第6章-多极子阵列声波测井仪-2015-(2)..ppt

1、测井仪器原理,主讲人：卢俊强 2015年11月,2,第6章 多极子阵列声波测井仪,6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理 6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL 6.2.1 MPAL仪器结构 6.2.2 仪器连接总线 6.2.3 系统控制电路 6.2.4 数据采集电路 6.2.5 模拟信号接收处理 6.2.6 发射电子线路 6.2.7 数据采集组合模式 6.3 交叉多极子阵列声波测井仪XMAC II 6.3.1 XMAC II性能指标 6.3.2 仪器总体结构 6.3.3 控制采集电路 6.3.4 串行命令设置原理 6.4 小结,3,6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理,6.1 多极子阵列声波测井

2、仪测量原理 现代声波成像测井仪器体系的主要类型，典型代表 SLB：DSI，Sonic Scanner；Atlas：XMAC；Hlbdn：LFD，WaveSonic； 国产：MPAL 6.1.1 软地层中单极测量的局限性 单极全波测量的特点 硬地层：cpcsc0， 软地层：cpc0而csc0， 而，不再有沿井壁传播的滑行横波,-入射角；-纵波折射角 -横波折射角,声波在液固界面的传播模式,4,6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理,单极换能器及其振动模式,声波在液固界面的传播模式,不同地层时单极全波测井的典型波形：硬地层，软地层,5,6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理,6.1.2 多极子横波测量

3、特点 偶极子声源：振动相位相同的两个声源组成 四极子声源：相邻振动相位相反的四个声源组成 特点 均为频散模式波，截止频率内等于S波速 截止频率与介质有关，如软地层偶极截止频率仅为数百Hz 抑制P波，使S波成为首波便于处理,偶极子和四极子声源的指向性曲线,6,6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理,偶极子和四极子声源的振动模式,挠曲波波速与频率关系曲线,测井使用的偶极和四极压电换能器,7,6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理,6.1.3 正交偶极各向异性测量原理 各向异性探测是目前解决复杂储层问题的主要手段之一 声波测井中各向异性测量采用水平TI模型（HTI） 正交偶极测井通过对快慢横波参数的提取

4、获取地层各向异性（如判断地层最大主应力方向） 发射器与接收器的关系,交叉偶极工作原理,各向异性地层中的横波分裂,8,6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理,利用交叉偶极求取地层各向异性实例,X发射时在接收器可得到的XX和XY分量,由X、Y交替发射可得到交叉偶极的四个测量分量，进而获取地层的快、慢横波数据,9,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL 6.2.1 MPAL仪器结构 仪器主要包括5个部分 发射电子线路 发射声系 隔声体 接收声系 主控电子线路,MPAL仪器结构和系统组成,10,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,MPAL仪器结构示意,MPAL仪器电

5、子系统组成示意,11,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,MPAL的主要技术指标 极限工作环境：175/140MPa 遥测通信方式：CAN总线 近单极（最小）源距：2.591m； 偶极源距：3.124m； 全波单极源距：3.658m； 接收换能器：压电陶瓷，8组32个，间距0.152m 发射换能器：压电陶瓷，单极个，四极(可工作于单极)个，偶极2组； 最高测速：600m/h 数据采集：A/D分辨率16位，采样时间4us - 32us，8通道并行 工作模式：单站，单极全波，偶极，交叉偶极，四极全波,12,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,6.2.2 仪器连接总线分析 1. 井下仪器互连总线

6、 控制器局域网CAN 传输速率（降速）800kbps,测井仪与遥测电路接口,TMS320 x240 xA CAN模块框图,13,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,2. 仪器控制命令总线TCB 通过TCB，控制单元向发射电路、接收电路和采集电路等发送控制命令和参数设置命令 发射模式选择，启动激励 接收模式选择 数据采集速率，采集深度 串行传输，差分时钟，自复位，设备随机寻址,控制命令总线与受控单元接口,14,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,3. 板间高速局部数据传输总线HLB 两个4通道数据采集板到系统主控板的专用接口 多源单目，SPI串行传输方式，速率5Mbps CPLD自动控制,高

7、速串行数据传输接口原理图,15,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,6.2.3 系统控制电路 以TI的16位定点DSP（TMS320LF2407A）为核心 主要功能 井下仪器总线（CAN）接口 局部高速串行数据总线 数据缓存 控制仪器工作：发射，接收，数据采集和处理,MPAL系统控制电路原理图,16,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,6.2.4 数据采集电路 8路同步高速高精度数据采集 分为板级两个子系统 由DSP设定，CPLD控制，本地FIFO缓存,数据采集系统组成结构图,MPAL数据采集原理框图,17,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,基于CPLD的数据采集控制器原理 串行命令接

8、收及译码 采集参数寄存器组 采集启动及速率控制器 采集深度控制器 ADC状态检测和FIFO读取控制器,18,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,基于CPLD的数据采集控制器原理,ADC工作时序,19,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,6.2.5 模拟信号接收处理 处理8X4共32个接收站信号 分为两个板级子系统 主要功能 32路信号通道接口 8路模式信号合成 单极，偶极，四极 8路信号通道组合选择 单极，偶极，交叉偶极，四极，单站，自检 8路程控放大 调节动态范围-2148dB，总计69dB，3dB步进 8路有源带通滤波,20,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,1、通道构成及原理,模

9、拟信号接收及处理原理框图,21,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,2、缓冲放大电路 同相放大，高频提升，输入保护 3、信号合成电路 单极，Mn=(X1+X2)+(Y1+Y2) 偶极，RnX=（X2-X1）， RnY=（Y2-Y1） 四极，Qn=(X1+X2)-(Y1+Y2) 4、测试信号发生器,偶极、单极、四极信号合成电路原理,22,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,5、信号选择电路 多路选择模拟开关MUX 开关类型：8选1、2x4选1、4x2选1 通道控制命令，信号MSEL17（7bit） MSEL13，通道信号类型选择 MSEL45，偶极信号组合（同侧8路，交叉4路） MSEL67

10、，单站信号选择,偶极信号选择真值表,采集信号选择真值表,23,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,信号选择电路原理图,24,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,6、程控增益调节 衰减器从0dB到-21dB共八级，3dB步进 放大电路0dB，24dB和48dB三级，24dB步进 7、有源滤波器 通频带250Hz20kHz 边带80dB/dec（四阶）衰减率,有源滤波器电路原理图,增益组合表 单位:dB,25,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,6.2.6 发射电子线路 发射电子线路主要包括：串行命令接口、发射逻辑控制器、驱动电路、大功率激励电路、高压脉冲变压器组、储能电路、供电电源等,26

11、,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,命令译码及发射逻辑控制器由CPLD实现 发射电路采用互补VMOS推动大功率VMOS通过脉冲变压器升压后激励压电换能器,储能电路和单极发射电路原理图,27,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,6.2.7 数据采集组合模式,MPAL数据采集组合模式表,28,6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL,6.2.8 采集控制软件,MPAL地面采集控制软件功能,与CNPC的EILog成像测井系统兼容 测井时必须深度驱动，测试时可为时间或深度驱动,29,6.3 交叉多极子阵列声波测井仪XMAC II,6.3.1 交叉多极子阵列声波测井仪XMAC II Atlas多极子声

12、波发展轨迹 MAC，XMAC，XMAC-II，XMAC-F1,XMAC-II仪器外形图：发射声系，接收声系，隔声体,30,6.3 交叉多极子阵列声波测井仪XMAC II,XMAC-II与MPAL相比各自的特点 更高的耐温耐压指标 每个通道都采用独立的DSP控制 采集控制，数据处理，数据缓存 ADC性能：16bit/5us 采用了独立的1678XE前置信号处理短节 发射电路 储能电路采用了有源泵电路改善放电特性 激励宽度靠单稳态电路延迟控制 井下系统互连采用Atlas专有的WTS 使用M2下行命令通道和可选的M5、M7上行传输通道 仪器内部控制命令总线 采用简单的移位寄存器序列模式，每次设置必须完成所有bit后才能有效,31,6.3 交叉多极子阵列声波测井仪XMAC II,6.3.2 XMAC II仪器构成 控制采集1677EA，接收电路及接收声系1678MB，隔声体1678PA，发射声系1678BA，发射电路1678FA,XMAC-II仪器构成框图,32,6.3 交叉多极子阵列声波测井仪XMAC II,6.3.3 XMAC II串行命令设置原理 CPU电路与仪器接收短节和发射短节之间的命令互联,33,6.4 思考题,(3)试述多极子声波测井的主要特点。 (7)