声波时差测井仪器.ppt

,测井仪器,本科生课件,内容提要,侧向测井仪器 微球形聚焦测井仪器感应测井仪器声波时差测井仪器自然伽马测井仪器,第二部分 声法测井仪器,波的传播过程中，不同介质情况、不同岩性地层、不同孔隙地层、不同压实状况地层、不同地质年代地层，波动传播速度不同，波的能量衰减也不同。,检查套管井水泥胶结状况,声法测井,判断地层岩性、计算储层孔隙度、进行孔隙流体识别,声波时差测井,声幅测井,第一章 补偿声波时差测井仪,第一节 有关问题回顾,一、裸眼井测井中声波传播途径及接收探头信号波列,经井筒泥浆直接到达，被井壁反射到达，经地层滑行后到达。,1、到达接收探头的声波传播路径,2、接收探头收到的声波波列 计算表明，经过高速地层的声波在传播中出现许多种波形成分，它们随时间依次排列，形成一个声波波列。,二、补偿声波时差测量原理,由上可见，在声波速度（时差）测井中，通过合理设计源距，能够使最初到达接收探头的是滑行纵波。,在一个发射周期内，前半周期由发射探头T1向地层发射声波脉冲信号，两个接收探头R1和R2先后接收到沿井壁传播的滑行波并转化为电信号，其首波时间差为t1。后半周期由发射探头T2向地层发射声波脉冲信号，由接收探头R2和R1先后接收滑行波并转化为电信号，其首波时间差为t2。在一周期内对两个时差信号取平均值作为记录点处的时差测量值。,补偿声波时差测井能够减小或消除因井径变化或仪器倾斜给测量带来的影响，也对单发双收测井中仪器记录点与实际对应的地层测量点不一致的情况进行了有效补偿。但分层能力有所降低。,第二节 SLT-N补偿声波测井仪,SLTN声波测井仪总体结构如图，其中SLCKB为通用的电子线路短节；SLSRC声系可提供井眼补偿时差(BHCAt)、声波幅度、井径和综合传播时间等测井值；SLSSC声系可提供长源距井眼补偿时差(DDBHCAt)和全波记录波形。,一、SLT-N声波测井仪设计思路,声系为双发、四接收结构。发射频率为20Hz。每一个补偿声波测量周期包含等时间的四次发射接收组合。其中，称一个周期内的测量过程为一个序列，进行一次发射与接收的过程称为一个字，把每个字按三等分等时分割，每一份称为一个相。一个序列中字、发射器、接收信号间的对应关系如下表所示。,1、方法构思,在一个测量周期内出现在电缆线上的合成信号如下图所示。,2、仪器设计构思,设计适用于通用短源距补偿声波时差测井的声系。设计控制电路，其模块示意图如下。,包括时序控制电路、声波发射电路、声波信号接收放大电路，增益脉冲处理电路等。,时序控制电路：在规定时刻控制声系发射声波；在规定时间选择接收探头信号；在规定时间打开测量道的控制门；在规定时间向地面提供序列同步标志和发射标志标志信号。,发射电路：收到发射触发指令后能够按要求向发射线圈提供所需的电流脉冲信号。,信号接收放大电路：有效对声信号进行放大，对噪声进行抑制；将测量背景噪声传输给地面仪器；根据地面仪器反馈信息调整放大器的放大倍数。实时地将一个测量周期内的各种标志信息、声波测量信息进行合成；提供一定的功率输出驱动信息发送。,增益脉冲处理电路：对地面仪器发来的脉冲进行计数并形成增益码，以便用来控制测量放大器的放大倍数。,二、SLT-N补偿声波时差测井仪的结构,SLT-N补偿声波测井仪由声系和测量电路组成。,1、声系 声系由声发射器、声接收器及起保护、支撑作用的钢隔声体和声耦合油囊等组成。通用SLSRC型声系是双发射四接收声系系统，其结构图为,2、测量电路,测量电路包括时序控制电路、声波发射电路、声波信号测量电路、增益脉冲电路四大部分。,三、SLT-N声波测井仪电路工作原理 SLT-N声波测井仪通过两个发射探头的四次发射和四个接收探头的四次接收过程来实现一个补偿声波时差测量工作的。在一个测量周期中，由地面仪器下来的60Hz交流电通过基本时序电路处理产生相信号A、B，字信号W1、W2、W3、W4，上、下发射控制信号D和序列标志信号E。,在字1期间，由W1信号控制接收选择开关电路，将R4探头与测量电路放大器相接；由A相信号控制增益脉冲控制电路，使其能够根据地面仪器发送来的脉冲数产生相应的增益码给接收电路中的变增益放大器；由E信号控制S-T0信号产生电路，产生序列同步信号，该信号经混合电路发送给地面仪器；由B信号控制门控电路产生宽度为1.7ms脉冲去测量电路打开控制门，使R4探头检测到的噪声信号经测量电路发送给地面仪器；,由B信号触发发射触发脉冲形成电路，产生上发射触发脉冲信号给上发射电路，由发射电路激发上声发射探头向地层发射声波脉冲，同时上发射电路返回给上发射触发脉冲形成电路一个脉冲信号，使其产生T0脉冲给S-T0信号产生电路，产生发射同步信号，该信号经混合电路发送给地面仪器；由B信号触发100 us和4.5ms单稳态电路，产生4.4ms宽度的脉冲信号，经控制门电路去测量电路打开控制门，使R4探头检测到的滑行波信号经测量电路发送给地面仪器。,在字2期间，由W2信号控制接收选择开关电路，将R2探头与测量电路放大器相接；由A相信号控制增益脉冲控制电路，使其能够根据地面仪器发送来的脉冲数产生相应的增益码给接收电路中的变增益放大器；由B信号控制门控电路产生宽度为1.7ms脉冲去测量电路打开控制门，使R2探头检测到的噪声信号经测量电路发送给地面仪器；由B信号触发发射触发脉冲形成电路，产生上发射触发脉冲信号给上发射电路，由发射电路激发上声发射探头向地层发射声波脉冲，同时上发射电路返回给上发射触发脉冲形成电路一个脉冲信号，使其产生T0脉冲给S-T0信号产生电路，产生发射同步信号，该信号经混合电路发送给地面仪器；由B信号触发100 us和4.5ms单稳态电路，产生4.4ms宽度的脉冲信号，经控制门电路去测量电路打开控制门，使R2探头检测到的滑行波信号经测量电路发送给地面仪器。,在字3期间，由W3信号控制接收选择开关电路，将R1探头与测量电路放大器相接；由A相信号控制增益脉冲控制电路，使其能够根据地面仪器发送来的脉冲数产生相应的增益码给接收电路中的变增益放大器；由B信号控制门控电路产生宽度为1.7ms脉冲去测量电路打开控制门，使R1探头检测到的噪声信号经测量电路发送给地面仪器；由B信号触发发射触发脉冲形成电路，产生下发射触发脉冲信号给下发射电路，由发射电路激发下声发射探头向地层发射声波脉冲，同时下发射电路返回给下发射触发脉冲形成电路一个脉冲信号，使其产生T0脉冲给S-T0信号产生电路，产生发射同步信号，该信号经混合电路发送给地面仪器；由B信号触发100 us和4.5ms单稳态电路，产生4.4ms宽度的脉冲信号，经控制门电路去测量电路打开控制门，使R1探头检测到的滑行波信号经测量电路发送给地面仪器。,在字4期间，由W4信号控制接收选择开关电路，将R3探头与测量电路放大器相接；由A相信号控制增益脉冲控制电路，使其能够根据地面仪器发送来的脉冲数产生相应的增益码给接收电路中的变增益放大器；由B信号控制门控电路产生宽度为1.7ms脉冲去测量电路打开控制门，使R3探头检测到的噪声信号经测量电路发送给地面仪器；由B信号触发发射触发脉冲形成电路，产生下发射触发脉冲信号给下发射电路，由发射电路激发下声发射探头向地层发射声波脉冲，同时下发射电路返回给下发射触发脉冲形成电路一个脉冲信号，使其产生T0脉冲给S-T0信号产生电路，产生发射同步信号，该信号经混合电路发送给地面仪器；由B信号触发100 us和4.5ms单稳态电路，产生4.4ms宽度的脉冲信号，经控制门电路去测量电路打开控制门，使R3探头检测到的滑行波信号经测量电路发送给地面仪器。,在地面仪器中，声波测量模块将根据序列同步标记和发射同步标记确定出一个声波测量序列并检测出R4与R2探头之间，R1与R3探头之间声波到达时间差，然后进行量化，再由计算机根据相关公式计算出补偿声波测井时差。,四、单元电路分析1、时序控制电路分析 时序控制电路由基本时序形成电路、发射脉冲形成电路、选通门控制信号产生电路和S-T0发生器电路组成。,（1）基本时序形成电路分析,由带限幅器的滞后过零电平比较器A1、TTL电平转换器T1、双三分频器U1、U2和双二分频器U3、U4以及序列控制信号与字信号形成电路组成。主要产生60Hz整形方波信号、60Hz时钟信号、A、B三分频相信号、C、D二四分频上下发射控制信号、W1、W2、W3、W4字信号及序列控制信号。,带限幅器的滞后过零电平比较器,由Al及相关电阻、电容、二极管、稳压管组成。主要作用是将正弦波信号变为方波信号。,分析得该电路的上阀值电压为,下阀值电压为,A1输出的60Hz正负方波波形为：,TTL电平转换器,由三极管T1和相应电阻、二极管构成。其作用是将60Hz正负幅度的整形波变为倒相的幅度为0至5V之间的方波，作为时钟信号。,其输入输出波形为：,三分频器,电路：,J、K触发器的逻辑功能：,是由两个J、K触发器U1、U2经一定的链接组合构成，输出相信号A和B。,时钟下跳变之前的J、K端状态：,输入、输出波形：,二、四分频器,电路：,是由J、K触发器U3、U4构成，并且均接成计数器形式，输出C、D控制信号。,下跳变之前的J、K端状态：,输入、输出波形：,序列控制信号与字信号形成电路,电路：,由与非门和非门构成。各信号的逻辑关系如下：,输入、输出波形：,基本时序电路各部分电路工作波形为：,（2）发射触发脉冲形成电路和T0启动脉冲形成电路,由单稳态定时电路、上、下发射触发脉冲形成电路以及T0启动信号形成电路构成。主要产生上、下发射触发脉冲信号及发射标志T0启动信号。,单稳态定时电路,由比较器A1、电阻R1R5、电容C2构成，产生25us定时。,电路工作波形：,上、下发射触发脉冲形成电路,由上下发射控制电路及触发脉冲驱动电路组成，产生上、下两组发射脉冲。,输入、输出波形：,T0启动信号形成电路,由与非门构成的R-S触发器构成，产生T0启动信号。,输入、输出波形：,（3）选通门控制信号产生电路,由100us脉冲信号产生电路、4.5ms脉冲信号产生电路、1.7ms噪声门信号产生电路及信号门控制电路组成。主要产生4.4ms与1.7ms的信号门控制逻辑信号和4.5ms自然伽马禁止门逻辑信号。,100us和4.5ms宽度脉冲信号产生电路 分别由单稳态电路A1和A2及相关二极管和电阻、电容构成，产生100us和4.5ms宽度脉冲信号。,输入、输出波形：,噪声门信号产生电路,由反相积分放大器A3、比较器A4、A5、与非门C4、C5构成，产生1.7ms宽度脉冲信号。,输入、输出波形：,信号门控制电路,由与非门C2、C2、C3和驱动电路构成，为噪声和声信号通过测量放大器提供需要的控制时间，同时也提供禁止伽马仪输出的控制信号。,输入、输出波形：,（4）S-T0信号产生电路,由两个单稳态电路A1、A2、两个驱动电路T1、T2以及一个倒相电路组成，产生正、负同步信号S和发射标志脉冲T0,输入、输出波形：,2、发射电路分析,由直流电压滤波与倍增电路、发射电路和定时电路组成，其中，定时电路包括11us延时电路、17us延时电路、20us直接开关脉冲形成电路和20us延迟开关脉冲形成电路四个环节。,（1）电压滤波与倍增电路分析,由滤波电容C1、C2、电阻R1、R2和电感L1组成。,C1、C2为大容量电容，用于维持480直流电压不变。电阻R1、R2为电容C1、C2的均压电阻，同时当仪器断电后又成为它们的泄放电阻。电感L1有电压倍增的作用。,（2）发射电路分析,由触发脉冲推动管Q3、变压器T1、发射管Q1、Q2、储能电容C1、发射线圈Lx以及相关电阻、二极管、稳压二极管和电容组成。,（3）定时电路分析,由11us延时电路、17us延时电路、20us直接开关脉冲形成电路和20us延迟开关脉冲形成电路组成。,11us延时电路,由集成单稳态器件U1和定时电阻R4和电容C3组成，产生11us宽脉冲延时。,各点波形：,20us直接开关脉冲形成电路,由以T1、T2为中心的两级开关电路和由电容C6、电阻R8构成的微分电路组成。产生20us宽脉冲。,各点波形：,同理，17us延时电路、20us延迟开关脉冲形成电路的工作波形：,3、增益脉冲接收处理电路,由接收脉冲鉴别电路和增益脉冲计数电路组成。,(1)接收脉冲鉴别电路,由无源低通滤波器、高性能反相放大器A1、无源带通滤波器、受控反相放大器A2、峰值检测器A3、比较器A4组成。主要作用是将这不规整波形整形为规则脉冲。,电路各部分的工作波形：,由六级J、K触发器及相应的与非门、非门构成，产生增益码来控制测量放大器的信号放大倍数。,(2)增益脉冲计数电路,增益脉冲计数电路各部分的工作波形：,增益控制真值表：,4、接收放大电路,由接收信号选择开关、前置放大器、可变增益放大器、信号控制门、信号混合器及功率放大器组成。,（1）接收信号选择开关电路,包括完全一样的四个受控开关电路，每个由两个结型场效应管Q1、Q2及一些电阻和二极管构成，主要在各字工作期间将相应的接收探头信号接入测量道。,有关信号工作波形：,（2）可变增益放大器,它是反相放大器，反馈支路是由电阻R10和受控电阻R14、R16和R18并联构成。其中，R14、R16和R18是分别通过三极管开关接入的，开关的状态取决于增益脉冲计数电路输出的控制信号a、b和c的状态。通过可变增益放大，使放大电路达到最佳信噪比。,（3）信号控制门电路,由同相运算放大器A3和有关电阻、三极管等构成，开门时，能够使背景噪声信号、声波信号放大通过测量电路；关门时，几乎完全隔断了前面串入的干扰和噪声的信号。,（4）信号混合器电路,是反相运算放大器，输出信号为不同时刻具有正负极性的S信号、T0信号以及声波信号三者的合成信号。,输入、输出波形：,（5）功率放大器,由运算放大器A5和工作在甲乙类的三极管推挽功率放大器组成，主要是给信号提供一定的能量，使其能通过几千米电缆后不至于造成信号较大衰减。,谢谢！,