一種多頻電磁波電阻率測量系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種多頻電磁波電阻率測量系統，包括主控單元、設有發(fā)射天線的發(fā)射單元、設有接收天線的接收單元、地面系統和MWD探管；所述主控單元內包括MCU板、發(fā)射和接收控制板；所述MCU板使用一塊ARM板搭接而成，通過儀器總線與MWD探管連接實現通信控制，通過內部總線控制發(fā)射和接收控制板，所述地面系統對所述MCU板內的數據進行配置和下載；所述發(fā)射和接收控制板利用FPGA實現，所述發(fā)射和接收控制板控制發(fā)射單元發(fā)射電磁波、控制接收單元接收信號、處理接收的信號。本實用新型所采用的硬件執(zhí)行效率高，分工協作，能夠有效、準確地測量井下地質的電阻率；測井的準確度和精度高；且成本相對較低，可靠性好。
【專利說明】一種多頻電磁波電阻率測量系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及測井領域，特別涉及隨鉆電阻率測井技術，具體為一種多頻電磁 波電阻率測量系統。
【背景技術】
[0002] 在石油行業(yè)地質導向鉆井和隨鉆測井中，通常由隨鉆電磁波電阻率測量裝置獲得 地層電阻率，用來劃分地層剖面、鑒別油氣層、確定儲層的含油飽和度，是測井解釋評價油 氣儲藏的主要依據。
[0003] 目前，公知的隨鉆電磁波電阻率測量裝置通常采用具有多個發(fā)射線圈和接收線圈 的線圈系，利用電磁波傳播原理，發(fā)射線圈以不同的工作頻率發(fā)射電磁波，電磁波經過地層 傳播之后被不同間距的接收器接收，得到多組接收信號的相位差和幅度比，經過轉換之后， 獲得不同探測深度的相位差電阻率或幅度衰減電阻率。所以，如何提高電磁波電阻率測量 裝置的準確度以及測量精度是本領域技術人員一直追求的目標。
【發(fā)明內容】
[0004] 為了解決以上的技術問題，提供一種準確度和精度都較高的電磁波電阻率測井儀 儀器，本實用新型提供了一種多頻電磁波電阻率測量系統。
[0005] 其具體方案如下：
[0006] 一種多頻電磁波電阻率測量系統，包括主控單元、設有發(fā)射天線的發(fā)射單元、設有 接收天線的接收單元、地面系統和MWD探管；所述主控單元內包括MCU板、發(fā)射和接收控制 板；所述MCU板使用一塊ARM板搭接而成，通過儀器總線與MWD探管連接實現通信控制，通 過內部總線控制發(fā)射和接收控制板，所述地面系統對所述MCU板內的數據進行配置和下 載；所述發(fā)射和接收控制板利用FPGA實現，所述發(fā)射和接收控制板控制發(fā)射單元發(fā)射電磁 波、控制接收單元接收信號、處理接收的信號。
[0007] 在較佳的技術方案中，所述發(fā)射單元包括信號發(fā)射板、調諧板，所述接收單元包括 前放板、信號接收板；所述發(fā)射和接收控制板依次通過信號發(fā)射板、調諧板后通過發(fā)射天線 將電磁波發(fā)出；所述接收天線采集的電磁波依次通過前放板、信號接收板后傳送至發(fā)射和 接收控制板。
[0008] 在較佳的技術方案中，所述ARM板外接FLASH、EEPROM和AD芯片。
[0009] 在較佳的技術方案中，所述FPGA通過DAC、DDS和可變增益選擇輸出電路實現多頻 率輸出；FPGA通過ISB或SPI方式連接通訊數據存儲板，FPGA控制發(fā)射板電源和接收板電 源。
[0010] 在較佳的技術方案中，所述MCU板由帶有電源板的電池供電。
[0011] 在較佳的技術方案中，所述前放板用于信號放大。
[0012] 在較佳的技術方案中，所述信號接收板接收的信號包括采集的信號和由發(fā)射和接 收控制板發(fā)出的本振信號。
[0013] 在較佳的技術方案中，所述發(fā)射天線為四個，所述接收天線為二個。
[0014] 本實用新型通過MCU板作為中央處理中心控制整個測量系統，發(fā)射和接收控制板 輔助MCU工作，承擔了發(fā)射、采集以及算法模型預處理等工作。本實用新型所采用的硬件執(zhí) 行效率高，分工協作，能夠有效、準確地測量井下地質的電阻率。
[0015] 本實用新型的方案自帶電源，且電量完全滿足采集的需要。在測井這種惡劣的環(huán) 境下，避免了由地面系統供電而造成的不穩(wěn)定、斷電等問題，提高測井的準確度和精度。
[0016] 本實用新型發(fā)射天線的個數為四個，接收天線的個數為兩個，發(fā)射頻率為400KHZ 和2MHz。多個發(fā)射天線交替發(fā)射不同頻率的信號，分別對每個頻率的信號計算其衰減電阻 率和相位電阻率，不同頻率計算出的結果既能起到相互補充的作用，又能起到相互檢驗的 作用。
[0017] 本實用新型采用的ARM板和FPGA都是常用的電路板，容易根據實際需要進行相應 的編程，成本相對較低，但可靠性卻很好。
[0018] 前放板的放大電路可將UV甚至nV級小信號放大，有效提高采集信號的質量，極大 地提高測量的精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1為一種多頻電磁波電阻率測量系統的系統組成圖；
[0020] 圖2為一種多頻電磁波電阻率測量系統的電子線路的布局；
[0021] 圖3為本實用新型系統電源的變換模型；
[0022] 圖4為MCU板的原理框圖；
[0023] 圖5為信號發(fā)射和接收板的原理框圖；
[0024] 圖6為信號發(fā)射板的原理框圖；
[0025] 圖7為調諧板的原理框圖；
[0026] 圖8為前放板的原理框圖；
[0027] 圖9為信號接收板的原理框圖；
[0028] 表1為系統電池在最大發(fā)射功率情況下的續(xù)航能力估算表。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖對本實用新型的實施方式進行詳細說明。
[0030] 如圖1所示，一種多頻電磁波電阻率測量系統，包括發(fā)射天線和接收天線，還包 括同時與地面系統和MWD探管連接的MCU板，所述MCU板由帶有電源板的電池供電，所述 MCU板通過內部總線向發(fā)射和接收控制板發(fā)送命令；所述發(fā)射和接收控制板依次通過信號 發(fā)射板、調諧板后通過發(fā)射天線將電磁波發(fā)出；所述接收天線采集的電磁波依次通過前放 板、信號接收板后傳送至發(fā)射和接收控制板。
[0031] 本實施例中的發(fā)射天線為四條，接收天線為兩條。MCU板實現相關算法模型的運 算，數據的通信、存儲以及內部電源的監(jiān)測功能；發(fā)射和接收控制板實現4路信號的發(fā)射控 制，功率選擇控制，以及2路接收信號的采集，以及算法模型的預處理計算；信號發(fā)射板主 要實現發(fā)射信號的放大處理，本實施例中的信號發(fā)射板為兩塊；信號接收板主要負責接收 天線感應信號，同時對接收信號進行混頻、濾波處理，信號接收板為兩塊；調諧板使發(fā)射信 號產生諧振，調諧板為兩塊；前放板主要將接收天線感應信號在前級進行放大，前放板為兩 塊；電源板用于將電池通過DC/DC產生內部相關電源。上述MCU板和發(fā)射和接收控制板作 為主控單元，信號發(fā)射板一、信號發(fā)射板二、調諧板一、調諧板二、發(fā)射天線構成發(fā)射單元， 信號接收板一、信號接收板二、前放板一、前放板二、接收天線構成接收單元。
[0032] 如圖2所示，芯體1由電池組組成，芯體2由電源板、M⑶板、發(fā)射和接收控制板、 信號發(fā)射板一和二、信號接收板一和二組成，芯體3包括BAT和GND，電源板電阻率儀器上端 轉接頭與MWD儀器通過單芯連接，單芯信號為通信號線TSB，芯體1與芯體2之間通過3芯 高壓插針連接，3芯定義為：通信線TSB、電池正極BAT+、電池負極BAT-;芯體2與芯體3同 樣通過3芯高壓插針連接，3芯定義為：通信線TSB、電池正極BAT+、GND，芯體3與儀器下端 接頭單芯連接，單芯通信號線TSB。
[0033] 如圖3所示本實用新型的系統電源的變換模型，系統內部自帶電池供電，電池的 電壓范圍為20V?24VDC，容量28Ah，地面系統對儀器進行配置和數據下載也采用電池供 電。儀器內部電子線路的主電源包括+24V、±9V、+5VD，其中+24V直接由電池提供為信號 發(fā)射板的天線的發(fā)射驅動電源，經過DC/DC后的±9V為信號接收板的供電電源，經過DC/DC 的+5VD為數字芯片總電源，進入MCU板、發(fā)射和接收控制板和其他數字芯片之前還需通過 依次DC/DC，而且模擬電源和數據電源的地分離開。當發(fā)射電路以最大電流約200mA發(fā)射電 磁波信號，而DC/DC電源模塊以70%的效率估算，系統最大功耗約為10W，則系統電池在最 大發(fā)射功率情況下的續(xù)航能力估算如表1所示，從該表可以看出，電池的續(xù)航能力完全滿 足需要。
[0034]
【權利要求】
1. 一種多頻電磁波電阻率測量系統，其特征在于：包括主控單元、設有發(fā)射天線的發(fā) 射單元、設有接收天線的接收單元、地面系統和MWD探管；所述主控單元內包括MCU板、發(fā)射 和接收控制板；所述MCU板使用一塊ARM板搭接而成，通過儀器總線與MWD探管連接實現通 信控制，通過內部總線控制發(fā)射和接收控制板，所述地面系統對所述MCU板內的數據進行 配置和下載；所述發(fā)射和接收控制板利用FPGA實現，所述發(fā)射和接收控制板控制發(fā)射單元 發(fā)射電磁波、控制接收單元接收信號、處理接收的信號。
2. 如權利要求1所述的一種多頻電磁波電阻率測量系統，其特征在于：所述發(fā)射單元 包括信號發(fā)射板、調諧板，所述接收單元包括前放板、信號接收板；所述發(fā)射和接收控制板 依次通過信號發(fā)射板、調諧板后通過發(fā)射天線將電磁波發(fā)出；所述接收天線采集的電磁波 依次通過前放板、信號接收板后傳送至發(fā)射和接收控制板。
3. 如權利要求1或2所述的一種多頻電磁波電阻率測量系統，其特征在于：所述ARM板 外接FLASH、EEPROM和AD芯片。
4. 如權利要求3所述的一種多頻電磁波電阻率測量系統，其特征在于：所述FPGA通過 DAC、DDS和可變增益選擇輸出電路實現多頻率輸出；FPGA通過ISB或SPI方式連接通訊數 據存儲板，FPGA控制發(fā)射板電源和接收板電源。
5. 如權利要求4所述的一種多頻電磁波電阻率測量系統，其特征在于：所述MCU板由 帶有電源板的電池供電。
6. 如權利要求5所述的一種多頻電磁波電阻率測量系統，其特征在于：所述前放板用 于信號放大。
7. 如權利要求2所述的一種多頻電磁波電阻率測量系統，其特征在于：所述信號接收 板接收的信號包括采集的信號和由發(fā)射和接收控制板發(fā)出的本振信號。
8. 如權利要求1所述的一種多頻電磁波電阻率測量系統，其特征在于：所述發(fā)射天線 為四個，所述接收天線為二個。
【文檔編號】E21B47/13GK204082133SQ201420529709
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權日:2014年9月15日
【發(fā)明者】何明, 李英波, 劉金柱 申請人:北京環(huán)鼎科技有限責任公司