聲波測井發射換能器驅動系統的製作方法

2023-11-04 21:20:32 2

專利名稱：聲波測井發射換能器驅動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及聲波測井的技術領域，具體涉及一種聲波測井發射換能器驅動系統。
背景技術：
聲波測井是地球物理測井的主要方法之一，在油氣田的勘探和開發階段均有著廣泛的應用。理論及試驗研究表明，聲源頻帶特性對測井效果有很大的影響，對於不同的測井目的和地質條件應該採用合適的聲源頻帶。例如對於單極子聲波測井來說為了突出縱橫波通常需要較高的聲源頻率；而若想獲得較好的斯通利波則需要工作在低頻模式；對於套管井固井質量測井來說，聲源主頻通常設在20kHz左右；對於偶極子橫波測井，希望聲源頻率在偶極彎曲波截至頻率附近(彎曲波截至頻率與地層及井眼尺寸有關)。此外，不同地層對聲波的衰減作用有較大差別，因此對聲源功率也有不一樣的要求。目前聲波測井儀發射換能器通常採用一定寬度的高壓矩形脈衝進行激勵，用戶無法根據工程或科研需要進行聲源頻率的控制。·

發明內容
本發明的目的是提供了一種新的聲波測井發射換能器驅動系統。用戶可以根據需要靈活的配置所需要聲源參數，提高聲波測井數據的質量，使聲波測井更好的為生產和科研服務。技術方案一種聲波測井發射換能器驅動系統，含有波形產生模塊、線性功率放大模塊和發射換能器，還包含有地面波形設計模塊，所述地面波形設計模塊是用戶用地面儀根據需要選擇或設計具有不同頻帶的波形數據或控制指令，通過遙測短節下發給聲波下井儀的井下控制單元；
所述井下波形產生模塊井下控制單元(如MCU、DSP、FPGA、CPLD等)根據接收到地面的波形數據；或者是井下控制單元已存儲的波形數據，通過地面儀向井下控制單元發送控制指令，使井下控制單元自己產生波形數據；將上述波形數據通過D/A轉換產生低壓模擬波形，並通過濾波電路、放大電路進行信號調理後輸出低壓模擬波形Signal波形；
功率放大模塊採用線性功率放大電路(如變壓器耦合甲乙類推挽功率放大電路)將低壓模擬波形Signal波形進行功率放大(通常輸出的電壓峰峰值應達到幾百伏乃至數千伏)，放大後的高壓波形施加在發射換能器上，從而向外輻射聲波。所述功率放大電路包括信號耦合變壓器Tl、升壓變壓器T2、功率MOS管Q1、Q2等，Signal信號經過信號耦合變壓器Tl變成極性相反的兩路信號Sigl和Sig2，信號耦合變壓器Tl的次級繞組有一個中心抽頭，該中心抽頭與偏置電壓Vbis相連，以避免交越失真(也可以採用運算放大器構成的同相放大、反相放大及求和電路實現)；信號Sigl經過電阻R1、R3分壓後加在功率MOS管Ql的柵極，信號Sig2經過電阻R2、R4分壓後加在功率MOS管Q2的柵極，功率MOS管Ql、Q2的源極均與地相連；功率MOS管Ql的柵極依次通過穩壓二極體Dl、D2後與地相連，功率MOS管Q2的柵極依次通過穩壓二極體D3、D4後與地相連，對功率MOS管Ql和Q2起到保護作用；功率MOS管Ql、Q2的漏極分別與所述升壓變壓器T2的初級繞組兩端連接，該初級繞組有一個中心抽頭，該中心抽頭與高壓直流電源HV相連，為功率放電電路提供能量；升壓變壓器T2的次級繞組兩端與發射換能器M兩端相連；功率MOS管Q1、Q2的源極分別通過電阻R5和R6與高壓直流電源HV相連；功率MOS管Q1、Q2的在Signal信號的正負半周輪流導通，通過升壓變壓器T2升壓後對發射換能器M進行激勵。為了提高功率放大電路輸出線性度及工作穩定性可以增加負反饋。該發射換能器的驅動方法適用於單極、偶極、四極等各種聲波測井儀發射換能器的激勵，對各種形狀和結構的壓電式換能器、電磁式換能器等均具有適應性。有益效果本發明的優點在於可以在地面對發射電路的脈衝波形進行設計，根據地質情況及測井需要選擇更加有利的激勵波形，獲取更好的測井資料。提高了聲波測井儀的地層適用性。本發明應用於偶極子聲波測井儀，有效降低了聲源的頻率。


圖I是本發明的系統框 圖2是採用本發明系統產生的一種寬帶發射波形及頻譜；
圖3是採用本發明系統產生的一種窄帶發射波形及頻譜；
圖4是採用本發明系統產生的一種掃頻發射波形及頻譜；
圖5是本發明的功率放大電路的電路圖。
具體實施例方式實施例I :如圖I所示的聲波測井發射換能器驅動系統，主要由地面波形設計模塊、波形產生模塊、功率放大模塊和發射換能器等組成。用於聲波測井儀發射換能器的驅動，目的是通過控制激勵發射換能器向地層輻射聲波，更具體的說，是用於對聲波測井儀聲源特性(頻帶、幅度等)的控制。其中發射換能器的驅動方法適用於單極、偶極、四極等各種聲波測井儀發射換能器的激勵，對各種形狀和結構的壓電式換能器、電磁式換能器(等)均具有適應性。圖I中各部分功能描述如下
地面波形設計模塊用戶用地面儀根據需要選擇或設計具有不同頻帶的波形數據(或控制指令)，通過遙測短節下發給聲波下井儀。為了便於說明，圖2 圖4給出了幾種脈衝的時域波形及頻譜(並不局限於這幾種波形)。井下波形產生模塊井下控制單元(如MCU、DSP、FPGA、CPLD等)根據接收到地面的波形數據或指令(也可以是井下已存儲的波形數據，或地面向井下發送指令井下控制單元自己產生波形數據)通過D/A轉換產生低壓模擬波形，並通過濾波電路、放大電路等進行信號調理最終輸出低壓模擬波形Signal波形。功率放大模塊採用功率放大電路(如變壓器耦合甲乙類推挽功率放大電路)將低壓模擬波形Signal進行功率放大(通常輸出的電壓峰峰值應達到幾百伏乃至數千伏)，放大後的高壓波形施加在發射換能器上，從而向外輻射聲波。功率放大電路見圖5。圖5中，Signal信號經過信號I禹合變壓器Tl形成極性相反的兩路信號Sigl和Sig2，Vbis為偏置電壓，以避免交越失真(也可以採用運算放大器構成的同相放大、反相放大及求和電路實現);信號Sigl (Sig2)經過電阻R1、R3 (R2、R4)分壓後加在功率MOS管Ql(Q2)的柵極，功率MOS管Q1、Q2的源極均與地相連，D1、D2 (D3、D4)為穩壓二極體，對功率MOS管Ql (Q2)起到保護作用；HV為高壓直流電源，為功率放電電路提供能量；功率MOS管Ql、Q2在Signal信號的正負半周輪流導通，通過升壓變壓器T2升壓後對換能器M進行激勵。為了提高功率放大電路輸出線性度及工作穩定性可以增加負反饋。各元器件主要連 接關係在圖中均已標明。
權利要求
1.一種聲波測井發射換能器驅動系統，含有波形產生模塊、功率放大模塊和發射換能器，其特徵在於，還包含有地面波形設計模塊，所述地面波形設計模塊是用戶用地面儀根據需要選擇或設計具有不同頻帶的波形數據或控制指令，通過遙測短節下發給聲波下井儀的井下控制單元；所述井下波形產生模塊井下控制單元根據接收到地面的波形數據；或者是井下控制單元已存儲的波形數據，通過地面儀向井下控制單元發送控制指令，井下控制單元自己產生波形數據；將上述波形數據通過D/A轉換產生低壓模擬波形，並通過濾波電路、放大電路進行信號調理後輸出低壓模擬波形Signal波形；功率放大模塊採用線性功率放大電路將低壓模擬波形Signal波形進行功率放大,放大後的高壓波形施加在發射換能器上，從而向外輻射聲波。
2.根據權利要求I所述的聲波測井發射換能器驅動系統，其特徵在於，所述功率放大電路包括信號耦合變壓器Tl和升壓變壓器T2、功率MOS管Q1、Q2，所述Signal信號經過信號耦合變壓器Tl變成極性相反的兩路信號Sigl和Sig2 ;信號Sigl經過電阻Rl、R3分壓後加在功率MOS管Ql的柵極，信號Sig2經過電阻R2、R4分壓後加在功率MOS管Q2的柵極，功率MOS管Q1、Q2的源極均與地相連；功率MOS管Ql的柵極依次通過穩壓二極體Dl、D2後與地相連，功率MOS管Q2的柵極依次通過穩壓二極體D3、D4後與地相連；功率MOS管QU Q2的漏極分別與所述升壓變壓器T2的初級繞組兩端連接，該初級繞組有一個中心抽頭，該中心抽頭與高壓直流電源HV相連，為功率放電電路提供能量；升壓變壓器T2的次級繞組兩端與發射換能器兩端相連；功率MOS管Ql、Q2的源極分別通過電阻R5和R6與高壓直流電源HV相連；功率MOS管Q1、Q2的在Signal信號的正負半周輪流導通，通過升壓變壓器T2升壓後對發射換能器M進行激勵。
3.根據權利要求2所述的聲波測井發射換能器驅動系統，其特徵在於，信號耦合變壓器Tl的次級繞組有一個中心抽頭，該中心抽頭與正向偏置電壓Vbis相連。
全文摘要
本發明涉及一種聲波測井發射換能器驅動系統，含有地面波形設計模塊、波形產生模塊、功率放大模塊和發射換能器等，用戶用地面儀根據需要選擇或設計具有不同頻帶的波形數據或控制指令，通過遙測短節下發給聲波下井儀的井下控制單元，井下控制單元控制D/A轉換器產生低壓模擬波形，並通過濾波電路、放大電路進行信號調理後輸出Signal波形，然後利用功率放大電路將Signal波形進行功率放大，最後將其施加在發射換能器上，從而向外輻射聲波。本發明的優點在於可以在地面對發射電路的脈衝波形進行設計，根據地質情況及測井需要選擇更加有利的激勵波形，獲取更好的測井資料。提高了聲波測井儀的地層適用性。
文檔編號E21B47/14GK102889079SQ20121039206
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月16日 優先權日2012年10月16日
發明者張博, 王軍傑, 王武營, 成思, 周祥熹, 鄧方青, 劉峰, 常平平, 殷謙, 喬喜梅 申請人:中國電子科技集團公司第二十二研究所