專利名稱：三組合測井儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種油氣井測井儀器，尤其涉及一種三組合測井儀，主要用于 對固井質(zhì)量進(jìn)行檢測。
背景技術(shù)：
目前各石油勘探公司對油氣井的固井質(zhì)量非常重視，皆要求用測井方法檢查固 井質(zhì)量。在所有檢測套管井固井質(zhì)量的測井方法中，采用聲學(xué)原理類的儀器是當(dāng)今世界 上較完善的測井方法。變密度測井儀應(yīng)用聲學(xué)原理反映水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量，是一種常規(guī)儀
ο例如，中國專利號“200920034959.1”公開了一種數(shù)字聲波和變密度綜合測井 儀，其申請日為2009.10.12，授權(quán)公告日為2010.8.18，其既可以進(jìn)行聲波時(shí)差法測井， 又可以對固井質(zhì)量進(jìn)行測井，包括兩個發(fā)射晶體，發(fā)射晶體下方為四個接收晶體，發(fā)射 晶體間距為15毫米，中間為隔聲體。接收探頭的間距分別為8英寸，第一個接收晶體據(jù) 發(fā)射晶體的距離為3英尺，第四個接收晶體距發(fā)射晶體的距離為5英尺。發(fā)射晶體和接 收晶體由皮囊包裝，并由硅油充滿。另外，中國專利申請?zhí)枴?00810224566.7”公開了 一種新型聲系陣列結(jié)構(gòu)的聲波測井儀器，其申請日為2008.10.12，
公開日為2009.3.25， 包括基座，該基座包括接收區(qū)和發(fā)射區(qū)，在接收區(qū)依次等間距排列有5個接收換能器， 在發(fā)射區(qū)設(shè)置有1個發(fā)射換能器，在所述發(fā)射區(qū)還設(shè)置有驅(qū)動所述發(fā)射換能器的高壓脈 沖激勵部。但上述測井儀還存在如下不足一、對表層大套管固井質(zhì)量的檢測資料質(zhì)量太 差，不能有效的解釋表層大套管固井質(zhì)量，一次測量的數(shù)據(jù)較單一，效率較低。二、儀 器體積較大，導(dǎo)致儀器可靠性和穩(wěn)定性不佳，且制造成本高，儀器維修不便。三、整個 系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，精度不高，抗干擾能力較弱。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有測井儀存在的上述問題，提供一種三組合測井 儀，本實(shí)用新型能同時(shí)測量套管節(jié)箍、自然伽馬和聲波變密度，提高了測井施工實(shí)效， 能對表層大套管(Φ330ιηιη)的固井質(zhì)量進(jìn)行有效的檢測。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下—種三組合測井儀，其特征在于包括邏輯控制電路和分別與邏輯控制電路連 接的信號通道電路、自然伽瑪高壓電源電路、自然伽瑪測量電路；所述邏輯控制電路在聲波邏輯信號的控制下，產(chǎn)生各種控制方波和同步觸發(fā)脈 沖，并將輸入的不規(guī)則的自然伽瑪脈沖進(jìn)行整形，輸出規(guī)則的自然伽瑪脈沖；所述信號通道電路將接收到的兩路信號分時(shí)成一路信號，并形成完整的組合信 號；所述自然伽瑪高壓電源電路將輸入電壓調(diào)整后輸出；
3[0011]所述自然伽瑪測量電路將自然伽瑪信號處理為幅度相同、寬度不同的電脈沖后 輸出。所述邏輯控制電路包括邏輯恢復(fù)電路、邏輯數(shù)據(jù)控制中心、自然伽馬信號輸出 電路、低壓電源濾波電路和發(fā)射控制電路；所述邏輯恢復(fù)電路對聲波邏輯信號進(jìn)行整形、抗干擾和恢復(fù)處理后，發(fā)送到邏 輯數(shù)據(jù)控制中心；所述邏輯數(shù)據(jù)控制中心產(chǎn)生選通門和控制方波、發(fā)射觸發(fā)脈沖信號和同步信 號，并將輸入的間隔不規(guī)則的自然伽瑪脈沖進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)數(shù)，然后在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)輸出間 隔規(guī)則的自然伽瑪脈沖信號后，直接發(fā)送給地面；所述自然伽馬信號輸出電路處理邏輯數(shù)據(jù)控制中心輸出的伽瑪計(jì)數(shù)脈沖后輸 出；所述低壓電源濾波電路將電壓處理后提供給邏輯數(shù)據(jù)控制中心；所述發(fā)射控制電路控制發(fā)射晶體的發(fā)聲。所述信號通道電路包括信號輸入電路、前放及線性刻度電路、發(fā)射干擾抑制和 同步脈沖產(chǎn)生電路、求和放大器及功放輸出電路；所述信號輸入電路將發(fā)發(fā)射晶體產(chǎn)生的信號輸入接收晶體；所述前放及線性刻度電路所述前放電路和線性刻度電路，前放電路將聲波信號 放大后發(fā)送到線性刻度電路，線性刻度電路控制聲波信號遞減后輸出；所述發(fā)射干擾抑制和同步脈沖產(chǎn)生電路將聲波信號上的發(fā)射干擾信號濾除掉， 并產(chǎn)生同步脈沖信號；所述求和放大器及功放輸出電路將聲波信號和同步脈沖信號進(jìn)行混合疊加成一 路信號后輸出。所述邏輯數(shù)據(jù)控制中心為可編程邏輯器件CPLD。采用本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于一、本實(shí)用新型能同時(shí)測量套管節(jié)箍、自然伽馬和聲波變密度，提高了測井施 工實(shí)效，能對表層大套管(Φ330ιηιη)的固井質(zhì)量進(jìn)行有效的檢測。二、本實(shí)用新型增大了發(fā)射功率，并且采用可編程邏輯器件(CPLD)和模塊化 設(shè)計(jì)使儀器體積縮小提高了儀器可靠性和穩(wěn)定性，且儀器維修方便，同時(shí)降低了制造成 本。三、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，使用方便，儀器具有高可靠性、高穩(wěn)定性和易維 修，解決了對表層大套管固井質(zhì)量的檢測資料質(zhì)量太差，不能有效的解釋表層大套管固 井質(zhì)量的難題。四、本實(shí)用新型的邏輯數(shù)據(jù)控制中心的運(yùn)行程序采用全并行結(jié)構(gòu)來夠架，使得 對各個信號的控制全并行操作，整個系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)；在PCB布線 中采用全屏蔽抗干擾設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型工作原理示意圖圖2為本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
一種三組合測井儀，其特征在于包括邏輯控制電路和分別與邏輯控制電路連 接的信號通道電路、自然伽瑪高壓電源電路、自然伽瑪測量電路；所述邏輯控制電路在聲波邏輯信號的控制下，產(chǎn)生各種控制方波和同步觸發(fā)脈 沖，并將輸入的不規(guī)則的自然伽瑪脈沖進(jìn)行整形，輸出規(guī)則的自然伽瑪脈沖；所述信號通道電路將接收到的兩路信號分時(shí)成一路信號，并形成完整的組合信 號；所述自然伽瑪高壓電源電路將輸入電壓調(diào)整后輸出；所述自然伽瑪測量電路將自然伽瑪信號處理為幅度相同、寬度不同的電脈沖后 輸出。所述邏輯控制電路包括邏輯恢復(fù)電路、邏輯數(shù)據(jù)控制中心、自然伽馬信號輸出 電路、低壓電源濾波電路和發(fā)射控制電路；所述邏輯恢復(fù)電路對聲波邏輯信號進(jìn)行整形、抗干擾和恢復(fù)處理后，發(fā)送到邏 輯數(shù)據(jù)控制中心；所述邏輯數(shù)據(jù)控制中心產(chǎn)生選通門和控制方波、發(fā)射觸發(fā)脈沖信號和同步信 號，并將輸入的間隔不規(guī)則的自然伽瑪脈沖進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)數(shù)，然后在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)輸出間 隔規(guī)則的自然伽瑪脈沖信號后，直接發(fā)送給地面；所述自然伽馬信號輸出電路處理邏輯數(shù)據(jù)控制中心輸出的伽瑪計(jì)數(shù)脈沖后輸 出；所述低壓電源濾波電路將電壓處理后提供給邏輯數(shù)據(jù)控制中心；所述發(fā)射控制電路控制發(fā)射晶體的發(fā)聲。所述信號通道電路包括信號輸入電路、前放及線性刻度電路、發(fā)射干擾抑制和 同步脈沖產(chǎn)生電路、求和放大器及功放輸出電路；所述信號輸入電路將發(fā)發(fā)射晶體產(chǎn)生的信號輸入接收晶體；所述前放及線性刻度電路所述前放電路和線性刻度電路，前放電路將聲波信號 放大后發(fā)送到線性刻度電路，線性刻度電路控制聲波信號遞減后輸出；所述發(fā)射干擾抑制和同步脈沖產(chǎn)生電路將聲波信號上的發(fā)射干擾信號濾除掉， 并產(chǎn)生同步脈沖信號；所述求和放大器及功放輸出電路將聲波信號和同步脈沖信號進(jìn)行混合疊加成一 路信號后輸出。所述邏輯數(shù)據(jù)控制中心為可編程邏輯器件CPLD。以下對本實(shí)用新型作具體說明邏輯控制電路邏輯控制電路部分的功能是在聲波邏輯信號的控制下，產(chǎn)生各種控制方波和 同步觸發(fā)脈沖，其中包括3/5英尺的選通方波、CBL選通方波、同步標(biāo)志脈沖和發(fā)射 觸發(fā)脈沖，并能將輸入的不規(guī)則的自然伽瑪脈沖進(jìn)行整形，輸出規(guī)則的自然伽瑪脈沖。邏輯恢復(fù)電路邏輯恢復(fù)電路3D1(QQ302)是一個厚膜功能模塊。由于地面數(shù)控送下來
5的聲波邏輯信號，在經(jīng)過電纜后，會造成失真，會產(chǎn)生干擾，所以要對聲波邏輯信 號進(jìn)行整形、抗干擾處理和全面的恢復(fù)，而能起到此作用的就是邏輯恢復(fù)電路模塊 3D1 (QQ302)。經(jīng)過3D1恢復(fù)出來的TL邏輯信號和RL邏輯信號經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換后送到邏 輯數(shù)據(jù)控制中心，作為邏輯控制中心的狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。邏輯數(shù)據(jù)控制中心邏輯數(shù)據(jù)控制中心3D7(EPM570)是一個可編程邏輯器件，它在聲波邏輯信號的 控制下，能產(chǎn)生一系列的選通門和控制方波CBL選通門1、CBL選通門2、3/5CTL選 通門和聲波邏輯發(fā)射干擾抑制門(20ms)；也能產(chǎn)生發(fā)射觸發(fā)脈沖信號和同步信號Si、同 步信號S2;并且能將輸入的間隔不規(guī)則的自然伽瑪脈沖進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)數(shù)，然后在規(guī)定的時(shí) 間內(nèi)輸出間隔規(guī)則的自然伽瑪脈沖信號，此脈沖信號通過功率驅(qū)動直接送給地面。3D3 為邏輯數(shù)據(jù)控制中心提供4MHZ的時(shí)鐘信號，所以邏輯數(shù)據(jù)控制中心能以0.25us的控制 精度控制整個系統(tǒng)。邏輯數(shù)據(jù)控制中心的運(yùn)行程序采用全并行結(jié)構(gòu)來夠架，使得對各個信號的控制 全并行操作，整個系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)；在PCB布線中采用全屏蔽抗干 擾設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。自然伽馬信號輸出電路由邏輯數(shù)據(jù)控制中心輸出的伽瑪計(jì)數(shù)脈沖，送到3N1進(jìn)行線性放大，然后再送 到3N2(TD823)進(jìn)行功率驅(qū)動。經(jīng)功率驅(qū)動后的自然伽瑪信號通過3C7，再通過3T1、 3R16和3C19組成的電纜匹配電路后送到2#和5#纜芯。低壓電源濾波電路由低壓電源電路提供的+5V電壓經(jīng)3D4(1117M3)轉(zhuǎn)換后得到+3.3V電壓，然后 經(jīng)3C1和3C4濾波后提供給邏輯數(shù)據(jù)控制中心。+12V電源的濾波是由3L1、3C3和3C6 組成；-12V電源的濾波是由3L2、3C2和3C5組成。發(fā)射控制電路發(fā)射控制電路主要是用發(fā)射觸發(fā)脈沖來控制VMOS管8V1 (IRF460)的導(dǎo)通與截 止，從而來控制發(fā)射晶體的發(fā)聲。在發(fā)射脈沖沒有到來時(shí)，8V1截止，T2的初級沒有電 流流過，發(fā)射晶體T不發(fā)聲，+150V的發(fā)射高壓通過2R4對儲能電容Cl、C2進(jìn)行充電 儲能，當(dāng)發(fā)射脈沖到來時(shí)，8V1導(dǎo)通，Cl、C2通過T2的初級、8V1的D級、S級對地 進(jìn)行放電，T2的初級有電流流過，則在T2的次級形成高壓脈沖，觸發(fā)發(fā)射晶體T發(fā)聲。 依次循環(huán)，則發(fā)射晶體就可以發(fā)出“嗒-嗒-嗒”的響聲。信號通道電路由3英尺接收晶體和5英尺接收晶體接收到的聲波信號送到信號選擇電路，信號 選擇電路在3/5CTL選通方波的控制下，將兩路信號分時(shí)成一路信號，送給主放大電路， 經(jīng)放大后的信號又送到線性刻度電路，在外觸發(fā)脈沖的控制下，可進(jìn)行線性刻度(60%衰 減量)。通過線性刻度電路的聲波信號和同步標(biāo)志脈沖一同送入求和放大器，形成完整的 一系列組合信號，此信號經(jīng)功放驅(qū)動后送至7#纜芯。信號輸入電路聲系的接收晶體是兩個壓電陶瓷晶體，在接收到發(fā)射晶體發(fā)出的“嗒嗒”聲 后，通過壓電效應(yīng)，將接收到的音頻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并送入具有差動輸入的四選
6一電子開關(guān)4D1(DG509)。在此，將兩路聲波信號，在3/5CTL選通門的控制下，分時(shí) 為一路聲波信號，其分時(shí)格式3’ -5’ -5’ -3’。經(jīng)分時(shí)后的單路聲波信號送到阻抗 變換器4T1的初級，在此經(jīng)過阻抗匹配后再由4T1次級送給前放電路。前放及線性刻度電路前放電路是由4N1CLM118)及外圍的4R7、4R8、4R9、4C2組成，其中4R9是 前放的反饋電阻，用來調(diào)節(jié)前放的增益，4C2是消振電容。經(jīng)過放大的聲波信號即進(jìn)入 了線性刻度電路。線性刻度電路由4D2(QQ301)及外圍元件4V1、4V2、4R10、4R11、 4R12、4R13、4R14、4R15、4R16等組成。由地面電源變壓器中心抽頭對地送下來的高 壓脈沖，通過電纜傳輸后，在井下電源變壓器Tl的中心抽頭對地得到一高壓脈沖，經(jīng) 4R10、4R11分壓后，再經(jīng)4V1、4V2降壓，然后送入線性刻度模塊4D2 (QQ301)，在刻 度高壓脈沖的控制下，聲波信號以60%的遞減率遞減，共分六級刻度值(第六、七擋歸 零)，輸出通過射極跟隨器進(jìn)行隔離后送達(dá)后續(xù)電路。發(fā)射干擾抑制和同步脈沖產(chǎn)生電路該部分電路的作用是將聲波信號基線上的發(fā)射干擾信號濾除掉，并產(chǎn)生同步脈 沖信號，該部分電路是由4D3(AD7510)、4N2(TL082)及外圍電路組成，4D3(AD7510) 是一個具有四組合電子開關(guān)的單片集成電路，在CBL選通門到來時(shí)，4D3的C組電子開 關(guān)閉合，A組電子開關(guān)斷開，則聲波信號可以傳送過來；當(dāng)CBL選通門沒有到來時(shí)，則 4D3的C組電子開關(guān)斷開，A組電子開關(guān)閉合，則輸入到求和放大器的信號接地，由于 CBL選通門是在發(fā)射開始后延時(shí)一段時(shí)間才產(chǎn)生的，這樣，就抑制掉了發(fā)射干擾信號。來自邏輯控制電路板的兩個同步脈沖Sl和S2，分別送到4D3的D組和B組 電子開關(guān)的控制端，來控制+12V和-12V電平的導(dǎo)通和截止，從而在4TP5處得到了 我們所需的雙極性的同步脈沖，此脈沖經(jīng)射隨器4N2A(TL082)隔離后送到求和放大器 4N3 (LMl 18)。求和放大器及功放輸出電路求和放大器是由4N3CLM118)及其外圍電路組成。在此，聲波信號和同步脈沖 信號進(jìn)行混合疊加成一路信號，并送到功放輸出電路4N4(TD823)，最后通過輸出變壓器 4T2阻抗匹配后送出。自然伽瑪高壓電源電路自然伽瑪高壓電源主要是由高壓模塊及其外圍電路組成，士 12V電壓分別 通過限流電阻5R1和5R3后，送到高壓模塊5m的兩個低壓輸入端，5R2和5RP1接在高 壓模塊5N1的調(diào)整端，通過調(diào)整5R2和5RP1，可以改變高壓模塊5N1輸出高壓，該高壓 即為光電倍增管的坪區(qū)電壓，5RP1是微調(diào)電位器。自然伽瑪光電倍增管的坪區(qū)電壓一般 為-1600V左右。自然伽瑪測量電路自然伽瑪測量電路是對光電倍增管提供的自然伽瑪信號進(jìn)行隔離緩沖、電流放 大、信號鑒別等處理后，得到幅度相同，而寬度不同的電脈沖。電位器6RP1為門坎 調(diào)節(jié)電位器，調(diào)節(jié)該電位器，可以改變輸入脈沖的鑒別電平，該鑒別電平一般都調(diào)節(jié)在 5.5V禾Π 5.8V之間。由6Ν2比較輸出后送到邏輯數(shù)據(jù)控制中心(CPLD)進(jìn)行處理，但由 于運(yùn)放輸出的脈沖幅度為12V電平，而CPLD需要的是3.3V電平，則需要將12V電平轉(zhuǎn)
7化為3.3V電平，這部分電路是由3R3和3R6組成的。經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后的脈沖就送到了 CPLD的20腳，在CPLD的控制下對自然伽瑪脈沖進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)數(shù)、軟件分頻和整形，并 在特定的時(shí)間內(nèi)將脈寬不規(guī)則、間隔不均勻的自然伽瑪脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)榉?、脈寬一致、間 隔均勻的脈沖輸出，輸出的脈沖經(jīng)過3N1CLM118)同向放大后，再送到厚膜功率驅(qū)動電 路3N2(TD823)，最后通過輸出變壓器3T1由2#、5#纜芯輸出。
權(quán)利要求1.一種三組合測井儀，其特征在于包括邏輯控制電路和分別與邏輯控制電路連接 的信號通道電路、自然伽瑪高壓電源電路、自然伽瑪測量電路；所述邏輯控制電路在聲波邏輯信號的控制下，產(chǎn)生各種控制方波和同步觸發(fā)脈沖， 并將輸入的不規(guī)則的自然伽瑪脈沖進(jìn)行整形，輸出規(guī)則的自然伽瑪脈沖；所述信號通道電路將接收到的兩路信號分時(shí)成一路信號，并形成完整的組合信號；所述自然伽瑪高壓電源電路將輸入電壓調(diào)整后輸出；所述自然伽瑪測量電路將自然伽瑪信號處理為幅度相同、寬度不同的電脈沖后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三組合測井儀，其特征在于所述邏輯控制電路包括邏輯 恢復(fù)電路、邏輯數(shù)據(jù)控制中心、自然伽馬信號輸出電路、低壓電源濾波電路和發(fā)射控制 電路；所述邏輯恢復(fù)電路對聲波邏輯信號進(jìn)行整形、抗干擾和恢復(fù)處理后，發(fā)送到邏輯數(shù) 據(jù)控制中心；所述邏輯數(shù)據(jù)控制中心產(chǎn)生選通門和控制方波、發(fā)射觸發(fā)脈沖信號和同步信號，并 將輸入的間隔不規(guī)則的自然伽瑪脈沖進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)數(shù)，然后在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)輸出間隔規(guī)則 的自然伽瑪脈沖信號后，直接發(fā)送給地面；所述自然伽馬信號輸出電路處理邏輯數(shù)據(jù)控制中心輸出的伽瑪計(jì)數(shù)脈沖后輸出；所述低壓電源濾波電路將電壓處理后提供給邏輯數(shù)據(jù)控制中心；所述發(fā)射控制電路控制發(fā)射晶體的發(fā)聲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三組合測井儀，其特征在于所述信號通道電路包括信 號輸入電路、前放及線性刻度電路、發(fā)射干擾抑制和同步脈沖產(chǎn)生電路、求和放大器及 功放輸出電路；所述信號輸入電路將發(fā)發(fā)射晶體產(chǎn)生的信號輸入接收晶體；所述前放及線性刻度電路所述前放電路和線性刻度電路，前放電路將聲波信號放大 后發(fā)送到線性刻度電路，線性刻度電路控制聲波信號遞減后輸出；所述發(fā)射干擾抑制和同步脈沖產(chǎn)生電路將聲波信號上的發(fā)射干擾信號濾除掉，并產(chǎn) 生同步脈沖信號；所述求和放大器及功放輸出電路將聲波信號和同步脈沖信號進(jìn)行混合疊加成一路信 號后輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三組合測井儀，其特征在于所述邏輯數(shù)據(jù)控制中心為可 編程邏輯器件CPLD。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種三組合測井儀，包括邏輯控制電路和分別與邏輯控制電路連接的信號通道電路、自然伽瑪高壓電源電路、自然伽瑪測量電路；邏輯控制電路在聲波邏輯信號的控制下，產(chǎn)生各種控制方波和同步觸發(fā)脈沖，并將輸入的不規(guī)則的自然伽瑪脈沖進(jìn)行整形，輸出規(guī)則的自然伽瑪脈沖；信號通道電路將接收到的兩路信號分時(shí)成一路信號，并形成完整的組合信號；自然伽瑪高壓電源電路將輸入電壓調(diào)整后輸出；自然伽瑪測量電路將自然伽瑪信號處理為幅度相同、寬度不同的電脈沖后輸出。本實(shí)用新型能同時(shí)測量套管節(jié)箍、自然伽馬和聲波變密度，提高了測井施工實(shí)效，能對表層大套管(Φ330mm)的固井質(zhì)量進(jìn)行有效的檢測。
文檔編號E21B49/00GK201794584SQ20102051135
公開日2011年4月13日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者葉頂勝, 梁大黎, 王曉娟, 鄒岳元 申請人:中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司