EILog超声成像测井仪演示文稿压制

《EILog超声成像测井仪演示文稿压制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《EILog超声成像测井仪演示文稿压制（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、EILog超声成像测井仪,提 纲,声 系 的 说 明,仪 器 综 述,总 体 电 路 说 明,单 元 电 路 说 明,操 作 说 明,一、 仪器综述,仪器描述,超声成像测井是一种用反射超声波作信息载体的测井方法。与常规测井不同的是，它不是用曲线而是用图像来表现井下地层的特性。这种图像是从井内所看到的井壁的实际影像。 它全面地反映了井壁的结构和特征，使我们能够获得对井眼的全面的了解。用超声成像测井图像来评价裂缝具有明显的优越性。我们可以直观地从图像上解释裂缝和孔洞，识别裂缝的形态，区分垂直裂缝还是斜交裂缝（水平裂缝是倾角为零的斜交裂缝），这种裂缝及裂缝形态的识别都无须进行任何计算。我们还可以通过

2、简单计算求得裂缝的倾角和方位等等。这些优越性不仅在油田勘探中有着重要的应用，而且在水文地质、煤炭等其它领域都有重要的应用 超声成像测井的另一重要用途是在套管井中检查套管射孔。例如检查射孔的井深、射孔层位的厚度、射孔孔数等等。另外， 套管埋在井下，由于频繁的井下作业和地下水的腐蚀等原因， 往往造成套管变形和腐蚀破损，影响油井的正常生产。超声成像测井图像可为修井作业提供重要信息资料，如寻找套管破损位置，估计套管变形和破损程度等等，这些资料将为套管修复作业提供重要依据。,一、 仪器综述,井下仪器耐温：155C 井下仪器耐压：100Mpa 裂 缝 分 辨 率：1mm 可测井眼范围：115-240mm

3、扫描速度：每秒5圈；一圈采集512个点 供电电源频率：50Hz 供电电源电压：220V 声波探头频率：0.5MHz、 1.5MHz 泥浆密度： 1.25g/cm3 适应井斜范围： 6度 仪器外径：89mm 仪器长度：5.3m 探头：两个（0.5MHz、1.5MHz)，但每一个即做为发射又做为接收为使用；,仪器总体指标,一、 仪器综述,在电脉冲的作用下换能器向井壁发射超声波脉冲束，而在反射超声波的作用下换能器又能产生相应的电脉冲信号。当声波到达井壁后，被井壁反射回来，并沿着与入射波相反的方向回到换能器，并被换能器接收下来，形成所谓的回波。我们可以从回波中提取回波幅度和回波时间两种重要的信息。一般

4、来说，对于不同的井径，声波束照射在井壁上的直径约为10 -15毫米，选择适当的仪器提升速度就可以探测到全部井壁。 回波幅度的大小反映井壁介质的性质和井壁的结构。井壁介质的密度越大，反射的能量越大，回波幅度就越大；反之回波幅度就小。回波时间指的是从换能器发射超声波开始到换能器接收到回波信号为止之间的时间间隔。所以，从回波时间信息中我们可以获得有关井径和裂缝的资料，可以根据这些资料来解决如套管变形评价的问题。,仪器测量原理,裂缝是在碳酸盐岩地层中油气储存和流通的主要通道。裂缝按形态可分为斜交裂缝和垂直裂缝。斜交裂缝是裂缝面与井轴成一定角度相交的裂缝。斜交裂缝在图像上的显示为一个正弦波曲线,一、 仪

5、器综述,垂直裂缝是裂缝面沿着与井轴平行的方向与井眼相交的裂缝。垂直裂缝将井眼劈为两半，显然，井壁上将形成两条对称的交线 。,一、 仪器综述,回波时间,回波幅度,回波幅度,回波时间,以回波最高幅度的半波检波得到回波幅度信息。 以发射到回波首波到达时间计数得到回波时间信息。,L = VT S = R+T/2,一、 仪器综述,射孔 孔眼,套管 接箍,一、 仪器综述,超声成像测井仪电路由电源、发射、信号检测放大、同步、信号采集传输五部分组成。,二、 总体电路说明,采集传输控制单元主要作用：1、接收由遥测单元发来的仪器控制命令，控制仪器的工作频率选择、发射高/低电源选择、地磁/电源同步方式选择、电路控制

6、增益选择。2、产生点同步。3、按仪器要求控制对幅度、噪声的采样。4、将采样得到的回波幅度、回波时间及仪器舱温度等信息编码后送到GO-DATA数据线，供遥测单元采用。,发射激励单元主要作用：1、受控产生1.5M及0.5M激励信号。2、在点同步的控制下、选择发射高/低电源，激励换能器。,二、 总体电路说明,放大检测单元主要作用：1、选择1.5M或0.5M接收信号进行放大。2、实现可控增益放大。3、获取回波幅度采样，检测回波时间到达。,同步产生的主要作用：产生每周行起始的同步，使地磁北极与探头的旋转起始的一致。在套管井地磁被屏蔽时由电源50Hz分频产生。,二、 总体电路说明,一、电源,三、 单元电路

7、说明,三、 单元电路说明,100K超声成像测井仪电源由12VDC、5VDC、34VDC组成。12VDC：由电源变压器输出20VAC给整流电路（整流电路由D1、D2、D3、D4组成），整流输出约为20VDC，经过电容C5、C6滤波，输入给U2(LM150)电压调节器，输出为12VDC，再经C7、C8滤波后提供给其它电路使用。12VDC电路工作原理与12VDC相似。5VDC: 由电源变压器输出10VAC给整流电路（整流电路由D9、D10、D11、D12组成），整流输出约为10VDC，经过电容C1、C2滤波，输入给U1(LM150)电压调节器，输出为5VDC，再经C3、C4滤波后提供给其它电路使用。

8、34VDC：由电源变压器输出40VAC给整流电路（整流电路由D13、D14、D15、D16组成），整流输出约为40VDC，经过电容C13、C14滤波，输入给U4(LM150)电压调节器，输出为34VDC，再经C15、C16滤波后提供给发射电路使用。,三、 单元电路说明,二、发射为适应不同井况的测井要求，超声成像仪器配有2个不同频率的超声换能器0.5MHZ，1.5MHZ。发射电路根据操作员的命令，选择T1.5或T0.5任一换能器工作，同时地面还提供换能器激励电压选择，点同步信号做换能器点火命令。,三、 单元电路说明,三至五个发射周期,高低发射选择,点同步,发射选择,发射电路,振荡,三、 单元电路

9、说明,1、发射部分成2个独立发射通道：1.5MHZ，0.5MHZ,三、 单元电路说明,各点对应波形示意图：,三、 单元电路说明,F1/F2为工作换能器选择信号：,U2的输出脉冲正宽度取决于各自的定时元件C4、R6和C3、C5。 调整R使各自输出正脉冲宽度等于相应工作换能器标称周期的五倍， 即每次发射5个周期的声波脉冲。 一般情况为：,P+为发射开始命令，经过U1两次倒相后加到U2的TRB触发端。,2、振荡器,1.5M振荡器由U3:A、U3:B、U4:D组成 0.5M振荡器由U3:C、U3:D、U5:D组成 其输出为：,三、 单元电路说明,3、换能器驱动,以1.5M为例：由三极管D1，变压器T1

10、组成。当发射声波强度选择信号H/L为L时，经过U1:B、U1:E缓冲，加至U4：A的第二脚。此时，U4：B输出低电平，振荡器的输出脉冲串只能经U4:C驱动三极管D1的基极，与此同时H/L还加到D11的基极，导致D10截止，由5V电源VCC通过R18、D9供电。这时换能器上得到的发射脉冲幅度Vpp为：34Vpp。此被称为低功率发射，这种状态特别适合于清水井或套管井测试。当H/L为H时，一方面，将U4:A开启，三极管D1基极由U4:C、U4:B同时提供基极驱动；另一方面，将D11、D10同时开通，34VDC加到电容器C11上作为发射D2的集电极供电电压，发射幅度上升约为：70Vpp。此被称为高功率

11、发射，这种状态特别适合于声波衰减较大的井况测试。0.5MHz换能器激励电路与1.5MHz电路相似。,三、 单元电路说明,三、信号检测放大,放大与信号检测是井下仪器的主通道，他将发射板接收到的微弱超声回波信号放大到适合于处理要求的范围，检测出超声回波电压的峰值、超声回波的传播时间送给信号采集传输电路。,三、 单元电路说明,放大电路（选择输入、可控放大、放大）,可控增益,选择输入,三、 单元电路说明,放大电路（幅度检波、噪声托尾检测、时间检测）,幅度检波,时间检测,三、 单元电路说明,1、工作换能器选择工作换能器选择由一片器选一模拟多路转换器CD4052构成，我们占用2路,当-GAT为低电平时U1

12、中X=X0或X1，此时没有信号加到放大器。当-GAT为高电平时，选通X2或X3。,三、 单元电路说明,三、 单元电路说明,2、 可变增益放大器该部分由6支晶体管构成，TR1、TR3共射放大器，TR4和TR5构成饱和开关，基极受井上送下的命令GB、GA控制，设置4档GB、GA，档位间隔通过调整射极电阻来实现。当控制信号为低时，开关三极管截止，射极电阻R7、R10对放大器来说有较大的负反馈；当控制信号为高时，开关三极管饱和导通，将C6或C9的一端与地相连，交流成负反馈减，于是提高了放大器的放大倍数，而直流偏置不变，放大器增益与控制信号的关系如下：,三、 单元电路说明,3、 对数变换,井下采用了8b

13、itA/D转换，（8位数码）其动态范围不能满足输入信号动态范围的要求，采用对数放大器将其压缩，对数变换器由2支CA3026双差分对构成四级限幅器，限幅器的输出在2支晶体管构成相加器的内相加，输出信号由集电极单端输出。,三、 单元电路说明,对数放大器输出信号最大为0.8VP-P，后置放大器将对数放大器输出信号进一步放大约10VP-P，即再提供20dB以上的电压增益。放大由TR9、TR10构成10倍电压增益放大器，TR16构成跟随器，TR16和TR10采用交流耦合，为避免放大器直流漂移对后面检波器带来不良影响，TR16提供射极直流电压约为0.4V，此为检波器的偏置电压。由于半导体器件随温度变化，因

14、此，TR16射极电压也要随温度变化，为此其基偏由另一半导体器件TR103提供相同规律变化的偏置电压，起到一定的补偿作用。放大器同时也起到信号分配作用，由TR9集电极输出至TR12作为时间检测的输入信号，由TR16射极输出到R504作为拖尾信号供给自动门限生成电路，经R514接到幅度检测电路。后置放大器的信号2路，一路采用幅度检测，另一路作为时间检测输入信号。,4、 后置放大器,三、 单元电路说明,5、 回波幅度检测,回波信号由二极管TR11的正极输入，信号正峰保持在电容C68上，峰值电平经U10:A送往A/D转换器。三极管TR14是C68的放电通路。在发射脉冲期间，由于选通门的漏极或其它原因，

15、在TR11正端会有一个较大的无用信号。此信号往往比真实回波信号幅度还大。如不将其放掉，必会遮盖回波。因此，在发射脉冲及其后的一段时间内，TR14导通，将TR11接地，只有在有效的范围内，才允许C68、TR11检波电路正常工作。,C68上保持的信号峰值电平可在较长的时间内保持稳定，A/D转换结束后，先将C68上的信号电平放掉，再进行系统噪声峰值检波，噪声峰值送到U11的3脚，经U11采样后，送至U10:B由R82输出改变时间检测门限。,三、 单元电路说明,6、时间检测,时间检测完成超声波传播时间的检测，时间检测由采样保持电路，拖尾幅度检测（门限形成电路）和快速比较构成。,1）、噪声采样保持,TR

16、100、TR17、C78构成换能器拖尾幅度检测，检测到的尾巴幅值经二极管TR101加到电容器C75。U11、U10:B为噪声采样保持电路。由后置放大器来的回波信号经TR12加到高速比较器U12和C75上的门限电平进行比较，当有回波信号时，U12输出正脉冲，经TR106和U13:B、U14:C缓冲后送到采集传输电路。超声波发射的重复频率为2.56KHZ，即相隔391us发射一次。在多数情况下，约300us以后，超声已衰减到0，电路中只有系统噪声存在，在下一次发射前100us即可进行噪声采样。在采样脉冲SAMP有效期间，U11高速采样保持电路将C68上的噪声正常值电平保持下来，U10将U11采集的

17、噪声电平作适当缓冲放大，以保证99以上的噪声峰值小于U10:B的输出电平，从而使系统噪声不至于被当作信号检测出来，即噪声电平为换能器拖尾结束后的门限电平。,三、 单元电路说明,2）、拖尾幅度检测,在被测井径较小时，回波到达时，换能器拖尾还未结束，两者相混，要测出正确的井径，只能将高出拖尾幅度的信号作为回波信号检测出。而换能器的拖尾与许多因素有关，如换能器的Q值、声系结构、匹配情况等，其中多半因素带有不确定性，这就是说最佳的信号检测系统应该有自适应性，本仪器在时间检测中，每个发射脉冲所产生的拖尾都被实时检测出，作为近距离时间检测的一个控制参数。三极管TR100、二极管TR17和电容C78构成当次

18、发射脉冲拖尾幅度峰值检测电路。NPL为检测时刻控制脉冲，只有当NPL为低电平时，由TR15发射极来的信号才被允许检波，检测时刻根据发射换能器的不同分别为P+脉冲后延迟10us（1.5MHz）或40us(0.5MHz)，其检测开窗宽度均为12us左右。C78上保持的信号经U100缓冲放大后加到定时电容C75。C75和R82以及R515、U10:B的输出内阻R0共同构成一放电回路，其起始值为拖尾幅值，终了值为噪声电平。时间常数由上述C75及三个电阻确定。其中R6很小，R515很大，均可忽略，主要影响为R82。R82、C75的选择由声系的等效时间常数确定。在实际电路中用调整R82来改变。上图为自适应门限示意图。调整R82即改变由拖尾幅度Vt至噪声电平Vn过渡过程的长短，使曲线(发射振铃）正好与拖尾包络一致。,