CN112302624A - 一种井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪及其运行方法 - Google Patents

一种井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪及运行方法，包括电子线路和电磁探头；其中电子线路包括DSP控制及采集电路、发射电路、接收电路和为电子线路内的各电路供电的电源电路，另一路包括匹配电路，与匹配电路电连接的前置加法放大电路，与前置加法放大电路电连接的多通道放大电路，电磁探头包括芯棒，在芯棒的中心位置安装内部不加磁芯的发射线圈，在芯棒的两端各安装一个内部有磁芯的接收线圈。本发明所公开井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，采用集成的智能功率模块作为桥功率变换电路，其内部将发射驱动电路、功放电路、过流、过压、欠压和过热保护电路集成在一起，形式简单易控。

Description

一种井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪及其运行方法
技术领域
本发明属于测井仪器领域，特别涉及该领域中的一种井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪及其运行方法。
背景技术
现有成熟的过套管电阻率测量技术主要使用电极法，电极法过套管电阻率测井仪器基于传输线方程，通过测量套管壁上的二次电位差实现过套管地层电阻率的获取。然而，电极法测井有很大局限性：仪器测井前需要井下作业洗井；测井过程采用点测，一个深度点测量要经历液压系统的加压、泄压等过程，测井时间较长；仪器探针昂贵，测井过程容易磨损，后期维护费用高；遇到套管变形、腐蚀等较为严重情况时，推靠后电极与套管接触不良，测井数据不佳等，这些局限性也限制了其在油田的进一步推广。
瞬变电磁测井基于法拉第电磁感应定律，利用接收线圈实现纯地层二次场信号的测量。使用瞬变电磁法进行过套管地层电阻率测量，摆脱了井下推靠系统，大大降低了对井筒条件及井深结构的苛刻要求，测试过程可以均匀地控制测井速度，实现连续测量。因此，将瞬变电磁应用于过套管测井开展剩余油检测具有较好的应用前景。目前，在地面瞬变电磁、航空瞬变电磁、海洋瞬变电磁等领域理论方法和硬件产品都有大量研究，也逐渐趋于成熟。而瞬变过套管电阻率测井仍属于前沿性项目的研究，极少涉及，不论在硬件电路设计，还是在理论方法、反演解释处理方法上都具有一定难度和挑战性，但是应用前景很好，市面上存在的井中瞬变电磁设备，如Geonics公司的BH43-3是将接收线圈作为传感器布置在钻孔中，发射线圈和发射机布置在钻井周围，在发射机向地下发射一次场时，布置在钻孔中的传感器沿井中上、下顺序移动，接收来自在钻孔周围介质中激发的瞬变场信号，并非井中发射井中接收。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪及其运行方法。
本发明采用如下技术方案：
一种井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，其改进之处在于：包括电子线路和电磁探头；其中电子线路包括DSP控制及采集电路、发射电路、接收电路和为电子线路内的各电路供电的电源电路，DSP控制及采集电路包括两路PWM方波信号输出接口，SPI接口，McBSP接口和CAN总线接口，发射电路包括与上述两路PWM方波信号输出接口电连接的隔离电路、与隔离电路电连接的逻辑控制电路，与逻辑控制电路电连接的功率桥路，接收电路有两路，一路包括匹配电路，与匹配电路电连接的前置减法放大电路，与前置减法放大电路电连接的多通道放大电路，与多通道放大电路电连接的AD采集电路，与AD采集电路电连接的SPI隔离电路，SPI隔离电路与上述SPI接口电连接，另一路包括匹配电路，与匹配电路电连接的前置加法放大电路，与前置加法放大电路电连接的多通道放大电路，与多通道放大电路电连接的AD采集电路，与AD采集电路电连接的SPI隔离电路，SPI隔离电路与上述McBSP接口电连接，电磁探头包括芯棒，在芯棒的中心位置安装内部不加磁芯的发射线圈，在芯棒的两端各安装一个内部有磁芯的接收线圈，这两个接收线圈组合成一组后与跟前置减法放大电路电连接的匹配电路电连接，在芯棒的两端和中心之间各安装一个内部不加磁芯的接收线圈，这两个接收线圈组合成一组后与跟前置加法放大电路电连接的匹配电路电连接。
进一步的，DSP控制及采集电路还包括两个ADC接口，发射电路的功率桥路通过温度测量电路与一个ADC接口电连接，通过电流取样电路与另一个ADC接口电连接。
进一步的，DSP控制及采集电路还包括一个eCAP接口，发射电路的逻辑控制电路通过同步电路与eCAP接口电连接。
进一步的，发射电路中的隔离电路为磁耦隔离电路。
进一步的，DSP控制及采集电路还包括一个GPIO接口，接收电路中的两路AD采集电路均与GPIO接口电连接。
进一步的，功率桥路采用集成的智能功率模块，包括发射驱动电路、功放电路、过流、过压、欠压和过热保护电路。
进一步的，所述的电源电路为DC/DC电源电路。
一种运行方法，适用于上述的井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，其改进之处在于：DSP控制及采集电路发送逻辑方波，控制发射电路，发射电路通过功率桥路，将逻辑方波信号转换为双极性方波信号，并通过电磁探头产生一次场以激发二次场；接收电路通过电磁探头获取二次场，经过信号调理将模拟信号转换为数字信号，再经过数据滤波、抽样，最终通过DSP控制及采集电路的CAN总线接口传送到外部遥测单元。
本发明的有益效果是：
本发明所公开井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，放弃传统复杂的发射电路形式，采用集成的智能功率模块作为桥功率变换电路（功率桥路），其内部将发射驱动电路、功放电路、过流、过压、欠压和过热保护电路集成在一起，形式简单易控。使用DSP控制及采集电路产生两路PWM方波信号，经过磁耦隔离电路，使得发射电路中低压信号与高压发射信号隔离开，有效地保护电路。瞬变场过套管信号为低频信号，接收电路采用了斩波调制放大技术，将幅度较小的直流信号或慢变信号通过斩波器变换成交流信号后，再进行放大和处理，之后再进行解调和低通滤波，以得到放大了的被测信号，能够有效降低低频处的1/f噪声对接收信号产生的干扰，增强了电路对噪声的抑制能力，提高了接收信号的信噪比。采用斩波调制和多通道放大电路解决了单一放大电路容易饱和和失真的问题，使得接收电路的动态范围得到增大。电路设计中采用全隔离形式，即发射电路与接收电路供电隔离、各接收通道供电隔离、AD采集电路与DSP控制及采集电路之间通过专用的SPI隔离电路隔离，能够最大程度的降低电路噪声对接收信号的干扰，有效提高接收信号信噪比。
本发明所公开的运行方法，探测精度高并可实现井中发射井中接收。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开瞬变过套管电阻率仪的总体框图。
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，以下结合附图和实施例，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。
实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，包括电子线路和电磁探头5；其中电子线路包括DSP控制及采集电路1、发射电路2、接收电路3和为电子线路内的各电路供电的电源电路4，DSP控制及采集电路包括两路PWM方波信号输出接口，SPI接口，McBSP接口和CAN总线接口，发射电路包括与上述两路PWM方波信号输出接口电连接的隔离电路、与隔离电路电连接的逻辑控制电路，与逻辑控制电路电连接的功率桥路，接收电路有两路，一路包括匹配电路，与匹配电路电连接的前置减法放大电路，与前置减法放大电路电连接的多通道放大电路，与多通道放大电路电连接的AD采集电路，与AD采集电路电连接的SPI隔离电路，SPI隔离电路与上述SPI接口电连接，另一路包括匹配电路，与匹配电路电连接的前置加法放大电路，与前置加法放大电路电连接的多通道放大电路，与多通道放大电路电连接的AD采集电路，与AD采集电路电连接的SPI隔离电路，SPI隔离电路与上述McBSP接口电连接，电磁探头包括芯棒，在芯棒的中心位置安装内部不加磁芯的发射线圈，在芯棒的两端各安装一个内部有磁芯的接收线圈，这两个接收线圈组合成一组后与跟前置减法放大电路电连接的匹配电路电连接，在芯棒的两端和中心之间各安装一个内部不加磁芯的接收线圈，这两个接收线圈组合成一组后与跟前置加法放大电路电连接的匹配电路电连接。即：电磁探头部分包含一组发射线圈和2组接收线圈（一发两收），发射线圈与接收线圈同轴共芯，发射线圈位于芯棒的中心位置，与接收线圈形成中心对称形式。发射线圈（A1A2）内部不加磁芯，接收线圈分为两端（C1C0，C0C2）组合为一组后进入前置减法放大电路，内部有磁芯；中间（B1B0，B0B2）组合为一组后进入前置加法放大电路，内部不加磁芯。
在本实施例中，DSP控制及采集电路还包括两个ADC接口，发射电路的功率桥路通过温度测量电路与一个ADC接口电连接，通过电流取样电路与另一个ADC接口电连接。
DSP控制及采集电路还包括一个eCAP接口，发射电路的逻辑控制电路通过同步电路与eCAP接口电连接。
发射电路中的隔离电路为磁耦隔离电路。
DSP控制及采集电路还包括一个GPIO接口，接收电路中的两路AD采集电路均与GPIO接口电连接。
功率桥路采用集成的智能功率模块，包括发射驱动电路、功放电路、过流、过压、欠压和过热保护电路。
所述的电源电路为DC/DC电源电路。
本实施例还公开了一种运行方法，适用于上述的井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪：DSP控制及采集电路发送逻辑方波，控制发射电路，发射电路通过功率桥路，将逻辑方波信号转换为双极性方波信号，并通过电磁探头产生一次场以激发二次场；接收电路通过电磁探头获取二次场，经过信号调理将模拟信号转换为数字信号，再经过数据滤波、抽样，最终通过DSP控制及采集电路的CAN总线接口传送到外部遥测单元。

Claims (8)

1.一种井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，其特征在于：包括电子线路和电磁探头；其中电子线路包括DSP控制及采集电路、发射电路、接收电路和为电子线路内的各电路供电的电源电路，DSP控制及采集电路包括两路PWM方波信号输出接口，SPI接口，McBSP接口和CAN总线接口，发射电路包括与上述两路PWM方波信号输出接口电连接的隔离电路、与隔离电路电连接的逻辑控制电路，与逻辑控制电路电连接的功率桥路，接收电路有两路，一路包括匹配电路，与匹配电路电连接的前置减法放大电路，与前置减法放大电路电连接的多通道放大电路，与多通道放大电路电连接的AD采集电路，与AD采集电路电连接的SPI隔离电路，SPI隔离电路与上述SPI接口电连接，另一路包括匹配电路，与匹配电路电连接的前置加法放大电路，与前置加法放大电路电连接的多通道放大电路，与多通道放大电路电连接的AD采集电路，与AD采集电路电连接的SPI隔离电路，SPI隔离电路与上述McBSP接口电连接，电磁探头包括芯棒，在芯棒的中心位置安装内部不加磁芯的发射线圈，在芯棒的两端各安装一个内部有磁芯的接收线圈，这两个接收线圈组合成一组后与跟前置减法放大电路电连接的匹配电路电连接，在芯棒的两端和中心之间各安装一个内部不加磁芯的接收线圈，这两个接收线圈组合成一组后与跟前置加法放大电路电连接的匹配电路电连接。
2.根据权利要求1所述井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，其特征在于：DSP控制及采集电路还包括两个ADC接口，发射电路的功率桥路通过温度测量电路与一个ADC接口电连接，通过电流取样电路与另一个ADC接口电连接。
3.根据权利要求1所述井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，其特征在于：DSP控制及采集电路还包括一个eCAP接口，发射电路的逻辑控制电路通过同步电路与eCAP接口电连接。
4.根据权利要求1所述井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，其特征在于：发射电路中的隔离电路为磁耦隔离电路。
5.根据权利要求1所述井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，其特征在于：DSP控制及采集电路还包括一个GPIO接口，接收电路中的两路AD采集电路均与GPIO接口电连接。
6.根据权利要求1所述井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，其特征在于：功率桥路采用集成的智能功率模块，包括发射驱动电路、功放电路、过流、过压、欠压和过热保护电路。
7.根据权利要求1所述井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，其特征在于：所述的电源电路为DC/DC电源电路。
8.一种运行方法，适用于权利要求1所述的井中发射井中接收的瞬变过套管电阻率仪，其特征在于：DSP控制及采集电路发送逻辑方波，控制发射电路，发射电路通过功率桥路，将逻辑方波信号转换为双极性方波信号，并通过电磁探头产生一次场以激发二次场；接收电路通过电磁探头获取二次场，经过信号调理将模拟信号转换为数字信号，再经过数据滤波、抽样，最终通过DSP控制及采集电路的CAN总线接口传送到外部遥测单元。
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