第6章-多極子陣列聲波測井儀

1、.測井儀器原理測井儀器原理12021/3/26.測井儀器原理（一）2第第6 6章章 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀6.1 6.1 多極子陣列聲波測井儀測量原理多極子陣列聲波測井儀測量原理6.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPAL6.2.1 MPAL6.2.1 MPAL儀器結(jié)構(gòu)儀器結(jié)構(gòu)6.2.2 6.2.2 儀器連接總線儀器連接總線6.2.3 6.2.3 系統(tǒng)控制電路系統(tǒng)控制電路6.2.4 6.2.4 數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)采集電路6.2.5 6.2.5 模擬信號接收處理模擬信號接收處理6.2.6 6.2.6 發(fā)射電子線路發(fā)射電子線路6.2.7 6.2.7 數(shù)據(jù)

2、采集組合模式數(shù)據(jù)采集組合模式6.3 6.3 交叉多極子陣列聲波測井儀交叉多極子陣列聲波測井儀XMAC II XMAC II 6.3.1 XMAC II6.3.1 XMAC II性能指標(biāo)性能指標(biāo)6.3.2 6.3.2 儀器總體結(jié)構(gòu)儀器總體結(jié)構(gòu)6.3.3 6.3.3 控制采集電路控制采集電路6.3.4 6.3.4 串行命令設(shè)置原理串行命令設(shè)置原理6.4 6.4 小結(jié)小結(jié).測井儀器原理（一）36.1 6.1 多極子陣列聲波測井儀測量原理多極子陣列聲波測井儀測量原理n6.1 多極子陣列聲波測井儀測量原理多極子陣列聲波測井儀測量原理l現(xiàn)代聲波成像測井儀器體系的主要類型現(xiàn)代聲波成像測井儀器體系的主要類型,

3、典型代表典型代表pSLB:DSI,Sonic Scanner;Atlas:XMAC;Hlbdn:LFD,WaveSonic;p國產(chǎn)國產(chǎn):MPALu6.1.1 軟地層中單極測量的局限性軟地層中單極測量的局限性l單極全波測量的特點單極全波測量的特點p硬地層硬地層:cpcsc0,p軟地層軟地層:cpc0而而csc0, 而而,不再有沿井壁傳播不再有沿井壁傳播的滑行橫波的滑行橫波 pcc0sinsin-入射角;-縱波折射角-橫波折射角 液體固體井壁s0sinsincc聲波在液固界面的傳播模式.測井儀器原理（一）46.1 6.1 多極子陣列聲波測井儀測量原理多極子陣列聲波測井儀測量原理 0.40.81.2

4、1.62.02.42.83.23.64.04.4XX41.98 m t(ms)PSST 1.01.52.02.53.03.54.04.5X17.24m t(ms)單極換能器及其振動模式 液體固體井壁pcc0sinsin聲波在液固界面的傳播模式不同地層時單極全波測井的典型波形:硬地層,軟地層.測井儀器原理（一）56.1 6.1 多極子陣列聲波測井儀測量原理多極子陣列聲波測井儀測量原理u6.1.2 多極子橫波測量特點多極子橫波測量特點l偶極子聲源偶極子聲源:振動相位相同的兩個聲源組成振動相位相同的兩個聲源組成l四極子聲源四極子聲源:相鄰振動相位相反的四個聲源組成相鄰振動相位相反的四個聲源組成l特點

5、特點 p均為頻散模式波均為頻散模式波,截止頻率內(nèi)等于截止頻率內(nèi)等于S波速波速p截止頻率與介質(zhì)有關(guān)截止頻率與介質(zhì)有關(guān),如軟地層偶極截止頻率僅為數(shù)百如軟地層偶極截止頻率僅為數(shù)百Hzp抑制抑制P波波,使使S波成為首波便于處理波成為首波便于處理偶極子和四極子聲源的指向性曲線.測井儀器原理（一）66.1 6.1 多極子陣列聲波測井儀測量原理多極子陣列聲波測井儀測量原理偶極子和四極子聲源的振動模式撓曲波波速與頻率關(guān)系曲線測井使用的偶極和四極壓電換能器.測井儀器原理（一）76.1 6.1 多極子陣列聲波測井儀測量原理多極子陣列聲波測井儀測量原理u6.1.3 正交偶極各向異性測量原理正交偶極各向異性測量原理p

6、各向異性探測是目前解決復(fù)雜儲層問題的主要手段之一各向異性探測是目前解決復(fù)雜儲層問題的主要手段之一p聲波測井中各向異性測量采用水平聲波測井中各向異性測量采用水平TI模型（模型（HTI）p正交偶極測井通過對快慢橫波參數(shù)的提取獲取地層各向異正交偶極測井通過對快慢橫波參數(shù)的提取獲取地層各向異性（如判斷地層最大主應(yīng)力方向）性（如判斷地層最大主應(yīng)力方向）p發(fā)射器與接收器的關(guān)系發(fā)射器與接收器的關(guān)系交叉偶極工作原理各向異性地層中的橫波分裂.測井儀器原理（一）86.1 6.1 多極子陣列聲波測井儀測量原理多極子陣列聲波測井儀測量原理利用交叉偶極求取地層各向異性實例22( )cossin( )sincossinc

7、osfsfsxx tugugxy tugug 2222cos)(cossin)()(sin)()(sin)(cossin)()(cos)()(tyytyxtxytxxtStyytyxtxytxxtFppX發(fā)射時在接收器可得到的XX和XY分量由X、Y交替發(fā)射可得到交叉偶極的四個測量分量,進而獲取地層的快、慢橫波數(shù)據(jù).測井儀器原理（一）96.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALn6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALu6.2.1 MPAL儀器結(jié)構(gòu)儀器結(jié)構(gòu)l儀器主要包括儀器主要包括5個部分個部分p發(fā)射電子線路發(fā)射電子線路p發(fā)射聲系發(fā)射聲系p隔聲體隔聲

8、體p接收聲系接收聲系p主控電子線路主控電子線路MPAL儀器結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成.測井儀器原理（一）106.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALMPAL儀器結(jié)構(gòu)示意MPAL儀器電子系統(tǒng)組成示意.測井儀器原理（一）116.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALlMPAL的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)p極限工作環(huán)境極限工作環(huán)境:175/140MPap遙測通信方式遙測通信方式:CAN總線總線 p近單極（最?。┰淳嘟鼏螛O（最小）源距:2.591m;p偶極源距偶極源距:3.124m;p全波單極源距全波單極源距:3.658m;p接收換能器接收換能器:壓電

9、陶瓷壓電陶瓷,8組組32個個,間距間距0.152mp發(fā)射換能器發(fā)射換能器:壓電陶瓷壓電陶瓷,單極個單極個,四極四極(可工作于單極可工作于單極)個個,偶極偶極2組組;p最高測速最高測速:600m/hp數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集:A/D分辨率分辨率16位位,采樣時間采樣時間4us - 32us,8通道并通道并行行p工作模式工作模式:單站單站,單極全波單極全波,偶極偶極,交叉偶極交叉偶極,四極全波四極全波.測井儀器原理（一）126.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALu6.2.2 儀器連接總線分析儀器連接總線分析l1. 井下儀器互連總線井下儀器互連總線p控制器局域網(wǎng)控制器局域網(wǎng)

10、CANp傳輸速率（降速）傳輸速率（降速）800kbps測井儀與遙測電路接口 TMS320 x240 xA CAN模塊框圖 .測井儀器原理（一）136.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALl2. 儀器控制命令總線儀器控制命令總線TCBp通過通過TCB,控制單元向發(fā)射電路、接收電路和采集電路等發(fā)控制單元向發(fā)射電路、接收電路和采集電路等發(fā)送控制命令和參數(shù)設(shè)置命令送控制命令和參數(shù)設(shè)置命令n發(fā)射模式選擇發(fā)射模式選擇,啟動激勵啟動激勵n接收模式選擇接收模式選擇n數(shù)據(jù)采集速率數(shù)據(jù)采集速率,采集深度采集深度p串行傳輸串行傳輸,差分時鐘差分時鐘,自復(fù)位自復(fù)位,設(shè)備隨機尋址設(shè)備隨機

11、尋址控制命令總線與受控單元接口.測井儀器原理（一）146.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALl3. 板間高速局部數(shù)據(jù)傳輸總線板間高速局部數(shù)據(jù)傳輸總線HLBp兩個兩個4通道數(shù)據(jù)采集板到系統(tǒng)主控板的專用接口通道數(shù)據(jù)采集板到系統(tǒng)主控板的專用接口p多源單目多源單目,SPI串行傳輸方式串行傳輸方式,速率速率5MbpspCPLD自動控制自動控制高速串行數(shù)據(jù)傳輸接口原理圖.測井儀器原理（一）156.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALu6.2.3 系統(tǒng)控制電路系統(tǒng)控制電路l以以TI的的16位定點位定點DSP（TMS320LF2407A）為核心

12、）為核心l主要功能主要功能p井下儀器總線（井下儀器總線（CAN）接口）接口p局部高速串行數(shù)據(jù)總線局部高速串行數(shù)據(jù)總線p數(shù)據(jù)緩存數(shù)據(jù)緩存p控制儀器工作控制儀器工作:發(fā)射發(fā)射,接收接收,數(shù)據(jù)采集和處理數(shù)據(jù)采集和處理MPAL系統(tǒng)控制電路原理圖.測井儀器原理（一）166.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALu6.2.4 數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)采集電路l8路同步高速高精度數(shù)據(jù)采集路同步高速高精度數(shù)據(jù)采集l分為板級兩個子系統(tǒng)分為板級兩個子系統(tǒng)l由由DSP設(shè)定設(shè)定,CPLD控制控制,本地本地FIFO緩存緩存數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 MPAL數(shù)據(jù)采集原理框圖.測井儀器原理（一）176.

13、2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALl基于基于CPLD的數(shù)據(jù)采集控制器原理的數(shù)據(jù)采集控制器原理p串行命令接收及譯碼串行命令接收及譯碼p采集參數(shù)寄存器組采集參數(shù)寄存器組p采集啟動及速率控制器采集啟動及速率控制器p采集深度控制器采集深度控制器pADC狀態(tài)檢測和狀態(tài)檢測和FIFO讀取控制器讀取控制器.測井儀器原理（一）186.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALl基于基于CPLD的數(shù)據(jù)采集控制器原理的數(shù)據(jù)采集控制器原理ADC工作時序 .測井儀器原理（一）196.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALu6.2

14、.5 模擬信號接收處理模擬信號接收處理l處理處理8X4共共32個接收站信號個接收站信號l分為兩個板級子系統(tǒng)分為兩個板級子系統(tǒng)l主要功能主要功能p32路信號通道接口路信號通道接口p8路模式信號合成路模式信號合成n單極單極,偶極偶極,四極四極p8路信號通道組合選擇路信號通道組合選擇n單極單極,偶極偶極,交叉偶極交叉偶極,四極四極,單站單站,自檢自檢p8路程控放大路程控放大n調(diào)節(jié)動態(tài)范圍調(diào)節(jié)動態(tài)范圍-2148dB,總計總計69dB,3dB步進步進p8路有源帶通濾波路有源帶通濾波.測井儀器原理（一）206.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALl1、通道構(gòu)成及原理、通道構(gòu)

15、成及原理模擬信號接收及處理原理框圖.測井儀器原理（一）216.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALl2、緩沖放大電路、緩沖放大電路p同相放大同相放大,高頻提升高頻提升,輸入保護輸入保護l3、信號合成電路、信號合成電路p單極單極,Mn=(X1+X2)+(Y1+Y2)p偶極偶極,RnX=（X2-X1）, RnY=（Y2-Y1）p四極四極,Qn=(X1+X2)-(Y1+Y2) l4、測試信號發(fā)生器、測試信號發(fā)生器偶極、單極、四極信號合成電路原理.測井儀器原理（一）226.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALl5、信號選擇電路、信號選擇電

16、路p多路選擇模擬開關(guān)多路選擇模擬開關(guān)MUXn開關(guān)類型開關(guān)類型:8選選1、2x4選選1、4x2選選1p通道控制命令通道控制命令,信號信號MSEL17（7bit）nMSEL13,通道信號類型選擇通道信號類型選擇nMSEL45,偶極信號組合（同側(cè)偶極信號組合（同側(cè)8路路,交叉交叉4路）路）nMSEL67,單站信號選擇單站信號選擇偶極信號選擇真值表采集信號選擇真值表.測井儀器原理（一）236.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPAL信號選擇電路原理圖.測井儀器原理（一）246.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALl6、程控增益調(diào)節(jié)、程控增益調(diào)

17、節(jié)p衰減器從衰減器從0dB到到-21dB共八級共八級,3dB步進步進p放大電路放大電路0dB,24dB和和48dB三級三級,24dB步步進進l7、有源濾波器、有源濾波器p通頻帶通頻帶250Hz20kHzp邊帶邊帶80dB/dec（四階）衰減率（四階）衰減率有源濾波器電路原理圖02448002448-3-32145-6-61842-9-91539-12-121236-15-15933-18-18630-21-21327增益組合表 單位:dB.測井儀器原理（一）256.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALu6.2.6 發(fā)射電子線路發(fā)射電子線路l發(fā)射電子線路主要包括發(fā)

18、射電子線路主要包括:串行命令接口、發(fā)射邏輯控串行命令接口、發(fā)射邏輯控制器、驅(qū)動電路、大功率激勵電路、高壓脈沖變壓器制器、驅(qū)動電路、大功率激勵電路、高壓脈沖變壓器組、儲能電路、供電電源等組、儲能電路、供電電源等.測井儀器原理（一）266.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALl命令譯碼及發(fā)射邏輯控制器由命令譯碼及發(fā)射邏輯控制器由CPLD實現(xiàn)實現(xiàn)l發(fā)射電路采用互補發(fā)射電路采用互補VMOS推動大功率推動大功率VMOS通過脈沖通過脈沖變壓器升壓后激勵壓電換能器變壓器升壓后激勵壓電換能器儲能電路和單極發(fā)射電路原理圖.測井儀器原理（一）276.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀

19、多極子陣列聲波測井儀MPALMPALu6.2.7 數(shù)據(jù)采集組合模式數(shù)據(jù)采集組合模式MPAL數(shù)據(jù)采集組合模式表.測井儀器原理（一）286.2 6.2 多極子陣列聲波測井儀多極子陣列聲波測井儀MPALMPALu6.2.8 采集控制軟件采集控制軟件MPAL地面采集控制軟件功能與與CNPC的的EILog成像測井系統(tǒng)兼容成像測井系統(tǒng)兼容測井時必須深度驅(qū)動測井時必須深度驅(qū)動,測試時可為時間或深度驅(qū)動測試時可為時間或深度驅(qū)動 .測井儀器原理（一）296.3 6.3 交叉多極子陣列聲波測井儀交叉多極子陣列聲波測井儀XMAC IIXMAC IIn6.3.1 交叉多極子陣列聲波測井儀交叉多極子陣列聲波測井儀XMA

20、C IIuAtlas多極子聲波發(fā)展軌跡多極子聲波發(fā)展軌跡lMAC,XMAC,XMAC-II,XMAC-F1XMAC-II儀器外形圖:發(fā)射聲系,接收聲系,隔聲體.測井儀器原理（一）306.3 6.3 交叉多極子陣列聲波測井儀交叉多極子陣列聲波測井儀XMAC IIXMAC IIlXMAC-II與與MPAL相比各自的特點相比各自的特點p更高的耐溫耐壓指標(biāo)更高的耐溫耐壓指標(biāo)p每個通道都采用獨立的每個通道都采用獨立的DSP控制控制n采集控制采集控制,數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)緩存數(shù)據(jù)緩存pADC性能性能:16bit/5usp采用了獨立的采用了獨立的1678XE前置信號處理短節(jié)前置信號處理短節(jié)p發(fā)射電路發(fā)射電路n儲能電路采用了有源泵電路改善放電特性儲能電路采用了有源泵電路改善放電特性n激勵寬度靠單穩(wěn)態(tài)電路延遲控制激勵寬度靠單穩(wěn)態(tài)電路延遲控制p井下系統(tǒng)互連采用井下系統(tǒng)互連采用Atlas專有的專有的WTSn使用使用M2下行命令通道和可選的下行命令通道和可選的M5、M7上行傳輸通道上行傳輸通道p儀器內(nèi)部控制命令總線儀器內(nèi)部控制命令總線n采用簡單的移位寄存器序列模式采用簡單的移位寄存器序列模式,每次設(shè)置必須完成所有每次設(shè)置必須完成所有bit后后才能有效才能有效.測井儀器原理（一）316.3 6.3 交叉多