專利名稱：聲幅測井儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型推出一種適用于石油、地質(zhì)等檢查固井質(zhì)量的聲波幅度測井儀器，更確切的說，它是一種改進(jìn)了的聲幅測井儀。
固井質(zhì)量的好壞，直接影響油井的試油、采油和注水工作，在生產(chǎn)實踐中，往往遇到由于聲幅測井的不可靠，導(dǎo)致固井質(zhì)量上的錯誤判斷，其結(jié)果就會造成盲目地擠水泥或在竄槽情況下的完井工作，浪費(fèi)大量人力物力，而且后患無窮。因此，提高聲幅測井的可靠性是至關(guān)主要的。
眾所周知，聲幅測井的基本原理是測量水泥與套管膠結(jié)面上，聲波信號首峰幅度的衰減變化情況，膠結(jié)好時，所測到的聲波信號首峰幅度小，膠結(jié)不好時，首峰幅度大，以此來判斷水泥與套管的膠結(jié)質(zhì)量。但是，影響聲波信號首峰幅度的因素很多微間隙的存在將使測到的首峰幅度增大；下井儀偏離井軸將使測到的首峰幅度減小；正基線干擾將使測到的首峰幅度增大；負(fù)基線干擾將使測到的首峰幅度減小；儀器本身的測量動態(tài)大小、測量靈敏度的高低、抑制干擾能力的強(qiáng)弱都會造成測量結(jié)果的不準(zhǔn)確。
主要參考現(xiàn)有技術(shù)如下1.“改進(jìn)固井質(zhì)量檢查工作的準(zhǔn)則”，B·F麥克吉，H·L微卡，歐陽長勝譯《測井技術(shù)》1982，2。
2.“固井聲幅測井影響因素的試驗及聲幅測井刻度的探討”，華北石油測井公司《測井技術(shù)》1981，10。
3.“聲幅儀器標(biāo)準(zhǔn)化和模擬井的刻度影響因素的模擬試驗”，大慶鉆探公司測井大隊《測井技術(shù)》1981.10。
4.西安石油勘探儀器總廠生產(chǎn)的GJ75型中深井固井測井儀。
為了進(jìn)一步滿足現(xiàn)場測井實際需要，改進(jìn)目前使用聲幅測井解決固井質(zhì)量存在的問題，必須對現(xiàn)有儀器加以改進(jìn)，主要是擴(kuò)大儀器的測量動態(tài)范圍、降低基線干擾、提高儀器靈敏度和精度，這些是本實用新型的目的和任務(wù)。
本實用新型的任務(wù)是這樣完成的一.擴(kuò)大下井儀放大電路的測量動態(tài)范圍、提高儀器測量靈敏度參照


圖1，聲幅測井中，當(dāng)水泥和套管完全膠結(jié)好時，套管波首峰的幅度大約為10mv左右，當(dāng)水泥和套管完全不膠結(jié)〔即所謂的空套管〕時，大約為600mv左右，因此，這就要求下井儀放大電路必須有足夠大的動態(tài)范圍，即在最大信號〔不完膠結(jié)〕時不失真，又能可靠地識別最小信號〔完全膠結(jié)〕。為此，下井儀放大電路選用一直耦合全互補(bǔ)輸出OTL功放電路，其功率輸出級V4、V5采用新型的NPN及PNP互補(bǔ)配對寬溫區(qū)晶體管，對稱性好，在非線性失真、瞬間響應(yīng)及溫度性能等均優(yōu)于一般線路，此放大電路的輸入級V1、V2也分別采用不同導(dǎo)電極性的晶體管，為了提高此放大電路的穩(wěn)定性，V1的發(fā)射極電阻R5接到功率輸出級V4和V5的中點，組成強(qiáng)極間負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，電路中設(shè)置電阻R4和R9是為了使功率輸出級V4和V5保持中點電壓并使其靜態(tài)工作電流得以調(diào)整，使整個放大電路運(yùn)行在供電電壓正直流60V～100V時均能有足夠大的放大倍數(shù)，電阻R3和R5的比值〔R3／R5〕決定了電路的增益。
二.降低基線干擾，提高信／噪比，增加小信號檢測可靠性，措施有二其一，參照圖2，為使基線平直，在下井儀發(fā)射電路中，在發(fā)射變壓器TF次級上并聯(lián)一可調(diào)的平衡電阻RP，其阻值一般為≥470KΩ，它可以是一個電位器，也可以是兩個串聯(lián)電阻，如果是前者，中心頭必須接地，如果是后者，二電阻之間必須接地。這是因為產(chǎn)生基線干擾的因素很多，但主要是發(fā)射電路所產(chǎn)生的高壓脈沖在下井儀器中接頭處引起渦流及由于引線不對稱等所造成的干擾。圖3給出了校驗筒信號，圖4是調(diào)平衡電阻RP前基線為≥｜150｜mv，圖5是調(diào)平衡電阻RP后基線≤｜10｜mv。
其二，參照圖6，如上所述，基線干擾主要是來自發(fā)射同步干擾，雖因加了上述措施有了較大改善，但為了根本消除同步及其它雜波干擾，在地面儀測量電路入口設(shè)置一由運(yùn)算放大器N1構(gòu)成的低Q值帶通濾波器，其中心頻率為 20KHZ±2KHZ，使有用的20KHZ通過，而20HZ同步干擾及其它頻率的雜波被濾掉，盡而使波測信號的基線很平直，提高了信／噪比，為了使該電路濾波性能穩(wěn)定，電路中R13、R14、R15、R16、R17均選用RJ－0.5W高溫電阻。圖7是帶通濾波前基線≤｜10｜mv，圖8是帶通濾波后基線值近于理想的零基線。上述濾波器可按下式計算中心頻率 f0＝√2／RC，品質(zhì)因數(shù) Q＝√2／(5－K)，其中K＝1＋R4／R5，放大倍數(shù) K0＝K／(5－K)。
三.提高地面儀測量電路的線性范圍及測量精度參照圖9，測量電路的線性范圍和測量精度，最終決定了整機(jī)的靈敏度和精度，本實用新型選用了一正峰值檢波器作為B點信號的AC－DC變換電路，N2為一同相比較器，N3為一跟隨器，二者通過電阻RF具有強(qiáng)的反饋，電路穩(wěn)定，工作原理如下1.當(dāng)輸入信號V1為正時，比較器N2輸出為正，并經(jīng)正接二極管V7給電容C1充電，因電阻R18數(shù)值足夠大，電容C1的放電是很緩慢的。
2.N3為一跟隨器，電容C1上的電壓由跟隨器N3經(jīng)電阻RF反饋到比較器N2的反相端，作為同相端的比較電壓，當(dāng)反饋電壓(即C1上的電壓)小于同相端的輸入電壓時，輸入信號將繼續(xù)給電容C1充電，直到比較器N2反相端的反饋電壓于同相端的輸入電壓相等時，比較器N2的輸出為零，檢波二極管V7偏置，充電停止，此時電容C1上的充電壓達(dá)到了正輸入信號的峰值。
3.當(dāng)輸入信號V1下降時，比較器N2的輸出端電壓低于電容C1上的電壓，檢波二極管V7繼續(xù)偏置，因此，電容C1上的電壓不受輸入信號的影響，只是經(jīng)電阻R18緩慢放電(電壓保持)。
4.二極管V6對檢波二極管V7的PN結(jié)進(jìn)行了壓降補(bǔ)償，以提高小信號的靈敏度，檢波二極管V7確保正信號峰值對電容C1充電，負(fù)峰不起作用，所以，當(dāng)下一個正峰值信號到達(dá)時，將重復(fù)上述過程，從而時現(xiàn)了AC－DC變換。
5.實驗證明，比較器N2與跟隨器N3采用運(yùn)算放大器μA741，但是最好選用高速高阻的運(yùn)算放大器F3140。
本實用新型所述的技術(shù)，已在西安石油勘探儀器總廠即將投產(chǎn)的GJ85型中深井聲幅測井儀中應(yīng)用。
圖13是下井儀電路圖，其中發(fā)射平衡電阻RP采用耐高溫電位器，其值為470KΩ，V8選用GK5A／185℃高溫可控硅，發(fā)射探頭BCT選用鈮鋰12條高溫晶體，發(fā)射電阻R0由原1KΩ減小到330Ω(三只 RJ－2W－1K并聯(lián))，提高發(fā)射電路的溫度性能。V1～V5組成聲波信號接收放大電路，V1、V5－－3CA1KW，V2、V3、V4－－3DA1KW，C2、C3、C6－－CA5／S－125V高溫鉭電解電容器，C1、C4－－高溫滌倫電容器，接收探頭BCR選用鈮鋰8條高溫晶體。
圖14是地面儀測量電路圖，其中由運(yùn)算放大器N2所組成的帶通濾波器，N2－－工業(yè)通用的μA741運(yùn)算放大器，為保證中心頻率的穩(wěn)定， R13～R17均選用RJ2－0.5W高溫電阻，R13－100KΩ， R14－100KΩ，R15－100KΩ，R16－13KΩ，R17－36KΩ，電容C7、C8選用CYZ云母電容器，C7－100P，C8－100P。D1為選通門，選用CD4066四雙向模擬開關(guān)，其輸入端為A點波形，
圖10所示，輸出端為B點波形，
圖12所示，
圖11示出控制選通門的門控信號。
圖14中由運(yùn)算放大器N2和N3組成的將B點信號作AC－DC變換的正峰值檢波器，N2、N3選用F3140，R18－15Ω，V6、V7選用1N914，RF－100KΩ，C1－0.1μf，R19－2M。
本實用新型所述的GJ85中深井聲幅測井儀，與國內(nèi)同類產(chǎn)品比較，具有以下優(yōu)點
1.下井儀放大電路動態(tài)范圍大，靈敏度高供電60～100V直流，放大倍數(shù)15～30倍，輸入信號5～2000mv均能線性放大。
2.下井儀溫度性能好，工作穩(wěn)定溫度從室溫升高到155℃，恒溫一小時，輸出線性變化為≤±50‰。
3.基線干擾小，信／噪比高輸入1000mv時，基線干擾≤±10mv，直流輸出為零μA。
4.地面儀測量電路精度高，受套峰操作影響小線性范圍100～1000mv，誤差≤±20‰。
權(quán)利要求1.一種聲幅測井儀，其特征在于下井儀放大電路是由晶體管V1～V5組成直耦合全互補(bǔ)輸出OTL功放電路構(gòu)成，其供電電壓為正直流60伏至100伏。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的聲幅測井儀，其特征在于功率輸出級V4、V5采用NPN與PNP型互補(bǔ)配對寬溫區(qū)晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲幅測井儀，其特征在于功放電路的輸入級V1和V2采用不同導(dǎo)電極性的晶體管，即V1為PNP型，V2為NPN型。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的聲幅測井儀，其特征在于V1的發(fā)射極電阻R5接到功率輸出級V4和V5的中點，組成強(qiáng)極間直流負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聲幅測井儀，其特征在于改變調(diào)壓電阻R4的阻值，使功率輸出級V4和V5保持中點電壓，電阻R9的設(shè)置，使在不同的供電電壓〔60V～100V〕時的功率輸出級V4和V5的靜態(tài)工作電流得以調(diào)整。
6.本實用新型所述的聲幅測井儀，其特在于下井儀發(fā)射電路中，發(fā)射變壓器TF次級并聯(lián)一平衡電阻RP，其阻值為≥470KΩ。
7.本實用新型所述的聲幅測井儀，其特征在于地面測量儀電路入口加一由運(yùn)算放大器N1構(gòu)成的低Q值帶通濾波器，其中心頻率為20KHZ±2KHZ。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲幅測井儀，其特征在于電阻R19，R14，R15，R16，R17均采用RJ－0.5W高溫電阻。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲幅測井儀，其特征在于運(yùn)算放大器N1采用的是μA741，最好的是F3140。
10.本實用新型所述的聲幅測井儀，其特征在于地面儀測量電路中，將B點信號作AC－DC變換的是由一同相比較器N2與一跟隨器N3通過反饋電阻R1組成的具有強(qiáng)反饋的正峰值檢波器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的聲幅測井儀，其特征在于同相比較器N2的輸出端正接一檢波二極管V7確保正峰值向C1充電。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的聲幅測井儀，其特征在于在同相比較器N2的輸出端與反相輸入端之間并聯(lián)一二極管V6，作為對檢波二極管V7的PN結(jié)壓降補(bǔ)償。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的聲幅測井儀，其特征在于電阻R18的阻值為 10～20Ω。
專利摘要本實用新型推出一種改進(jìn)了的適用于石油、地質(zhì)等檢查固井質(zhì)量的聲波幅度測井儀，由于下井儀設(shè)置了直耦合全互補(bǔ)輸出OTL功放電路、發(fā)射平衡電阻R
文檔編號E21B47/00GK2055181SQ89214438
公開日1990年3月28日 申請日期1989年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月17日
發(fā)明者郭清晨 申請人:西安石油勘探儀器總廠