數字聚焦陣列感應測井儀的製作方法

2023-08-06 08:58:26

專利名稱：數字聚焦陣列感應測井儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於石油測井領域，涉及一種測井儀，尤其是一種數字聚焦陣 列感應測井儀。
背景技術：
數字聚焦陣列感應測井儀是一種數位化的新型電阻率測量儀器，是測井工 程中應用的測井儀器之一。
現有技術中，我國油田在用的模擬感應測井儀，主要存在以下缺點儀器 動態範圍低；測井效率不高；縱向解析度低；不能直觀地用圖像描述地層電阻率 的變化特性。
國內部分油田在用的陣列式感應測井儀主要是引進國外Atlas、 Halliburton 等公司的產品，由於這些產品是美國上世紀卯年代前後研製的，集成度低，價 格貴，維修使用不方便。在國內，同類技術還在開發試驗中，技術方案各不相同， 例如專利號為200420088068.1的信號採集電路為多DSP晶片結構，線圈係為17 個線圈的雙邊結構，壓力平衡採用活塞式結構，儀器太長，使用維修不方便。
實用新型內容
本實用新型的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供一種能夠滿足油田 勘探測井需求的效率高、長度短的新型感應測井儀，這種測井儀工作在175'C、 120MPa的井下環境中，可以測量地層電阻率信息，確定油氣層在井下的具體深 度位置，便於油層開採。
本實用新型的目的是通過以下技術方案來解決的
這種數字聚焦陣列感應測井儀，包括數據採集控制單元、與數據採集控制 單元電連接的低噪聲放大器、與低噪聲放大器電連接的線圈系單元和與線圈系單 元連接的壓力平衡單元，其特徵在於所述數據採集控制單元以一片DSP晶片 為數位訊號處理核心，所述DSP晶片分別連接有A/D轉換模塊、電源/溫度監測 電路、DTB傳輸單元、CPLD晶片、DI/DO數據輸入輸出電路和發射控制電路； 所述A/D轉換模塊接收到來自低噪聲放大器的模擬信號並將其轉換為數位訊號 傳送給DSP晶片，其中A/D轉換模塊的自動增益設置由DI/DO數據輸入輸出電路控制，A/D轉換模塊的採樣速率由CPLD晶片控制，所述電源/溫度監測電路 經SPI接口與DSP晶片連接，所述DTB傳輸單元具有DTB接口並能與DTB總 線進行時序和電平轉換，所述發射控制電路包括激勵信號發生器，其接收來自 DSP晶片的使能信號，所述激勵信號發生器的模擬多路開關由CPLD晶片控制。
上述DSP晶片為ADSP2185。
上述A/D轉換模塊為24位A/D轉換器。
上述線圈系單元包含有一陶瓷基軸，所述陶瓷基軸自下而上依次套設有發 射線圈和接收線圈陣列，所述陶瓷基軸上端與低噪聲放大器連接，所述陶瓷基軸 和低噪聲放大器被包裹於絕緣外殼中，所述絕緣外殼上設有過油孔，所述絕緣外 殼下端與壓力平衡單元連接，所述壓力平衡單元包含有外殼，所述外殼中設有波 紋管、中心支架和尾帽。
上述接收線圈陣列由至少十一個陶瓷複合線圈組成，其以單邊結構排列並 且分別套設於所述陶瓷基軸的外周壁上，所述接收線圈陣列的各陶瓷複合線圈之 間的軸向距離為1.6~4.8mm。
上述壓力平衡單元中的波紋管為橡膠波紋管，所述波紋管經緊箍絲套設於 中心支架上形成一儲油空腔體，所述儲油空腔體經開設於中心支架內的軸向平衡 過油孔與所述線圈系單元(11)上的過油孔相通，所述中心支架嵌套於外殼中， 所述外殼為圓筒形且其壁面上垂直開設有通孔，所述尾帽安裝於所述外殼的下 端。
本實用新型的有益效果如下-
本實用新型的數字聚焦感應測井儀釆用雙頻工作，擴大了儀器的測量動態 範圍，為了實現測井和刻度信號的實時採集，適應電纜傳輸要求，減少信號傳輸 速率，井下儀器採用新型的1片DSP晶片技術，進行數位訊號採集及濾波，運 算速度快，便於實現離散付裡葉變換DFT數字濾波及相敏檢波處理，壓縮數據 傳輸量。數據採集控制單元是一個信號調理、實時控制、數據釆集和數據處理為 一體的完整電路儀器系統。

圖1為本實用新型的總體結構框圖2為本實用新型的線圈系單元10的結構示意圖；圖3為本實用新型的壓力平衡單元11結構示意圖。
其中1為數據採集控制單元；2為A/D轉換模塊；3為電源/溫度監測電路; 4為DSP晶片；5為DTB傳輸單元；6為CPLD晶片；7為DI/DO數據輸入輸
出電路；8為發射控制電路；9為低噪聲放大器；IO為線圈系單元；ll為壓力平 衡單元；12 22均為陶瓷複合線圈；23為發射線圈；24為陶瓷基軸；25為過油 孑L; 26為絕緣外殼；27為外殼；28為中心支架；29為緊箍絲；30為尾帽；31
為平衡過油孔；32為通孔；33為儲油空腔體；34為波紋管。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細描述
參見圖1為本實用新型的總體結構框圖，包括數據採集控制單元1、與數據
採集控制單元i電連接的低噪聲放大器9、與低噪聲放大器9電連接的線圈系單 元10和與線圈系單元10連接的壓力平衡單元11，其中數據採集控制單元1以 一片DSP晶片4為數位訊號處理核心，所述DSP晶片可採用AD公司的數字信 號處理器晶片ADSP2185,所述DSP晶片4分別連接有A/D轉換模塊2、電源/ 溫度監測電路3、 DTB傳輸單元5、 CPLD晶片6、 DI/DO數據輸入輸出電路7 和發射控制電路8;所述A/D轉換模塊2接收到來自低噪聲放大器9的模擬信號 並將其轉換為數位訊號傳送給DSP晶片4，其中A/D轉換模塊2的自動增益設 置由DI/DO數據輸入輸出電路7控制，A/D轉換模塊2的釆樣速率由CPLD芯 片6控制，所述電源/溫度監測電路3經SPI接口與DSP晶片4連接，所述DTB 傳輸單元5具有DTB接口並能與DTB總線進行時序和電平轉換，所述發射控制 電路8包括激勵信號發生器，其接收來自DSP晶片4的使能信號，所述激勵信 號發生器的模擬多路開關由CPLD晶片6控制。
以下根據圖1具體介紹本實用新型組成數據採集控制單元1的各個模塊 DSP晶片4:為數位訊號處理核心，所述DSP晶片可採用AD公司的數字 信號處理器晶片ADSP2185
A/D轉換模塊2: 24位A/D轉換模塊2中的ADC為數模轉換器，分四路同 步採樣，採樣速率為500KHz，由CPLD模塊6控制採樣速率；AGC為自動增益 控制放大器，在24位A/D轉換模塊2中，自動增益設置為乘1乘20兩檔，由 DI/DO數據輸入輸出電路7控制;作為A/D轉換模塊2的晶片為AD公司的A/D
6轉換晶片AD7738。
電源/溫度監測電路3:為六通道十二位AD轉換，通過SPI接口與DSP芯 片4連接，具有監測儀器供電電壓和線路筒內4個不同地方溫度的功能。
DTB傳輸單元5:其上的DTB接口與DTB總線連接，完成與DTB總線的 時序和電平轉換，其中IRQ1X為命令時鐘，FI為下行命令數據；IRQ0X為數據時 鍾，FO為上行數據。UCLK為向上傳輸數據時鐘，內部有開關控制，實現菊花 鏈的串行傳輸時序。
CPLD晶片6:其組成了CPLD時序/邏輯單元，控制ADC的採樣時序和發 射信號的時序/邏輯。它是由內部分頻電路和脈衝形成電路產生ADC的採樣啟動 信號，FLO為採樣/停止控制信號。該單元同時控制梯形波激勵信號發生器的時 序/邏輯，激勵信號的頻率由SXLK1控制，其內部計數器和邏輯電路產生需要的 激勵信號波形，CPLD晶片可採用EPM70128。
DI/DO數據輸入輸出電路7:為數字量輸入輸出模塊，它滿足ADC增益控 制和儀器工作於測井、外刻、內刻的模式設置功能。
發射控制電路8:其包括激勵信號發生器，激勵信號發生器內部為八選一模 擬多路開關，FL1為使能信號，由CPLD晶片6控制激勵信號發生器開關的狀態， 接通四電阻分壓網絡產生三電平階梯波的激勵信號。
圖2是本實用新型的線圈系單元10的結構簡圖，線圈系單元10包含有一 陶瓷基軸24,陶瓷基軸24自下而上依次套設有發射線圈23和接收線圈陣列， 所述接收線圈陣列由十一個陶瓷複合線圈12~22組成，線圈系單元10為單邊結 構，即接收線圈陳列在發射線圈23的一側排列並且陶瓷複合線圈12~22和發射 線圈23均分別套設在陶瓷基軸24的外周壁上，並且發射線圈23和十一個陶瓷 複合線圈12 22按照一定的間距分布，其各線圈的軸向距離為1.6 4.8rnm,以便 於直耦信號精密調節。所述陶瓷基軸24上端與低噪聲放大器9連接，所述陶瓷 基軸24和低噪聲放大器9被包裹於絕緣外殼26中，陶瓷基軸24和絕緣外殼26 兩端相互配合嵌套安裝從而形成一密閉的腔體，陶瓷基軸24處於絕緣外殼26 的密閉腔體內，陶瓷基軸24的端部安裝端蓋上設有過油孔25，它和壓力平衡單 元11的儲油空腔體33相連通，所述絕緣外殼26為高強度的高分子複合材料絕 緣外殼。以下根據圖2具體介紹本實用新型的發射線圈23和接收線圈陣列 如圖中所示，接收線圈陣列由纏繞於陶瓷基軸24上的十一個陶瓷複合線圈 12~22構成，其中每個接收陣列由相鄰兩個接收線圈反擾串連而成，其中一個為 主接收線圈，另一個為輔接收線圈，每個複合線圈由當前陣列的主接收線圈和下 一陣列的輔接收線圈組成，兩個接收線圈的漆包線擾向向反，輔接收線圈與發射 線圈距離近，主接收線圈與發射線圈距離遠，用於抵消直耦分量。各線圈與陶瓷 基軸24繞成螺紋結構，紋距在1.6mm-4.8mm之間，熱膨脹係數小，溫度穩定 性高，直耦信號微調方便。解析度和探測深度由主接收線圈與發射線圈的間距控 制，間距越短，縱向解析度越高，探測深度越淺，反之間距長，則探測深度深， 但解析度低。各個陣列接收的信號經過低噪聲放大器9和數據採集控制單元1 處理後，通過DTB傳輸單元5傳到地面系統後，再經軟體合成處理得到地層電 阻率信息。
圖3是本實用新型的壓力平衡單元11的結構簡圖，壓力平衡單元11包含 有外殼27，外殼27中設有波紋管34、中心支架28和尾帽30，波紋管34為橡 膠波紋管，其為圓臺形，高度在400-800mm之間，頂面直徑和底面直徑分別在 。30-45mm和O60-85mm之間，所述波紋管經緊箍絲29套設於中心支架28上 形成一儲油空腔體33，中心支架28如圖中所示，它是兩端直徑大而中部直徑小 的圓柱，如果波紋管34較長，還可以在中間位置設置一個圓臺來固定螺紋管， 並且在中部的圓臺軸向還加工有通油孔以便將圓臺兩側的腔體連通；所述儲油空 腔體33經開設於中心支架28內的軸向平衡過油孔31與所述過油孔25相通，所 述中心支架28嵌套於外殼27中，外殼31將中心支架28和波紋管34包住，所 述外殼27為圓筒形且其壁面上垂直開設有多個直徑為6~18mm的通孔32;尾帽 30安裝於外殼27和中心支架28的下端，可以拆卸，以方便給波紋管34內進行 注油操作。
以上壓力平衡單元11在工作前，先在儲油空腔體33內注滿矽油，並使波 紋管34和線圈系內壓力平衡。儀器在井下工作時，由於平衡系統外殼27開有小 孔32與井中泥漿液相通，在泥漿液的壓力作用下，通過波紋管34及平衡過油孔 31將儲油空腔體33內的液壓油傳遞到線圈系內部，從而保證線圈系絕緣外殼26 的內外壓力保持平衡，使線圈系絕緣外殼26不被壓裂而損壞。本實用新型採用最新的1片DSP晶片及CPLD技術設計，十二個陶瓷複合 線圈構成線圈系，壓力平衡為波紋管結構，儀器總長僅7.66米，有效地克服了 現有技術的不足。此種感應測井儀採用高效陶瓷線圈系陣列化的結構設計，提高 線圈系整體效率，縮短了儀器長度，減輕了儀器重量，使用操作極為方便。與國 內外現有技術相比，該實用新型的技術構成具有創新特徵。
上面結合附圖所描述的本實用新型優選的各種晶片型號或者電路模塊，不 是作為對前述實用新型目的和所附權利要求書內容和範圍的限制，凡是依據本實 用新型的技術實質所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本實用新型技 術和權利保護範疇。
權利要求1. 一種數字聚焦陣列感應測井儀，包括數據採集控制單元(1)、與數據採集控制單元(1)電連接的低噪聲放大器(9)、與低噪聲放大器(9)電連接的線圈系單元(10)和與線圈系單元(10)連接的壓力平衡單元(11)，其特徵在於所述數據採集控制單元(1)以一片DSP晶片(4)為數位訊號處理核心，所述DSP晶片(4)分別連接有A/D轉換模塊(2)、電源/溫度監測電路(3)、DTB傳輸單元(5)、CPLD晶片(6)、DI/DO數據輸入輸出電路(7)和發射控制電路(8)；所述A/D轉換模塊(2)接收到來自低噪聲放大器(9)的模擬信號並將其轉換為數位訊號傳送給DSP晶片(4)，其中A/D轉換模塊(2)的自動增益設置由DI/DO數據輸入輸出電路(7)控制，A/D轉換模塊(2)的採樣速率由CPLD晶片(6)控制，所述電源/溫度監測電路(3)經SPI接口與DSP晶片(4)連接，所述DTB傳輸單元(5)具有DTB接口並能與DTB總線進行時序和電平轉換，所述發射控制電路(8)包括激勵信號發生器，其接收來自DSP晶片(4)的使能信號，所述激勵信號發生器的模擬多路開關由CPLD晶片(6)控制。
2. 根據權利要求1所述的數字聚焦陣列感應測井儀，其特徵在於所述DSP晶片(4)為 ADSP2185。
3. 根據權利要求1所述的數字聚焦陣列感應測井儀，其特徵在於所述A/D轉換模塊(2) 為24位A/D轉換器。
4. 根據權利要求1所述的數字聚焦陣列感應測井儀，其特徵在於所述線圈系單元(10) 包含有一陶瓷基軸(24),所述陶瓷基軸(24)自下而上依次套設有發射線圈(23)和 接收線圈陣列，所述陶瓷基軸(24)上端與低噪聲放大器(9)連接，所述陶瓷基軸(24) 和低噪聲放大器(9)被包裹於絕緣外殼(26)中，陶瓷基軸(24)和絕緣外殼(26) 兩端經安裝端蓋嵌套安裝從而使絕緣外殼(26)形成一密閉的腔體，所述陶瓷基軸(24) 底部的安裝端蓋上設有過油孔(25)，所述絕緣外殼(26)下端與壓力平衡單元(11) 連接。
5. 根據權利要求4所述的數字聚焦陣列感應測井儀，其特徵在於所述接收線圈陣列由至 少十一個陶瓷複合線圈(12~22)組成，其以單邊結構排列並且分別套設於所述陶瓷基 軸(24)的外周壁上，所述接收線圈陣列的各陶瓷複合線圈之間的軸向距離為1.6 4.8mm。
6. 根據權利要求1所述的數字聚焦陣列感應測井儀，其特徵在於所述壓力平衡單元(ll) 包含有外殼(27)，所述外殼(27)中設有波紋管(34)、中心支架(28)和尾帽(30)， 波紋管(34)為橡膠波紋管，所述波紋管(34)經緊箍絲(29)套設於中心支架(28) 上形成一儲油空腔體(33),所述儲油空腔體(33)經開設於中心支架(28)內的軸向平衡過油孔(31)與所述線圈系單元(11)上的過油孔(25)相通，所述中心支架(28) 嵌套於外殼(27)中，所述外殼(27)為圓筒形且其壁面上垂直開設有通孔(32)，所 述尾帽(30)安裝於所述外殼(27)的下端。
專利摘要本實用新型涉及一種數字聚焦陣列感應測井儀，包括數據採集控制單元、線圈系單元和壓力平衡單元，所述數據採集控制單元經低噪聲放大器單元與線圈系單元連接，線圈系單元包含有一陶瓷基軸，所述陶瓷基軸自下而上依次套設有發射線圈和接收線圈陣列，陶瓷基軸上端與低噪聲放大器單元連接，所述陶瓷基軸和低噪聲放大器單元被包裹於絕緣外殼中，所述絕緣外殼下端與壓力平衡單元連接，所述壓力平衡單元包含有外殼，所述外殼上設有通孔，所述外殼中設有波紋管、中心支架和尾帽。此種感應測井儀採用高效陶瓷線圈系陣列化的結構設計，提高線圈系整體效率，縮短了儀器長度，減輕了儀器重量，此種測井儀能夠工作在175℃、120MPa的井下環境中。
文檔編號E21B49/00GK201288549SQ20082022248
公開日2009年8月12日 申請日期2008年11月17日 優先權日2008年11月17日
發明者矢 張, 張小利, 李春鳳, 楊金輝, 陳鳳軍 申請人:陝西巨豐思源科技有限公司