一種數字聲波測井儀的製作方法

2023-06-07 05:53:06

專利名稱：一種數字聲波測井儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於測量井下地層孔隙度測井儀，特別涉及探礦鑽井中的井 下地層孔隙度測井儀器。
背景技術：
數字聲波測井儀是通過測量縱波在地層傳播的時差，來確定地層的孔隙度；同時 在套管井中進行3英尺的水泥膠結測井和5英尺的變密度測井來檢查固井質量。該儀器採 用的是雙發四收的測井原理和WTS傳輸方式。可直接掛接在5700地面系統上，在裸眼井和 套管井中均能使用。目前，國內常用的測井系列為ECLIPS 5700，EX2CELL 2000和HH2530 三大系列，三種數字聲波儀掛接的測井系統各不相同，數據傳輸方式也不同，但基本的工作 原理相同，大量採用中小規模集成元器件，器件使用多而體積大，因此僅僅是將部分電路裝 入金屬絕熱瓶內，然後再密封在一個金屬承壓外殼內，而其他電路則無法封裝在金屬絕熱 瓶內來實現高溫保護功能。另外，現有的數字聲波測井儀的供電電源有+5伏電源、+12伏 電源、-12伏電源，功耗大，導致瓶內溫度升高很快。以上現有技術存在的兩個問題，影響了 整個數字聲波測井儀的耐高溫性能。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種耐高溫性能更好的數字聲波測井儀，能更好地解 決電路體積大不能完全放入金屬絕熱瓶從而導致整個儀器耐高溫性能差以及功耗大導致 金屬絕熱瓶內溫度升高過快的問題。根據本實用新型的一個方面，提供了一種數字聲波測井儀，包括殼體及設置在殼 體內的以下部件金屬絕熱瓶；聲波探測器，用於發出聲波並檢測由井璧反射的聲波信號 產生相應的檢測信號；連接聲波探測器的前置放大器，用於放大聲波探測器的檢測信號； 連接前置放大器的採集處理模塊，用於接收並處理由前置放大器放大的檢測信號得到井下 地層孔隙度數據；連接採集處理模塊的通訊模塊，用於接收地面命令並發送給採集處理模 塊以及將採集處理模塊的井下地層孔隙度數據發送給地面系統；前置放大器、通訊模塊、採 集處理模塊置於金屬絕熱瓶內，其中通訊模塊和採集處理模塊由集成電路模塊構成。該數字聲波測井儀的前置放大器、通訊模塊、採集處理模塊集成在一塊集成電路 板上。該數字聲波測井儀還包括向金屬絕熱瓶內的通訊模塊和採集處理模塊提供+5伏 直流電的供電模塊。該數字聲波測井測井儀的聲波探測器包括聲波發射電路和聲波接收電路，其中所 述的聲波探測器(3)的個數為兩個。該數字聲波測井儀的金屬絕熱瓶內的高壓控制電路和向聲波探測器供應高壓的 高壓模塊。該數字聲波測井儀的採集處理模塊由兩塊MSC1210晶片構成。[0010]該數字聲波測井儀的通訊模塊由兩塊PSOC晶片構成。該數字聲波測井儀的前置放大器設置在MSC1210晶片中。該數字測井儀的SC1210晶片連接高壓控制電路(7)，向高壓控制端傳輸地面高壓 控制信號。與現有技術相比較，本實用新型的有益效果在於由於前置放大器、高壓控制電 路、高壓模塊、採集處理模塊、通訊模塊完全置於金屬絕熱瓶內，從而可提高數字聲波測井 儀的耐高溫性能，進而增強數字聲波測井儀的測井時效。又由於金屬絕熱瓶內的通訊模塊、 採集處理模塊的供電電源為+5伏直流電，從而降低了功耗，使金屬絕熱瓶內的溫度上升速 度變慢。

圖1是本實用新型實施例提供的數字聲波測井儀的剖視圖；圖2是本實用新型實施例提供的電路原理圖；圖3是本實用新型實施例提供的集成電路的結構示意圖；附圖標記說明1_殼體；2-金屬絕熱瓶；3-聲波探測器；31-聲波發射電路； 32-聲波接收電路；4-前置放大器；5-供電模塊；6-集成電路板；7-高壓控制電路；8-通訊 模塊；9-採集處理模塊；10-高壓模塊；11-主MSC晶片；12-副MSC晶片；13-主PSOC晶片； 14-畐Ij PSOC 晶片。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行詳細說明，應當理解，以下所說明 的優選實施例僅用於說明和解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。圖1是本實用新型的示意圖，如圖1所示，數字聲波測井儀，包括殼體1及設置在 殼體1內的以下部件金屬絕熱瓶2 ；聲波探測器3，用於發出聲波並檢測由井璧反射的聲 波信號產生相應的檢測信號；連接聲波探測器3的前置放大器4，用於放大聲波探測器3的 檢測信號；連接前置放大器4的採集處理模塊9，用於接收並處理由前置放大器4放大的檢 測信號得到井下地層孔隙度數據；連接採集處理模塊9的通訊模塊8，用於接收地面命令並 發送給採集處理模塊9以及將採集處理模塊9的井下地層孔隙度數據發送給地面系統；前 置放大器4、通訊模塊8、採集處理模塊9置於金屬絕熱瓶2內的集成電路板6上，其中通訊 模塊8和採集處理模塊9由集成電路模塊構成。圖2是本實用新型的電路原理圖，如圖2所示，經前置放大器4放大的聲波探測器 3檢測信號輸入到採集處理模塊9中。採集處理模塊9經過計算處理得到井下地層孔隙度 的相關數據並存儲在內存中。通訊模塊8接收到地面的命令後，轉換編碼後輸入至採集處 理模塊9中，採集處理模塊9根據地面命令讀取出井下地層孔隙度數據後輸出到通訊模塊8 中，通訊模塊8對該數據進行編碼轉換後發送到地面系統。供電模塊5為通訊模塊8和採 集處理模塊9提供+5伏直流電源。圖3是本實用新型的電路結構示意圖，如圖3所示，通訊模塊8由主PSOC晶片13 和副PSOC晶片14組成，採集處理模塊9由主MSC1210晶片11和副MSC1210晶片12組成。 主PSOC晶片13、副PSOC晶片14、主MSC1210晶片11、副MSC1210晶片12、前置放大器4、高壓控制電路7、高壓模塊10集成在一塊集成電路板6上。地面命令輸入至主PSOC晶片13 中，主PSOC晶片13將地面命令處理後輸入至主MSC1210晶片11中。經前置放大器4放大 的聲波探測器3檢測信號輸入至主MSC1210晶片11和副MSC1210晶片12中。副MSC1210 晶片12將輸入的數據輸出至主MSC1210晶片11中。主MSC1210晶片11計算並處理經前 置放大器4放大的聲波探測器3檢測信號，並將計算處理後得到井下地層孔隙度數據並存 儲在內存中。主MSC1210晶片11根據地面命令將上述得到的數據輸入至主PSOC晶片13 中，主PSOC晶片13對該數據加工處理轉換編碼後發送至地面系統。集成電路板6的工作 電壓為+5V ；前置放大器4由MSC1210晶片內的電路提供。工作時，本實用新型直接掛接在5700測井系統上。5700測井系統的主要部分由井下儀器和地面系統兩部分組成。地面和井下信號的 傳輸方式為電纜傳輸，井下儀器完成數據的測量和採集，把計算處理後的結果傳輸到地面， 地面系統對井下傳上來的信息進行接收、處理、顯示等。5700WTS遙測系統調製編碼方式採用Manchester編碼。M2命令和M2、M5、M7數 據都是Manchester編碼，但在電纜上傳輸的信號是AMI Manchester編碼。這是因為AMI Manchester編碼有兩個優點。首先，AMI Manchester編碼的電壓不全在高值狀態，故較 Manchester編碼的功率小。其次，AMI Manchester編碼的波形接近正弦波，這樣使得信號 中的高頻諧波成分較Manchester編碼大大減少，因而信號的畸變較小，所以誤碼率較曼切 斯特碼低。井下儀下井之後，地面系統不斷向井下儀發送M2命令，M2命令經過遠距離有限帶 寬的傳輸之後，到井下有嚴重的變形，所以要通過3514通訊短節的整形之後方能輸入到井 下儀中。3514通訊短節中還有一個供電模塊5，將地面傳送過來的電壓轉換成-+5伏直流 電壓，然後通過電纜將此電壓提供給金屬絕熱瓶2內的集成電路板6。數字聲波測井儀的通訊模塊8接收地面命令並將其由AMI Manchester編碼轉換 成Manchester碼。電纜上傳輸的信號是AMI Manchester編碼，需要將其轉換成Manchester 編碼。本實施例中，通過設定主PSOC晶片13的PGA將來自地面的AMI Manchester波形 放大8至256倍，然後通過設定主PS0C13的通用模擬塊為遲滯比較器，將放大後的AMI Manchester碼轉換為Manchester碼。地面命令轉換成Manchester碼之後，輸入到採集處 理模塊9中。採集處理模塊9將通訊模塊8輸入的已轉換成Manchester碼的地面命令轉換 成16位的數據包。將主MSC1210晶片11中的2個TIMER —個設定為邊沿捕獲另一個設 定為高電平記數，即可以得到一系列的周期和脈寬值，然後按照中點跳變的方向，計算出 Manchester碼數據流所代表的16位數據。採集處理模塊9從16位的地面命令數據包中解析出地面指令。16位的數據包前 八位是地址，後八位是命令。採集處理模塊首先判斷數據包中的地址是否是數字聲波測井 儀對應的地址，如果不是，則不對命令做處理。相反如果判斷地面命令是發給數字聲波測井 儀的，則根據命令進行相應的處理。採集處理模塊9採集並處理經前置放大器4放大的聲波探測器3檢測信號，計算 處理後得到井下地層孔隙度數據。採集處理模塊9首先通過A/D轉換器對經前置放大器4 放大的聲波探測器3檢測信號進行連續採樣，採樣率為1毫秒，然後通過軟體算法對轉換為數字量的採樣信號進行計算處理，並將計算處理後得到的井下地層孔隙度數據存儲在數據 存儲器中。採集處理模塊9根據地面命令把數據存儲器中的井下地層孔隙度數據發送到通 訊模塊8中。如果地面命令是回傳數據，則採集處理模塊9從存儲器中讀出數據，然後利用 MSC1210晶片11中的PWM功能，設定其周期和脈寬，並隨時根據編碼的二進位數，調整周期 和脈寬的設定，便可產生出非常標準的20位Manchester編碼數據流。採集處理模塊9將 Manchester碼的回傳數據發送到通訊模塊8中。通訊模塊8把回傳數據轉換成AMI Manchester碼發送至地面。設定主PS0C晶片 13之中的COUNTER，組成一個5微妙和2個2. 5微妙的單穩態，這樣每當Manchester的電 平跳變時觸發便生成了 AMI Manchester。通訊模塊8將AMI Manchester碼的回傳數據通 過電纜發送至地面系統。綜上所述，本實用新型通過把通訊模塊8、採集處理模塊9、前置放大器4、高壓控 制電路7、高壓模塊10集成在一塊集成電路板6上並封裝在金屬絕熱瓶2內，從而提高了數 字聲波測井儀的耐高溫性、增強了儀器的可靠性和精確性。另外本實用新型的金屬絕熱瓶 2的通訊模塊8、採集處理模塊9的供電電源為+5伏直流電，功耗小，從而保證了金屬絕熱 瓶2內的溫度升高不會過快，進一步增強了數字聲波測井儀的耐高溫性。儘管上文對本實用新型進行了詳細說明，但是本實用新型不限於此，本技術領域 技術人員可以根據本實用新型的原理進行各種修改。因此，凡按照本實用新型原理所作的 修改，都應當理解為落入本實用新型的保護範圍。
權利要求一種數字聲波數字聲波測井儀，包括殼體(1)及設置在殼體(1)內的以下部件金屬絕熱瓶(2)；聲波探測器(3)，用於發出聲波並檢測由井璧反射的聲波信號產生相應的檢測信號；連接聲波探測器(3)的前置放大器(4)，用於放大聲波探測器(3)的檢測信號；連接前置放大器(4)的採集處理模塊(9)，用於接收並處理由前置放大器(4)放大的檢測信號得到井下地層孔隙度數據；連接採集處理模塊(9)的通訊模塊(8)，用於接收地面命令並發送給採集處理模塊(9)以及將採集處理模塊(9)的井下地層孔隙度數據發送給地面系統；其特徵在於所述前置放大器(4)、通訊模塊(8)、採集處理模塊(9)置於金屬絕熱瓶(2)內，其中通訊模塊(8)和採集處理模塊(9)由集成電路模塊構成。
2 .根據權利要求1所述的數字聲波測井儀，其特徵在於所述前置放大器(4)、通訊模 塊(8)、採集處理模塊(9)集成在一塊集成電路板(6)上。
3.根據權利要求2所述的數字聲波測井儀，其特徵在於還包括向金屬絕熱瓶(2)內的 通訊模塊(8)和採集處理模塊(9)提供+5伏直流電的供電模塊(5)。
4.根據權利要求1至3任一項所述的數字聲波測井儀，其特徵在於所述的聲波探測器(3)包括聲波發射電路(31)和聲波接收電路(32)，其中所述的聲波探測器(3)的個數為兩 個。
5.根據權利要求1至3任一項所述的數字聲波測井儀，其特徵在於還包括位於金屬絕 熱瓶(2)內的高壓控制電路(7)和向聲波探測器(3)供應高壓的高壓模塊(10)，
6.根據權利要求1至3任一項所述的數字聲波測井儀，其特徵在於所述採集處理模 塊(9)由兩塊MSC1210晶片構成。
7.根據權利要求1至3任一項所述的數字聲波測井儀，其特徵在於所述通訊模塊(8) 由兩塊PSOC晶片構成。
8.根據權利要求6所述的數字聲波測井儀，其特徵在於所述前置放大器(4)設置在 MSC1210晶片中。
9.根據權利要求6所述的數字聲波測井儀，其特徵在於所述MSC1210晶片連接高壓 控制電路(7)，向高壓控制端傳輸地面高壓控制信號。
專利摘要本實用新型公開了一種數字聲波測井儀。該測井儀包括殼體(1)及設置在殼體(1)內的以下部件金屬絕熱瓶(2)；聲波探測器(3)；連接聲波探測器(3)的前置放大器(4)；連接前置放大器(4)的採集處理模塊(9)，用於接收並處理由前置放大器(4)放大的檢測信號得到井下地層孔隙度數據；連接採集處理模塊(9)的通訊模塊(8)，用於接收地面命令並發給採集處理模塊(9)及將採集處理模塊(9)的輸出數據發送給地面系統；前置放大器(4)、通訊模塊(8)、採集處理模塊(9)置於金屬絕熱瓶(2)內，其中通訊模塊(8)和採集處理模塊(9)由集成電路模塊構成。採用這樣的結構，可以減少功耗，提高測井儀的耐高溫性和精確性。
文檔編號E21B49/00GK201763327SQ20102053306
公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月17日 優先權日2010年9月17日
發明者張峰, 黃文幟 申請人:吉艾科技(北京)股份公司