1、过钻具多极子阵列声波测井仪采集模块方案设计与实现在油田勘探开发过程中 , 声波测井是一种常用的测井方法, 但随着复杂井、大斜度井、水平井和超深井的增加 , 常规电缆声波测井手段不再适用。鉴于此 , 结合新的适应于复杂井的过钻具测井手段, 研究开发高精度、低噪声、小尺寸的过钻具多极子阵列声波测井仪具有十分重要的工程意义。本文针对过钻具测井仪器空间小、井下数据存贮、电池供电的特点, 以及多极子阵列声波测井频段宽(300Hz-30kHz), 信号动态范围大 (176 V-1.76V) 的声波信号特征 , 开展过钻具多极子阵列声波测井信号采集电路的研发工作, 提出了电路设计方案 , 开发了实用的采集条
2、带电路, 主要研究如下 :1. 针对声波接收换能器的频率响应特性 , 本文详细分析了基于电荷放大以及电压放大两种接收电路的优缺点 , 最后根据换能器检测声波信号就近数字化的设计要求, 考虑井下的高温工作环境 , 采用了仪表放大电路作为前置放大电路的设计方案。2. 为更好地降低电路设计噪声 , 提高仪器的测量动态范围, 本文根据电路噪声理论分析方法, 仔细分析对比各器件噪声等技术指标, 并结合 ADI 与 TI 噪声分析软件 , 进行信号调理电路噪声的理论分析 , 为器件的选择和电路的设计提供了理论依据, 最终完成相应的信号调理电路设计与实现。3. 根据对采集声波信号幅度特征和频率特征的分析,
3、提出基于 18 位数模转换芯片 AD4007的声波信号数字化的设计方案, 增加了采集信号的动态范围, 提高了量化精度 ; 为了提高采集板的集成度, 采用 AD菊花链串行数据传输的连接方式,大大减少了 PCB板上的布线和板间的连线。 为了提高电路的集成度和控制的可靠性和灵活性 , 采用 FPGA+片外 SRAM的采集控制结构 , 并实现了与主控电路基于LVDS接口的高速数据传输。4. 为验证设计电路的性能 , 在实验室进行了噪声、信号以及高温测试。实测结果表明 :12 路通道采集电路功耗小于 1.8W, 噪声均方根值小于 10V, 信号测量动态范围达 98dB,单通道采集电路面积仅为 70mm19mm,高温特性达 160。本文开发的采集条带电路具有高精度、 大动态、低功耗、耐高温和高集成度的特点 , 工作的主要创新点在于 : 相对于国内的同类仪器 , 开发的阵列声波接收电路的面积是最小的 , 而采样精度是最高的 , 记录动态范围是最大的。综上所述 , 本文的研究取得了具有应用价值的研究成果 , 不仅能够很好满足过钻具多极子阵列声波测井信号采集要求 , 也可作为其它阵列声波测井信号采集的参考方案。
