CN201794584U - 三组合测井仪 - Google Patents

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邹岳元
梁大黎
叶顶胜
王晓娟
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Abstract

本实用新型公开了一种三组合测井仪,包括逻辑控制电路和分别与逻辑控制电路连接的信号通道电路、自然伽玛高压电源电路、自然伽玛测量电路;逻辑控制电路在声波逻辑信号的控制下,产生各种控制方波和同步触发脉冲,并将输入的不规则的自然伽玛脉冲进行整形,输出规则的自然伽玛脉冲;信号通道电路将接收到的两路信号分时成一路信号,并形成完整的组合信号;自然伽玛高压电源电路将输入电压调整后输出;自然伽玛测量电路将自然伽玛信号处理为幅度相同、宽度不同的电脉冲后输出。本实用新型能同时测量套管节箍、自然伽马和声波变密度,提高了测井施工实效,能对表层大套管(Φ330mm)的固井质量进行有效的检测。

Description

三组合测井仪
技术领域
本实用新型涉及一种油气井测井仪器,尤其涉及一种三组合测井仪,主要用于对固井质量进行检测。
背景技术
目前各石油勘探公司对油气井的固井质量非常重视,皆要求用测井方法检查固井质量。在所有检测套管井固井质量的测井方法中,采用声学原理类的仪器是当今世界上较完善的测井方法。变密度测井仪应用声学原理反映水泥环胶结质量,是一种常规仪器。
例如,中国专利号“200920034959.1”公开了一种数字声波和变密度综合测井仪,其申请日为2009.10.12,授权公告日为2010.8.18,其既可以进行声波时差法测井,又可以对固井质量进行测井,包括两个发射晶体,发射晶体下方为四个接收晶体,发射晶体间距为15毫米,中间为隔声体。接收探头的间距分别为8英寸,第一个接收晶体据发射晶体的距离为3英尺,第四个接收晶体距发射晶体的距离为5英尺。发射晶体和接收晶体由皮囊包装,并由硅油充满。另外,中国专利申请号“200810224566.7”公开了一种新型声系阵列结构的声波测井仪器,其申请日为2008.10.12,公开日为2009.3.25,包括基座,该基座包括接收区和发射区,在接收区依次等间距排列有5个接收换能器,在发射区设置有1个发射换能器,在所述发射区还设置有驱动所述发射换能器的高压脉冲激励部。
但上述测井仪还存在如下不足:一、对表层大套管固井质量的检测资料质量太差,不能有效的解释表层大套管固井质量,一次测量的数据较单一,效率较低。二、仪器体积较大,导致仪器可靠性和稳定性不佳,且制造成本高,仪器维修不便。三、整个系统响应速度慢,精度不高,抗干扰能力较弱。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有测井仪存在的上述问题,提供一种三组合测井仪,本实用新型能同时测量套管节箍、自然伽马和声波变密度,提高了测井施工实效,能对表层大套管(Φ330mm)的固井质量进行有效的检测。
为实现上述目的,本实用新型采用的技术方案如下
一种三组合测井仪,其特征在于:包括逻辑控制电路和分别与逻辑控制电路连接的信号通道电路、自然伽玛高压电源电路、自然伽玛测量电路;
所述逻辑控制电路在声波逻辑信号的控制下,产生各种控制方波和同步触发脉冲,并将输入的不规则的自然伽玛脉冲进行整形,输出规则的自然伽玛脉冲;
所述信号通道电路将接收到的两路信号分时成一路信号,并形成完整的组合信号;
所述自然伽玛高压电源电路将输入电压调整后输出;
所述自然伽玛测量电路将自然伽玛信号处理为幅度相同、宽度不同的电脉冲后输出。
所述逻辑控制电路包括逻辑恢复电路、逻辑数据控制中心、自然伽马信号输出电路、低压电源滤波电路和发射控制电路;
所述逻辑恢复电路对声波逻辑信号进行整形、抗干扰和恢复处理后,发送到逻辑数据控制中心;
所述逻辑数据控制中心产生选通门和控制方波、发射触发脉冲信号和同步信号,并将输入的间隔不规则的自然伽玛脉冲进行补偿计数,然后在规定的时间内输出间隔规则的自然伽玛脉冲信号后,直接发送给地面;
所述自然伽马信号输出电路处理逻辑数据控制中心输出的伽玛计数脉冲后输出;
所述低压电源滤波电路将电压处理后提供给逻辑数据控制中心;
所述发射控制电路控制发射晶体的发声。
所述信号通道电路包括信号输入电路、前放及线性刻度电路、发射干扰抑制和同步脉冲产生电路、求和放大器及功放输出电路;
所述信号输入电路将发发射晶体产生的信号输入接收晶体;
所述前放及线性刻度电路所述前放电路和线性刻度电路,前放电路将声波信号放大后发送到线性刻度电路,线性刻度电路控制声波信号递减后输出;
所述发射干扰抑制和同步脉冲产生电路将声波信号上的发射干扰信号滤除掉,并产生同步脉冲信号;
所述求和放大器及功放输出电路将声波信号和同步脉冲信号进行混合叠加成一路信号后输出。
所述逻辑数据控制中心为可编程逻辑器件CPLD。
采用本实用新型的优点在于:
一、本实用新型能同时测量套管节箍、自然伽马和声波变密度,提高了测井施工实效,能对表层大套管(Φ330mm)的固井质量进行有效的检测。
二、本实用新型增大了发射功率,并且采用可编程逻辑器件(CPLD)和模块化设计使仪器体积缩小提高了仪器可靠性和稳定性,且仪器维修方便,同时降低了制造成本。
三、本实用新型设计合理,使用方便,仪器具有高可靠性、高稳定性和易维修,解决了对表层大套管固井质量的检测资料质量太差,不能有效的解释表层大套管固井质量的难题。
四、本实用新型的逻辑数据控制中心的运行程序采用全并行结构来够架,使得对各个信号的控制全并行操作,整个系统具有响应速度快、精度高等优点;在PCB布线中采用全屏蔽抗干扰设计,使得系统具有抗干扰能力强的优点。
附图说明
图1为本实用新型工作原理示意图
图2为本实用新型电路结构示意图
具体实施方式
一种三组合测井仪,其特征在于:包括逻辑控制电路和分别与逻辑控制电路连接的信号通道电路、自然伽玛高压电源电路、自然伽玛测量电路;
所述逻辑控制电路在声波逻辑信号的控制下,产生各种控制方波和同步触发脉冲,并将输入的不规则的自然伽玛脉冲进行整形,输出规则的自然伽玛脉冲;
所述信号通道电路将接收到的两路信号分时成一路信号,并形成完整的组合信号;
所述自然伽玛高压电源电路将输入电压调整后输出;
所述自然伽玛测量电路将自然伽玛信号处理为幅度相同、宽度不同的电脉冲后输出。
所述逻辑控制电路包括逻辑恢复电路、逻辑数据控制中心、自然伽马信号输出电路、低压电源滤波电路和发射控制电路;
所述逻辑恢复电路对声波逻辑信号进行整形、抗干扰和恢复处理后,发送到逻辑数据控制中心;
所述逻辑数据控制中心产生选通门和控制方波、发射触发脉冲信号和同步信号,并将输入的间隔不规则的自然伽玛脉冲进行补偿计数,然后在规定的时间内输出间隔规则的自然伽玛脉冲信号后,直接发送给地面;
所述自然伽马信号输出电路处理逻辑数据控制中心输出的伽玛计数脉冲后输出;
所述低压电源滤波电路将电压处理后提供给逻辑数据控制中心;
所述发射控制电路控制发射晶体的发声。
所述信号通道电路包括信号输入电路、前放及线性刻度电路、发射干扰抑制和同步脉冲产生电路、求和放大器及功放输出电路;
所述信号输入电路将发发射晶体产生的信号输入接收晶体;
所述前放及线性刻度电路所述前放电路和线性刻度电路,前放电路将声波信号放大后发送到线性刻度电路,线性刻度电路控制声波信号递减后输出;
所述发射干扰抑制和同步脉冲产生电路将声波信号上的发射干扰信号滤除掉,并产生同步脉冲信号;
所述求和放大器及功放输出电路将声波信号和同步脉冲信号进行混合叠加成一路信号后输出。
所述逻辑数据控制中心为可编程逻辑器件CPLD。
以下对本实用新型作具体说明:
逻辑控制电路
逻辑控制电路部分的功能是:在声波逻辑信号的控制下,产生各种控制方波和同步触发脉冲,其中包括:3/5英尺的选通方波、CBL选通方波、同步标志脉冲和发射触发脉冲,并能将输入的不规则的自然伽玛脉冲进行整形,输出规则的自然伽玛脉冲。
逻辑恢复电路
逻辑恢复电路3D1(QQ302)是一个厚膜功能模块。由于地面数控送下来的声波逻辑信号,在经过电缆后,会造成失真,会产生干扰,所以要对声波逻辑信号进行整形、抗干扰处理和全面的恢复,而能起到此作用的就是逻辑恢复电路模块3D1(QQ302)。经过3D1恢复出来的TL逻辑信号和RL逻辑信号经过电压转换后送到逻辑数据控制中心,作为逻辑控制中心的状态转换信号。
逻辑数据控制中心
逻辑数据控制中心3D7(EPM570)是一个可编程逻辑器件,它在声波逻辑信号的控制下,能产生一系列的选通门和控制方波:CBL选通门1、CBL选通门2、3/5CTL选通门和声波逻辑发射干扰抑制门(20ms);也能产生发射触发脉冲信号和同步信号S1、同步信号S2;并且能将输入的间隔不规则的自然伽玛脉冲进行补偿计数,然后在规定的时间内输出间隔规则的自然伽玛脉冲信号,此脉冲信号通过功率驱动直接送给地面。3D3为逻辑数据控制中心提供4MHZ的时钟信号,所以逻辑数据控制中心能以0.25us的控制精度控制整个系统。
逻辑数据控制中心的运行程序采用全并行结构来够架,使得对各个信号的控制全并行操作,整个系统具有响应速度快、精度高等优点;在PCB布线中采用全屏蔽抗干扰设计,使得系统具有抗干扰能力强的优点。
自然伽马信号输出电路
由逻辑数据控制中心输出的伽玛计数脉冲,送到3N1进行线性放大,然后再送到3N2(TD823)进行功率驱动。经功率驱动后的自然伽玛信号通过3C7,再通过3T1、3R16和3C19组成的电缆匹配电路后送到2#和5#缆芯。
低压电源滤波电路
由低压电源电路提供的+5V电压经3D4(1117M3)转换后得到+3.3V电压,然后经3C1和3C4滤波后提供给逻辑数据控制中心。+12V电源的滤波是由3L1、3C3和3C6组成;-12V电源的滤波是由3L2、3C2和3C5组成。
发射控制电路
发射控制电路主要是用发射触发脉冲来控制VMOS管8V1(IRF460)的导通与截止,从而来控制发射晶体的发声。在发射脉冲没有到来时,8V1截止,T2的初级没有电流流过,发射晶体T不发声,+150V的发射高压通过2R4对储能电容C1、C2进行充电储能,当发射脉冲到来时,8V1导通,C1、C2通过T2的初级、8V1的D级、S级对地进行放电,T2的初级有电流流过,则在T2的次级形成高压脉冲,触发发射晶体T发声。依次循环,则发射晶体就可以发出“嗒-嗒-嗒”的响声。
信号通道电路
由3英尺接收晶体和5英尺接收晶体接收到的声波信号送到信号选择电路,信号选择电路在3/5CTL选通方波的控制下,将两路信号分时成一路信号,送给主放大电路,经放大后的信号又送到线性刻度电路,在外触发脉冲的控制下,可进行线性刻度(60%衰减量)。通过线性刻度电路的声波信号和同步标志脉冲一同送入求和放大器,形成完整的一系列组合信号,此信号经功放驱动后送至7#缆芯。
信号输入电路
声系的接收晶体是两个压电陶瓷晶体,在接收到发射晶体发出的“嗒嗒”声后,通过压电效应,将接收到的音频信号转换为电压信号,并送入具有差动输入的四选一电子开关4D1(DG509)。在此,将两路声波信号,在3/5CTL选通门的控制下,分时为一路声波信号,其分时格式:3’-5’-5’-3’。经分时后的单路声波信号送到阻抗变换器4T1的初级,在此经过阻抗匹配后再由4T1次级送给前放电路。
前放及线性刻度电路
前放电路是由4N1(LM118)及外围的4R7、4R8、4R9、4C2组成,其中4R9是前放的反馈电阻,用来调节前放的增益,4C2是消振电容。经过放大的声波信号即进入了线性刻度电路。线性刻度电路由4D2(QQ301)及外围元件4V1、4V2、4R10、4R11、4R12、4R13、4R14、4R15、4R16等组成。由地面电源变压器中心抽头对地送下来的高压脉冲,通过电缆传输后,在井下电源变压器T1的中心抽头对地得到一高压脉冲,经4R10、4R11分压后,再经4V1、4V2降压,然后送入线性刻度模块4D2(QQ301),在刻度高压脉冲的控制下,声波信号以60%的递减率递减,共分六级刻度值(第六、七挡归零),输出通过射极跟随器进行隔离后送达后续电路。
发射干扰抑制和同步脉冲产生电路
该部分电路的作用是将声波信号基线上的发射干扰信号滤除掉,并产生同步脉冲信号,该部分电路是由4D3(AD7510)、4N2(TL082)及外围电路组成,4D3(AD7510)是一个具有四组合电子开关的单片集成电路,在CBL选通门到来时,4D3的C组电子开关闭合,A组电子开关断开,则声波信号可以传送过来;当CBL选通门没有到来时,则4D3的C组电子开关断开,A组电子开关闭合,则输入到求和放大器的信号接地,由于CBL选通门是在发射开始后延时一段时间才产生的,这样,就抑制掉了发射干扰信号。
来自逻辑控制电路板的两个同步脉冲S1和S2,分别送到4D3的D组和B组电子开关的控制端,来控制+12V和-12V电平的导通和截止,从而在4TP5处得到了我们所需的双极性的同步脉冲,此脉冲经射随器4N2A(TL082)隔离后送到求和放大器4N3(LM118)。
求和放大器及功放输出电路
求和放大器是由4N3(LM118)及其外围电路组成。在此,声波信号和同步脉冲信号进行混合叠加成一路信号,并送到功放输出电路4N4(TD823),最后通过输出变压器4T2阻抗匹配后送出。
自然伽玛高压电源电路
自然伽玛高压电源主要是由高压模块5N1及其外围电路组成,±12V电压分别通过限流电阻5R1和5R3后,送到高压模块5N1的两个低压输入端,5R2和5RP1接在高压模块5N1的调整端,通过调整5R2和5RP1,可以改变高压模块5N1输出高压,该高压即为光电倍增管的坪区电压,5RP1是微调电位器。自然伽玛光电倍增管的坪区电压一般为-1600V左右。
自然伽玛测量电路
自然伽玛测量电路是对光电倍增管提供的自然伽玛信号进行隔离缓冲、电流放大、信号鉴别等处理后,得到幅度相同,而宽度不同的电脉冲。电位器6RP1为门坎调节电位器,调节该电位器,可以改变输入脉冲的鉴别电平,该鉴别电平一般都调节在5.5V和5.8V之间。由6N2比较输出后送到逻辑数据控制中心(CPLD)进行处理,但由于运放输出的脉冲幅度为12V电平,而CPLD需要的是3.3V电平,则需要将12V电平转化为3.3V电平,这部分电路是由3R3和3R6组成的。经过电平转换后的脉冲就送到了CPLD的20脚,在CPLD的控制下对自然伽玛脉冲进行补偿计数、软件分頻和整形,并在特定的时间内将脉宽不规则、间隔不均匀的自然伽玛脉冲转变为幅度、脉宽一致、间隔均匀的脉冲输出,输出的脉冲经过3N1(LM118)同向放大后,再送到厚膜功率驱动电路3N2(TD823),最后通过输出变压器3T1由2#、5#缆芯输出。

Claims (4)

1.一种三组合测井仪,其特征在于:包括逻辑控制电路和分别与逻辑控制电路连接的信号通道电路、自然伽玛高压电源电路、自然伽玛测量电路;
所述逻辑控制电路在声波逻辑信号的控制下,产生各种控制方波和同步触发脉冲,并将输入的不规则的自然伽玛脉冲进行整形,输出规则的自然伽玛脉冲;
所述信号通道电路将接收到的两路信号分时成一路信号,并形成完整的组合信号;
所述自然伽玛高压电源电路将输入电压调整后输出;
所述自然伽玛测量电路将自然伽玛信号处理为幅度相同、宽度不同的电脉冲后输出。
2.根据权利要求1所述的三组合测井仪,其特征在于:所述逻辑控制电路包括逻辑恢复电路、逻辑数据控制中心、自然伽马信号输出电路、低压电源滤波电路和发射控制电路;
所述逻辑恢复电路对声波逻辑信号进行整形、抗干扰和恢复处理后,发送到逻辑数据控制中心;
所述逻辑数据控制中心产生选通门和控制方波、发射触发脉冲信号和同步信号,并将输入的间隔不规则的自然伽玛脉冲进行补偿计数,然后在规定的时间内输出间隔规则的自然伽玛脉冲信号后,直接发送给地面;
所述自然伽马信号输出电路处理逻辑数据控制中心输出的伽玛计数脉冲后输出;
所述低压电源滤波电路将电压处理后提供给逻辑数据控制中心;
所述发射控制电路控制发射晶体的发声。
3.根据权利要求1或2所述的三组合测井仪,其特征在于:所述信号通道电路包括信号输入电路、前放及线性刻度电路、发射干扰抑制和同步脉冲产生电路、求和放大器及功放输出电路;
所述信号输入电路将发发射晶体产生的信号输入接收晶体;
所述前放及线性刻度电路所述前放电路和线性刻度电路,前放电路将声波信号放大后发送到线性刻度电路,线性刻度电路控制声波信号递减后输出;
所述发射干扰抑制和同步脉冲产生电路将声波信号上的发射干扰信号滤除掉,并产生同步脉冲信号;
所述求和放大器及功放输出电路将声波信号和同步脉冲信号进行混合叠加成一路信号后输出。
4.根据权利要求3所述的三组合测井仪,其特征在于:所述逻辑数据控制中心为可编程逻辑器件CPLD。
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