流电，给井下声波通讯与存储模块、声波处理模块、声波采集模块、声波接收模块供给低压电。一路供给声波接收模块中的伺服控制机构用于推靠臂收开腿，使极板紧贴井壁用于测量声波信号。地面系统下发测量参数与指令经7芯电缆到达井下声波通讯与存储模块中的通讯接口电路，通讯接口电路把来自地面系统的测量参数与指令进行解调，把解调结果发给声波处理模块，声波处理模块对这些测量参数与指令进行解释，根据解释结果，确定探头的下一步工作。其中一种指令形成开收腿指令，由声波处理模块驱动后发送至声波接收模块中的伺服控制机构，伺服机构在上述高压电供给下控制马达通过驱动丝杆旋转推动推靠固定块带动多个推靠臂及极板张开和收合，使极板贴近或离开井壁。一种参数与指令用于采集控制，极板贴井壁后，采集参数通过声波处理模块发送至声波采集模块，开始进行声波数据的采集。
采集时极板贴井壁，来自地层的声波反射波信号被极板中的接收换能器接收，之后由极板中的前置放大模块放大后，传入声波采集模块，采集模块首先对声波数据进行程控增益放大，程控增益放大采用并行时控增益的放大技术，声波信号采用不同时间不同增益的放大方式进行，放大时两路同时进行，一路采用低增益程控方式，一路采用时控增益方式，信号程控放大后由采集电路进行数字化，把模拟信号转换成数字信号，之后根据地面系统下传的测量参数，选择性进行取样积分、数字滤波等声波波形优化计算，然后传入声波处理模块。声波处理模块对来自声波采集模块的声波数据进行整理、合并、压缩、打包，一部分送入井下声波通讯与存储模块中通讯接口电路编码调制后上传地面系统，一部分送入实时存储电路进行井下并行存储。
Claims (8)
1.一种推靠式声波测井接收探头，其特征是：该探头由低压电源转换模块、井下声波通讯与存储模块、声波处理模块、声波采集模块、声波接收模块组成；
所述声波接收模块由伺服控制机构、多个推靠臂、及位于推靠臂上的极板组成，接收换能器及前置放大模块位于极板内，负责声波信号的接收；
所述低压电源转换模块提供该探头所需的低压直流电；
所述井下声波通讯与存储模块负责声波探头与地面系统之间的通讯及井下声波数据的实时存储；
所述声波处理模块负责把来自声波采集模块的声波数据进行整理、合并、打包送入井下声波通讯与存储模块；
所述声波采集模块负责把来自接收模块的声波数据进行采集，然后传入声波处理模块。
2.根据权利要求1所述的推靠式声波测井接收探头，其特征是：所述低压电源转换模块用于将来自地面系统的高压电转换成5V~12V低压直流电，给井下声波通讯与存储模块、声波处理模块、声波采集模块、声波接收模块供电。
3.根据权利要求1所述的推靠式声波测井接收探头，其特征是：所述接收换能器接收频率范围为0-35kHz。
4.根据权利要求1所述的推靠式声波测井接收探头，其特征是：所述推靠臂由声波推靠器通过伺服控制机构控制。
5.根据权利要求1所述的推靠式声波测井接收探头，其特征是：所述极板紧贴推靠臂。
6.根据权利要求1-5任一所述的推靠式声波测井接收探头，其特征是：所述极板中注有粘稠状的电绝缘密封液体。
7.一种权利要求6任一所述的推靠式声波测井接收探头的使用方法，其特征是：该探头有两路电源，一路为接收探头的低压供电部分由低压电源转换模块提供，一路高压电用于马达伺服机构控制推靠器开收腿，使接收换能器贴近井壁测量来自地层的声波信号；地面下发指令达到接收探头，由井下声波通讯与存储模块对下发的指令进行解码，解码后通知声波处理模块，由声波处理模块生成马达伺服控制、发射控制与声波信号采集逻辑，其中马达伺服控制逻辑发至接收模块中的伺服控制机构，由伺服机构控制推靠器把多个位于推靠臂上的接收换能器推向井壁；声波信号采集逻辑由声波处理模块发送至声波采集模块，声波采集模块根据声波处理模块的控制逻辑，控制声波接收模块实施对声波信号的采集、接收与前置放大；发射控制逻辑则送至声波发射探头。
8.根据权利要求7所述的推靠式声波测井接收探头的使用方法，其特征是：所述接收换能器对接收到的声波信号采用两路并行采样，一路采用低增益程控采样方式，完成波形所有时段的采集，另一路采用时控增益采样方式进行，开始时选择较低增益方式进行井孔模式波的采集，后续采用高增益方式进行反射波的采集。
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