微機聲速測井自動防跳系統的製作方法

2023-04-28 14:11:41 1

專利名稱:微機聲速測井自動防跳系統的製作方法
本發明論及一種帶有微機控制的石油地質勘探聲速測井自動防跳系統。
公眾所知，無論怎樣的聲速測井，關鍵在於正確無誤地捕捉到地層聲波信號的首波時間，從而得出準確的聲速時差△T的結果。但是由於各種因素的幹擾(如電幹擾、機械碰撞幹擾等)，使時差測量產生跳動，當然，由於首波幅度過小檢測不到而產生的周波跳躍也屬這一類。這種跳動使記錄的時差△T產生跳變異常。為了解決此類問題許多防跳方案相繼問世。如窗口濾波電路、時差比較電路、跟蹤延遲電路等等。它們的缺點是電路複雜、硬體多、效果不明顯，並且比較窗口值是定值(△W＝20～22微秒)，不能根據當時測井實際地層而變動。這樣，時差測井曲線的重複性和一致性是難以保證的。美國德萊賽(DRESSER)公司3600系列雙發雙收(補償)聲速測井儀就是採取這種方法。為了克服上述缺點，西安石油學院屈維章、張家田撰寫一篇題為「單板機在聲速測井儀的防跳電路中的應用」一文中，論述了在3600系列雙發雙收聲速測井儀硬體電路的基礎上，應用Z80-TP801單板機及其軟體來完成防跳電路的記數、比較等功能，但是基礎數據還是依靠上述電路，仍不準確。上述資料刊登在《測井技術》雜
一九八四年第六期中，其附圖刊登在《測井技術》雜
一九七九年第四期增刊上。另外，美國斯侖貝謝(SCHLUMBERGER)公司生產的CSU-D型儀器中，其補償效能由軟體程序完成，其程序複雜，難以掌握。
本發明的目的是提件一種既簡單可靠，又易於普通專業人員掌握的自動防跳系統電路，即在現有的普通雙發雙收補償聲速測井儀的基礎上，設計幾級具有專用功能的電路，將接收到的聲波信號規範化，準確地捕捉到表徵聲波傳播時間的波形，便於檢測出準確的聲波時差防止不應有的記錄跳變，提高測量值的重複性和一致性。
本發明是這樣實現的由聲波遠、近道信號自動切換電路、信號鑑別電壓自動跟蹤電路和信號首、次波時間檢測與數據傳送接口電路構成一完整的防跳系統，在遠、近接收信號交替變換的實際測井中，在下井發射邏輯的控制下，由聲波遠、近道信號自動切換電路將遠、近道信號分離，以便分別鑑別比較、放大;利用微機跟蹤延遲脈衝驅動鑑別電壓自動跟蹤電路，使其輸出的鑑別電壓值始終跟蹤接收信號首波幅度值按比例變化;為了防止在某一道信號首波時間無法檢測到時而產生的周波跳躍，由信號首、次波時間檢測電路及微機系統的數據傳送接口電路處理後，同樣能由兩道信號的次波時間測得準確的時差。
本發明的解決方案，以下結合附圖1至3作進一步說明。
有關專業人員熟知，當前聲速測井儀選用的下井儀聲繫結構，均為雙發雙收井眼補償型，遠發與近發(亦稱上發與下發)接收到的遠近兩道聲波信號，均經地面儀的同一個放大器放大，送至同一電壓比較器進行鑑別比較，以得到信號形成脈衝，這種電路結構的缺點是由於兩道接收信號的幅度不同，採取同一電路進行處理與轉換，難以得到比較滿意的信號形成脈衝。本發明的遠、近道信號自動切換電路工作原理如圖1所示，在兩道信號的「跟隨器1」和「跟隨器2」之後，加一雙向「模擬開關3」，其「通」、「斷」選擇分別由下井發射邏輯脈衝控制，使加至「跟隨器4」的僅是近道信號，而加至「跟隨器5」的僅是遠道信號。因此，只須調整「放大器6」和「放大器7」的不同放大倍數，就可以保證信號幅度衰減較大的遠道信號幅度與信號幅度衰減較小的近道信號幅度相同或相近，以便鑑別比較提高測量精度;鑑別電壓自動跟蹤電路原理如圖2所示(圖中只示出近道，遠道與此相同，不另附圖與說明)，當雙道信號自動切換後，近道信號經「放大器6」加至「門13」一輸入端，「門13」的另一輸入端同時輸入由「微機CTC1-8」產生的近道跟蹤延遲脈衝觸發「延遲門I12」後輸出的近延遲門I脈衝，這樣，「門13」輸出的包括首波在內的近道聲波信號分別加至「低電平比較器16」、「高電平比較器17」和「門15」，與此同時，由「CTC1-8」產生的近道跟蹤延遲脈衝觸發「近道延遲門Ⅱ14」。使其輸出近道延遲門Ⅱ脈衝，此脈衝也輸至「門15」，選通出僅有近道首波的信號脈衝，經「跟隨器22」、二極體V6，加至「電容器C2」進行脈衝展寬，積分成脈動直流電壓，經「功放器23」後，由「電位器RP3」選取一定的電壓比加至「高電平比較器17」，作為下一次測井信號到來時刻比較器的鑑別電壓。可見，由此獲得的鑑別電壓值是隨信號首波幅度的大小而按比例變化的，因而實現了比較器鑑別電壓自動跟蹤信號首波幅度的目的。最後，由比較器輸出的近道聲波信號分別通過「延遲單穩18」和「保持單穩19」、「門20」經「形成器21」形成近道信號形成脈衝;信號首、次波時間檢測及微機系統的數據傳送接口電路工作原理如圖3所示(圖中只示出近道，遠道與此相同，不另附圖與說明)，地面同步脈衝同時加至「首波時間形成器24」和「次波時間形成器26」，由近道鑑別跟蹤電壓比較出的近道信號形成脈衝分別輸至「首波時間形成器24」和「分頻器25」，此時「首波時間形成器24」輸出的首波時間門脈衝經「反相器27」後，分別加至「8D鎖存器34」和「8D鎖存器35」的使能端G，而「分頻器25」將近道首波信號形成脈衝二分頻後加至「次波時間形成器26」，由「次波時間形成器26」輸出的次波時間門脈衝經反相器28，分別加至「8D鎖存器32」和「8D鎖存器33」的使能端G，當頻率為5兆赫的定時脈衝輸至「與非門29」時，其輸出填有0.2微秒脈寬的信號次波時間數加至串行「計數器30」(屬低8位)和「計數器31」(屬高8位)，然後並行輸出至「8D鎖存器32」和「8D鎖存器33」。至此，由8D鎖存器的功能表得知，當其輸出控制端OUC為低電位、使能端G為高電位時，輸出端Q保持輸入端D的狀態，因此，當次波時間門正脈衝加至「8D鎖存器32」和「8D鎖存器33」的使能端G時，「計數器30」和「計數器31」所計的次波時間數即加至「8D鎖存器34」和「8D鎖存器35」的輸入D端，而「8D鎖存器34」和「8D鎖存器35」的輸出控制端OUC分別被微機系統的地址口Y6和Y7所控制，使能端G則由首波時間門正脈衝控制，而微機程序編制的取數「中斷」時間始終保證首波數在前、取次波數在後，這樣，由兩個地址口徑「D0～D7」8位數據線即可將首波數和次波數的低8位與高8位送至內存的指定單元，以便整機各服務程序的運行和計祘。
本發明所稱的「微機聲速測井自動防跳系統」，其優點在於上述三種電路以及數據傳輸接口電路是相互有機相連的完整系統，但又可根據不同信號特徵要求進行分別引用，與現有技術相比，具有使聲速測井時差記錄準確、重複性好、穩定性好、電路結構簡單、操作方便、容易掌握等優點。正如上文所述，信號輸入部分採用遠、近道信號自動切換電路後，使兩道衰減不同的測井信號各自得到不同的放大倍數，尤其是井徑擴大和薄互層較多的井段，不會因遠道信號衰減大而檢測不到首波時間，使測井曲線記錄出現跳變;在選用了信號鑑別電壓自動跟蹤電路後，不但解決了遠道信號人工難以調準鑑別電壓的老問題，增強了儀器的防跳能力，使曲線具有良好的一致性和重複性，而且電路結構簡單，操作方便，排除了人為因素對曲線質量的影響;信號首、次波時間檢測電路及微機系統的數據傳送接口電路的應用，進一步保證了在信號幅度很小，以致有一道信號首波時間檢測不到時，可以保證用檢測到的信號次波時間完成時差測量，由程序識別輸出，再一次防止了測井曲線不應有的跳變。數據傳送接口電路的特點在於保證在較少位數(8位)的數據線上，傳送較多的位數(16位)兩種不同數據的傳送，並不影響測井速度。
以下結合附圖4至9所表示的實施例，對本發明作詳細說明。
圖4是遠、近道信號自動切換電路圖;
圖5是遠、近道信號自動切換電路工作波形時序圖;
圖6是信號鑑別電壓自動跟蹤電路圖;
圖7是信號鑑別電壓自動跟蹤電路工作波形時序圖;
圖8是信號首、次波時間檢測及數據傳送接口電路圖;
圖9是信號首、次波時間檢測及數據傳送接口電路波形時序圖。
由圖4(並參照圖5)表示出由微機電路系統CTC1-7輸出的周期為10毫秒的主控脈衝(圖5的CTC1-7示出)，通過反向器D1(SN7404)加至由十進計數器連成的五分頻器D2(SN7490)的B端，其QB端輸出周期為50毫秒的正脈衝(由圖5的D2-QB示出)去觸發J-K觸發器D3(SN7473)的時鐘端CK，其J、K端接電源VCC(高電位)，Q端和
Q端分別輸出上發射和下發射邏輯信號(由圖5的D3-Q和D3-
Q示出)，又分別通過反相器D4(SN7404)和D5(SN7404)、二極體V3(IN914)和V4(IN914)加至放大器N8(MC1536)放大5倍，再由功放大器N9(823)輸出後分別加至模擬開關N3(AD7512DI)的3、4端和信號變壓器T2初級的中心抽頭(由圖5的N3-3、4示出)，由變壓器T2的2、5端子經相應的電纜芯送至井下儀器，觸發下井儀上、下發射器，向井壁發射聲波信號。接收到的聲波信號經相應的電纜芯饋送到變壓器T1的1、3端子，經跟隨器N1(LM302H)加至模擬開關N3的13端的聲波信號則為上發射的遠道信號和下發射的近道信號(由圖5的N3-10示出)。當加至模擬開關N3的3、4端的發射邏輯電壓輸入時，在下發射時刻模擬開關N3的13端與14端相接通，10端與11端相接通，跟隨器N4(LM302H)和N5(LM302H)分別接收的是近道信號和遠道信號，而下發射時刻模擬開關N3的13端與12端接通，10端與9端接通，跟隨器N4和N5分別接收的也是近道信號和遠道信號，即放大器N6(LM313H)的輸入端3接收到的測井信號永遠保持為近道信號(由圖5的N6-3示出)，而放大器N7(LM318H)的輸入端3接收到的測井信號永遠是遠道信號(由圖5的N7-3示出)，這就實現了遠、近信號的自動切換，根據實際測井需要，可將放大器N7的放大倍數調至50倍，將放大器N6的放大倍數調至10倍即可，使遠、近道信號經不同的放大後具有相同(或相近)的幅度，以利於後級電路的鑑別比較和檢測，為防跳創造了條件。
由圖6(並參照圖7)表示出了經過放大的近道信號(由圖7的N6-6示出)輸至模擬開關D9(AD7512)的14端時，由微機程序控制從CTC1-8輸出的近道跟蹤延遲正脈衝(由圖7的CTC1-8示出)同時觸發雙單穩態門D8(MC9602)的4端和12端，其6端輸出一寬為1000微秒的延遲門工正脈衝(由圖7的D8-6示出)，加至模擬開關D9的3端，由其選通後，其13端輸出近道信號分別輸給低電平比較器N10(LM319 1/2 )、高電平比較器N11(LM319 1/2 )、模擬開關D10(AD7512)的11端。比較器N10和N11俗稱「雙過零比較電路」，N10低電平比較電壓一般固定在50～100毫伏的某一個值，以保證信號時間檢測的準確，N11高電平比較電壓要求高於幹擾信號電壓，並等於被檢測信號幅度的90%為最佳，然而在實際測井過程中，因被檢測的信號幅度隨不同的地層而變化，所以比較器N11的高電平比較電壓，即鑑別電壓應隨被檢測的信號電壓幅度變化而自動跟蹤，當近道信號輸至模擬開關D10的11端時刻，由雙單穩態D8的10端輸出的寬為100微秒的近延遲門Ⅱ正脈衝(由圖7的D8-10示出)加在模擬開關D10的4端，由模擬開關D10選通出僅有近道信號首波的正信號(由圖7的D10-10示出)，由跟隨器N12(LM302)輸出，經電容器C1(47微法)和二極體V6(2CK19)在電容器C2(0.022微法)上進行脈衝展寬，積分成脈動直流電壓(由圖7的N13-3示出，經跟隨器N13(LM302)輸出後由電位器RP3(100千歐)調節一定的電壓比，加至高電平比較器N11)作為下一次測井信號到來時刻高電平比較
別電壓，可見，這一電壓的變化是跟隨近道信號首波幅度變化而變化的，同理，也可以獲得遠道信號鑑別電壓的跟蹤。雙單穩態D11(MC9602)和D13(MC9602)分別實現低電平比較信號的兩次延遲和高電平比較信號的「保持」，經與非門D12(SN7400 1/2 )觸發D13的11端，由D13的9端輸出信號形成脈衝(由圖7中D13-9示出)，供首、次波時間檢測。
由圖8(並參照圖9)表示出當地面同步脈衝(由圖9的D7-6示出)加至鎖存器D14(SN74279 1/4 )和D17(SN74279 1/4 )的R端時刻(地面同步脈衝還將作為清零脈衝加至除2計數器D15、計數器D21、D22、D23、D24的清零端)，跟蹤鑑別電壓比較後形成的近道信號形成脈衝也加至鎖存器D14的S端和除2計數器D15(SN7493)的A端，此時，鎖存器D14的Q端則輸出首波時間門脈衝，經反相器D18(SN7404 1/6 )反相後(由圖9的D18-4示出)，同時加至三態的8D銷存器D27(SN74373)和D28(SN74373)的使能端G。當次波時間門脈衝加至與非門D19(SN7404 1/6 )的5端和D20(SN7404 1/6 )的4端時，與非門D20的5端輸入頻率為5兆周(周期為0.2微秒)的標準時鐘脈衝(由圖9的D20-5示出)，其6端輸出的則是在次波時間門內填有周期為0.2微秒的標準時鐘脈衝個數，加至串行計數器D21、D22、D23、D24(均為SN74393 1/2 )進行計數(由圖9的D21-1示出)，並行輸出至8D鎖存器D25(SN74373)和D26(SN74373)的對應D端，由於鎖存器D25和D26的輸出控制端OUC均接地，故只要它們的使能端G加入次波時間正脈衝時，次波時間數的低8位數和高8位數即可加至鎖存器D27(SN74373)和D28(SN74373)，由於鎖存器D27和D28的輸出控制端OUC分別由地址口Y6和Y7控制，所以，只要它們的使能端G加入首波時間正脈衝時，首波時間數的低8位數和高8位數即可經數據線CPU「D0～D7」加至內存的指定單元，由於程序的設置始終保證兩道首波數的取數「中斷」在次波數的取數「中斷」之前，故數據的運行，時差、孔隙度和累計時間的計祘，以及其輔助功能的發揮均能正常工作。
權利要求
1.微機聲速測井自動防跳系統，其特徵在於該系統包括遠、近道信號切換電路，在遠、近道接收信號交替變換的測井中，該電路被下井發射邏輯信號控制，在其輸出端獲得遠、近道接收信號的分離，以便分別進行比較
別和放大；
別電壓自動跟蹤電路，該電路受微機跟蹤延遲脈衝的控制，以保證
別電壓值始終跟蹤接收信號首波幅度按比例變化；信號首、次波時間檢測電路和數據傳送接口電路，以保證在某一道信號首波時間無法檢測到時，同樣能由兩道信號的次波時間測得準確的時差。
2.根據權利要求
1所述的聲速測井自動防跳系統，其特徵在於實現遠、近道接收信號分離是依靠下井發射邏輯信號控制一個模擬開關的「通」與「斷」，通過輸出端的固定連接，以保證輸至地面的測井信號無論是上發時刻或下發時刻都能被分別輸出。
3.根據權利要求
1所述的微機聲速測井自動防跳系統，其特徵在於鑑別電壓是利用微機跟蹤延遲脈衝觸發一延遲門，選通出測井信號的首波正脈衝，經展寬、積分、直流放大後，選取一定的電壓比而獲得的。
4.根據權利要求
1所述的微機聲速測井自動防跳系統，其特徵在於信號首、次波時間檢測電路是採用一個二分頻器將測得的聲波形成信號二分頻後獲取到含有信號次波在前的信號形成脈衝，然後選用與信號首波時間門電路相同的方法獲得信號次波時間門脈衝。
5.根據權利要求
1所述的微機聲速測井自動防跳系統，其特徵在於數據傳輸接口電路選用四個帶三態門的8D鎖存器，分別在首波時間門、次波時間門和兩個地址口的控制下，將信號首波數和信號次波數經8位數據線送至內存的指定單元，以保證用較少的數據線傳送兩組位數較高的數據。
6.根據權利要求
1至5所述的微機聲波測井自動防跳系統，其特徵在於上述三個防跳電路既可以根據不同信號特徵要求個別引用，實現級間電路的轉換，也可以系統應用。
專利摘要
本發明在評述現行聲速測井儀由於「防跳」性能不佳，致使聲波時差(尤其是在信號衰減較大的井段)記錄不準，曲線重複性差，現場操作不方便的基礎上，提出了解決以上問題而設計的遠、近道自動切換電路；信號鑑別電壓自動跟蹤電路；信號首次波時間檢測及數據傳送接口電路等組成的「防跳」系統。該系統電路結構簡單，記錄準確穩定、現場操作方便、性能價格比高，並在描述各電路的工作原理的基礎上，敘述了本「防跳」系統在WS85型微機聲速測井儀中的應用。
文檔編號G01V9/00GK87105363SQ87105363
公開日1988年4月6日 申請日期1987年8月1日
發明者葉伯堯, 胡昌旭, 劉晉武 申請人:西安石油勘探儀器總廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan