CN203617975U - 一种用于随钻电阻率测量的调频装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于随钻电阻率测量的调频装置，可以在随钻电阻率测量装置进行测量之前自动进行频率调谐，合理设置电路、调节元器件的参数，以保证较好的灵敏度，使随钻电阻率测量装置在最优谐振频率下工作。即使当温度或者其他环境参数发生变化时，也可以及时进行调整，以适应周围环境参数的改变，有效地避免了传统的随钻电阻率测量装置在实际工作中其最优谐振频率与预先设定好的谐振频率不符，致使测量不够精准的问题，极大地提高了随钻电阻率测量装置测量数据的准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油、天然气钻井作业随钻测量领域，具体地说是一种用于随钻电阻率测量的调频装置。
背景技术
随着全球对石油、天然气需求的日益增多，随钻电阻率测量装置有了长足的进步与发展。如图1所示是一种常用的随钻电阻率测量装置，它包括一个钻杆100和一个钻头101，以及一对用于发送电磁信号到周围地层的发射器T1和T2，一对用于接收电磁信号的接收器R1和R2。测量经过接收器R1和R2的电磁信号，即可得到距钻杆一定距离的地层电阻率。将接收器R1和R2置于不同的位置，就可以实现不同探测深度的探测，合理设置接收器R1和R2的间距，可以获得较好的垂直分辨率。
由于发射器T1和T2一般工作在两个以上的频率，假设工作频率为f1和f2，需要将其与R1和R2的频率预先调谐到适当的频率点，以提高信号发送到系统的信噪比。这一调谐过程通常通过如图2所示的双共振频率调谐电路来完成，所述双共振频率调谐电路包括随钻测井仪的天线线圈201；调谐电感器L1，与之并联的电容器C2，另一个调谐电容器C1与所述调谐电感器L1等效并联并连接所述天线线圈201；用于阻抗匹配的变压器202和工作在固定频率的发射源203。图2所示的双共振频率调谐电路可以被调谐产生两个谐振频率，如图3中的实线所示。众所周知随钻电阻率测量装置通常工作在很宽的温度范围内，如-40℃至150℃。因此，天线和调谐电路的谐振频率有可能随温度和其它环境参数发生变化，如图3中的虚线所示，由于温度的变化增益减少，谐振曲线显著向下移动。由于天线线圈的频率基本都 是在工厂设定好的，在实际使用时不会根据具体情况进行调整，导致此时整个随钻电阻率测量装置将有较低的灵敏度和信噪比，进而使得电阻率测量不准确，特别是在高电阻率地层。
实用新型内容
为此，本实用新型所要解决的技术问题在于当温度或者其他环境参数发生变化时，随钻电阻率测量工具最优谐振频率与预先设定好的谐振频率不符，致使测量不够精准，从而提出一种可以在随钻电阻率测量工具进行测试之前自动进行频率调谐的用于随钻电阻率测量的调频装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案实现。
一种用于随钻电阻率测量的调频装置，包括：
接收天线，设置在接收模块的轴向方向上的钻具套管上，用于接收电磁波信号，所述接收模块将所述电磁波信号转换成电信号；
幅度检测器，与所述接收模块连接，用于检测获得的所述电信号的振幅信息并发送给控制器；
所述控制器，连接所述幅度检测器，用于根据所述振幅信息计算幅值比和/或相位差，确定最优谐振频率，并控制发射模块进行频率调整；
所述发射模块，与所述控制器连接，用于控制发射天线按照最优谐振频率发射电磁波信号。
进一步地所述发射模块还包括：
第一信号发生器，与所述控制器连接，发送第一频率信号给功率放大器，其中所述第一频率信号的频率和相位可以被所述控制器控制；
功率放大器，与所述第一信号发生器连接，放大所述第一频率信号并传递给发射调谐电路；
所述发射调谐电路，一端与所述功率放大器连接，另一端耦合发射天线，控制所述发射天线发射电磁波信号。
进一步地所述接收模块还包括：
接收调谐电路，与所述接收天线连接，用于接收所述电磁波信号，转换成电信号，并发送给低噪声放大器；
所述低噪声放大器，与所述接收调谐电路连接，将所述电信号放大并发送给混频器；
第二信号发生器，与所述控制器连接，用于发送第二频率信号给所述混频器，其中所述第二频率信号的频率和相位可以被所述控制器控制；
所述混频器，分别与所述低噪声放大器和所述第二信号发生器连接，将所述电信号与所述第二频率信号混合并发送给中频滤波器；
所述中频滤波器，与所述混频器连接，滤掉高频分量，并发送给中频放大器；
所述中频放大器，与所述中频滤波器连接，放大并获得所述电信号，发送给所述幅度检测器。
进一步地所述发射调谐电路为常规双共振频率调谐电路。
进一步地还包括激活模块，用于按照一定激活方式自动开启整个随钻电阻率测量的调频装置。
进一步地所述发射天线的数量为一个、两个或者多个。
进一步地所述控制器为微处理器或数字信号处理器。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
（1）本实用新型所述的一种用于随钻电阻率测量的调频装置，可以在随 钻电阻率测量装置进行测量之前自动进行频率调谐，合理设置电路、调节元器件的参数，以保证较好的灵敏度，使随钻电阻率测量装置在最优谐振频率下工作。即使当温度或者其他环境参数发生变化时，也可以及时进行调整，以适应周围环境参数的改变，有效地避免了传统的随钻电阻率测量装置在实际工作中其最优谐振频率与预先设定好的谐振频率不符，致使测量不够精准的问题，极大地提高了随钻电阻率测量装置测量数据的准确性。
（2）本实用新型所述的一种用于随钻电阻率测量的调频装置，包括激活模块，用于按照一定激活方式自动开启整个随钻电阻率测量的调频装置,可以根据不同的情况进行设定与选择，具有极大的灵活性。
（3）本实用新型所述的一种用于随钻电阻率测量的调频装置，整体电路结构简单，所选用的元器件均为现有技术中常规使用的，易于实现，可以满足工业对使用成本的需求。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1是现有技术中的一种随钻电阻率测量工具；
图2是现有技术中的一种双共振频率调谐电路；
图3是图2所示的谐振曲线漂移示意图；
图4是一种实施例所述的用于随钻电阻率测量的调频装置的结构图；
图5是一种实施例所述的双共振频率调谐电路；
图6是一种实施例所述的最优谐振频率动态调谐过程示意图；
图中附图标记表示为：100-钻柱，101-钻头，201-天线线圈，202-变压器，203-固定频率的发射源，701-控制器，702-第一信号发生器，703-第二信号发生器，704-功率放大器，705-发射调谐电路，706-发射天线，707-混频器，708-低噪声放大器，709-接收调谐电路，710-接收天线，711-中频滤波器，712-中频放大器，713-幅度检测器，501-先前的最优谐振频率，502-当前的最优谐振频率曲线。
具体实施方式
本实施例所述的一种用于随钻电阻率测量的调频装置，如图4所示，包括：
接收天线710，设置在接收模块的轴向方向上的钻具套管上，用于接收电磁波信号，所述接收模块将所述电磁波信号转换成电信号；幅度检测器713，与所述接收模块连接，用于检测获得的所述电信号的振幅信息并发送给控制器701；所述控制器701连接所述幅度检测器713，用于根据所述振幅信息计算幅值比和/或相位差，确定最优谐振频率，并控制发射模块进行频率调整；所述发射模块，与所述控制器701连接，用于控制发射天线706按照最优谐振频率发射电磁波信号。
众所周知，当谐振电路的固有谐振频率跟信号源的频率相同时，电路振幅也将达到峰值，电路中产生的振荡电流最强。本实施例正是利用这种原理，通过控制器控制改变谐振电路的频率，继而使发射天线按照最优谐振频率发射电磁波信号。
本实施例所述的用于随钻电阻率测量的调频装置，可以在随钻电阻率测量装置进行测量之前自动进行频率调谐，合理设置电路、调节元器件的参数，以保证较好的灵敏度，使随钻电阻率测量装置在最优谐振频率下工作。即使当温度或者其他环境参数发生变化时，也可以及时进行调整，以适应周围环境参数的改变，有效地避免了传统的随钻电阻率测量装置在实际工作中其最优谐振频率与预先设定好的谐振频率不符，致使测量不够精准的问题，极大地提高了随钻电阻率测量装置测量数据的准确性。
下面结合附图4具体阐述本实施例所述的一种用于随钻电阻率测量的调频装置。所述发射模块还包括：第一信号发生器702，与所述控制器701连接，发送第一频率信号给功率放大器704，其中所述第一频率信号的频率和相位可以被所述控制器701控制；所述功率放大器704，与所述第一信号发生器702 连接，放大所述第一频率信号并传递给发射调谐电路705；所述发射调谐电路705，一端与所述功率放大器704连接，另一端耦合发射天线706，控制所述发射天线706按照最优谐振频率发射电磁波信号。
所述接收模块还包括：接收调谐电路709，与所述接收天线710连接，用于接收所述电磁波信号，转换成电信号，并发送给低噪声放大器708；所述低噪声放大器708，与所述接收调谐电路709连接，将所述电信号放大并发送给混频器707；第二信号发生器703，与所述控制器701连接，用于发送第二频率信号给所述混频器707，其中所述第二频率信号的频率和相位可以被所述控制器701控制；所述混频器707，分别与所述低噪声放大器708和所述第二信号发生器703连接，将所述电信号与所述第二频率信号混合，并发送给中频滤波器；所述中频滤波器711，与所述混频器707连接，滤掉高频分量，并发送给中频放大器712；所述中频放大器712，与所述中频滤波器711连接，放大所述电信号，发送给所述幅度检测器713。
其中所述第一频率信号和所述第二频率信号的频率值的数值设定，均为本领域技术人员常规的数值选择，只需要保证接收调谐电路的带宽足够即可，此处不在赘述。
所述发射调谐电路为常规双共振频率调谐电路。如图5所示，包括：变压器402，与所述功率放大器连接，用于与所述功率放大器产生互感作用，产生最优谐振频率信号；调谐电感器L1，与所述变压器串联；电容器C2，与所述调谐电感器L1并联；调谐电容器C1，一端与所述调谐电感器L1连接，一端与所述发射天线耦合。与图2的区别在于所述功率放大器发出的信号频率是可变的，故其可以动态的获得最优谐振频率。由图6可以发现先前的最优谐振频率曲线501已经发生偏移，经过频率调谐后，再次找到当前的最优谐振频率曲线502，保证随钻电阻率测量工具在最优谐振频率下工作。
本实施例还包括激活模块，按照一定激活方式自动开启整个随钻电阻率测量的调频装置。所述激活方式包括设定温度阈值，超过所述温度阈值自动 开启整个随钻电阻率测量的调频装置。优选地通过所述激活模块内置温度传感器来实现。同时所述激活方式还可以包括设定时间周期，按照所述时间周期自动开启整个随钻电阻率测量的调频装置。当然还有其他一些激活方式，此处不在赘述。本领域技术人员应当知晓，上述的激活方式旨在为了充分说明本实施例，并不是为了限制本实施例，其他显而易见的激活方式亦在本实施例的保护范围之内。
本实施例所述的用于随钻电阻率测量的调频装置，结合随钻电阻率测量工具的自身特点提供了多种激活调频装置的方式。优选为设置温度阈值与设定时间周期两种，即当温度变化达到给定的阈值或者当达到频率优化一个给定的周期时，自动开始对随钻电阻率测量工具进行频率调谐。当找到最优谐振频率，按照最优谐振频率执行。可以根据不同的情况进行设定与选择，具有极大的灵活性。
所述发射天线的数量可以为一个、两个或者多个。本实施例优选为两个。本领域技术人员应当知晓，此处的数量设定只是为了充分说明本实施例，并非用来限制本实施例，其他显而易见的数量变化均在本实施例的保护范围之内。
所述控制器为微处理器或数字信号处理器。其他的诸如幅度检测器、第一信号发生器、功率放大器、低噪声放大器、第二信号发生器、混频器、中频滤波器、中频放大器等均可选用常规元器件，本领域技术人员应当知晓，故此处不在赘述。
本实施例所述的用于随钻电阻率测量的调频装置，整体电路结构简单，所选用的元器件均为现有技术中常规使用的，易于实现，可以满足工业对使用成本的需求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。 而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种用于随钻电阻率测量的调频装置，其特征在于，包括：
接收天线，设置在接收模块的轴向方向上的钻具套管上，用于接收电磁波信号，所述接收模块将所述电磁波信号转换成电信号；
幅度检测器，与所述接收模块连接，用于检测获得的所述电信号的振幅信息并发送给控制器；
所述控制器，连接所述幅度检测器，用于根据所述振幅信息计算幅值比和/或相位差，确定最优谐振频率，并控制发射模块进行频率调整；
所述发射模块，与所述控制器连接，用于控制发射天线按照最优谐振频率发射电磁波信号。
2.根据权利要求1所述的用于随钻电阻率测量的调频装置，其特征在于，所述发射模块还包括：
第一信号发生器，与所述控制器连接，发送第一频率信号给功率放大器，其中所述第一频率信号的频率和相位可以被所述控制器控制；
功率放大器，与所述第一信号发生器连接，放大所述第一频率信号并传递给发射调谐电路；
所述发射调谐电路，一端与所述功率放大器连接，另一端耦合发射天线，控制所述发射天线发射电磁波信号。
3.根据权利要求1或2所述的用于随钻电阻率测量的调频装置，其特征在于，所述接收模块还包括：
接收调谐电路，与所述接收天线连接，用于接收所述电磁波信号，转换 成电信号，并发送给低噪声放大器；
所述低噪声放大器，与所述接收调谐电路连接，将所述电信号放大并发送给混频器；
第二信号发生器，与所述控制器连接，用于发送第二频率信号给所述混频器，其中所述第二频率信号的频率和相位可以被所述控制器控制；
所述混频器，分别与所述低噪声放大器和所述第二信号发生器连接，将所述电信号与所述第二频率信号混合并发送给中频滤波器；
所述中频滤波器，与所述混频器连接，滤掉高频分量，并发送给中频放大器；
所述中频放大器，与所述中频滤波器连接，放大并获得所述电信号，发送给所述幅度检测器。
4.根据权利要求2所述的用于随钻电阻率测量的调频装置，其特征在于，所述发射调谐电路为常规双共振频率调谐电路。
5.根据权利要求4的用于随钻电阻率测量的调频装置，其特征在于，还包括激活模块，用于按照一定激活方式自动开启整个随钻电阻率测量的调频装置。
6.根据权利要求5所述的用于随钻电阻率测量的调频装置，其特征在于，所述发射天线的数量为一个、两个或者多个。
7.根据权利要求6所述的用于随钻电阻率测量的调频装置，其特征在于，所述控制器为微处理器或数字信号处理器。
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