專利名稱：聲波測(cè)井發(fā)射換能器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及聲波測(cè)井的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聲波測(cè)井發(fā)射換能器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
聲波測(cè)井是地球物理測(cè)井的主要方法之一，在油氣田的勘探和開發(fā)階段均有著廣泛的應(yīng)用。理論及試驗(yàn)研究表明，聲源頻帶特性對(duì)測(cè)井效果有很大的影響，對(duì)于不同的測(cè)井目的和地質(zhì)條件應(yīng)該采用合適的聲源頻帶。例如:對(duì)于單極子聲波測(cè)井來(lái)說(shuō)為了突出縱橫波通常需要較高的聲源頻率；而若想獲得較好的斯通利波則需要工作在低頻模式；對(duì)于套管井固井質(zhì)量測(cè)井來(lái)說(shuō)，聲源主頻通常設(shè)在20kHz左右；對(duì)于偶極子橫波測(cè)井，希望聲源頻率在偶極彎曲波截至頻率附近(彎曲波截至頻率與地層及井眼尺寸有關(guān))。此外，不同地層對(duì)聲波的衰減作用有較大差別，因此對(duì)聲源功率也有不一樣的要求。目前聲波測(cè)井儀發(fā)射換能器通常采用一定寬度的高壓矩形脈沖進(jìn)行激勵(lì)，用戶無(wú)法根據(jù)工程或科研需要進(jìn)行聲源頻率的控制。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供了一種新的聲波測(cè)井發(fā)射換能器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。用戶可以根據(jù)需要靈活的配置所需要聲源參數(shù)，提高聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的質(zhì)量，使聲波測(cè)井更好的為生產(chǎn)和科研服務(wù)。技術(shù)方案:一種聲波測(cè)井發(fā)射換能器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，含有波形產(chǎn)生模塊、功率放大模塊和發(fā)射換能器，還包含有地面儀，地面儀內(nèi)設(shè)置地面波形設(shè)計(jì)模塊，所述地面波形設(shè)計(jì)模塊通過(guò)遙測(cè)短節(jié)與井下控制單元進(jìn)行信息傳遞，井下控制單元與D/A轉(zhuǎn)換模塊相連，D/A轉(zhuǎn)換模塊模擬輸出端接信號(hào)調(diào)理模塊，信號(hào)調(diào)理模塊輸出端與線性功率放大電路輸入端相連，線性功率放大電路輸出端與發(fā)射換能器相連。所述功率放大電路包括輸入端的信號(hào)耦合變壓器Tl和輸出端的升壓變壓器T2、功率MOS管Ql、Q2，信號(hào)耦合變壓器Tl的次級(jí)繞組的兩端分別為信號(hào)Sigl和Sig2 ;信號(hào)Sigl經(jīng)過(guò)電阻Rl、R3分壓后與功率MOS管Ql的柵極相連，信號(hào)Sig2經(jīng)過(guò)電阻R2、R4分壓后與功率MOS管Q2的柵極相連，功率MOS管Ql、Q2的源極均與地相連；功率MOS管Ql的柵極依次通過(guò)穩(wěn)壓二極管D1、D2后與地相連，功率MOS管Q2的柵極依次通過(guò)穩(wěn)壓二極管D3、D4后與地相連；功率MOS管Q1、Q2的漏極分別與所述升壓變壓器T2的初級(jí)繞組兩端連接，該初級(jí)繞組有一個(gè)中心抽頭，該中心抽頭與高壓直流電源HV相連；升壓變壓器T2的次級(jí)繞組兩端與發(fā)射換能器兩端相連；功率MOS管Ql、Q2的源極分別通過(guò)電阻R5和R6與高壓直流電源HV相連。信號(hào)耦合變壓器Tl的次級(jí)繞組有一個(gè)中心抽頭，該中心抽頭與正向偏置電壓Vbis相連。井下波形產(chǎn)生模塊:井下控制單元(如MCU、DSP、FPGA、CPLD等)根據(jù)接收到地面的波形數(shù)據(jù)；或者是井下控制單元已存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)，通過(guò)地面儀向井下控制單元發(fā)送控制指令，使井下控制單元自己產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)；將上述波形數(shù)據(jù)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生低壓模擬波形，并通過(guò)濾波電路、放大電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后輸出低壓模擬波形Signal波形；功率放大模塊:采用線性功率放大電路(如變壓器耦合甲乙類推挽功率放大電路)將低壓模擬波形Signal波形進(jìn)行功率放大(通常輸出的電壓峰峰值應(yīng)達(dá)到幾百伏乃至數(shù)千伏)，放大后的高壓波形施加在發(fā)射換能器上，從而向外輻射聲波。所述功率放大電路包括信號(hào)耦合變壓器Tl、升壓變壓器T2、功率MOS管Q1、Q2等，Signal信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)耦合變壓器Tl變成極性相反的兩路信號(hào)Sigl和Sig2，信號(hào)耦合變壓器Tl的次級(jí)繞組有一個(gè)中心抽頭，該中心抽頭與偏置電壓Vbis相連，以避免交越失真(也可以采用運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相放大、反相放大及求和電路實(shí)現(xiàn))；信號(hào)Sigl經(jīng)過(guò)電阻R1、R3分壓后加在功率MOS管Ql的柵極，信號(hào)Sig2經(jīng)過(guò)電阻R2、R4分壓后加在功率MOS管Q2的柵極，功率MOS管Ql、Q2的源極均與地相連；功率MOS管Ql的柵極依次通過(guò)穩(wěn)壓二極管Dl、D2后與地相連，功率MOS管Q2的柵極依次通過(guò)穩(wěn)壓二極管D3、D4后與地相連，對(duì)功率MOS管Ql和Q2起到保護(hù)作用；功率MOS管Ql、Q2的漏極分別與所述升壓變壓器T2的初級(jí)繞組兩端連接，該初級(jí)繞組有一個(gè)中心抽頭，該中心抽頭與高壓直流電源HV相連，為功率放電電路提供能量；升壓變壓器T2的次級(jí)繞組兩端與發(fā)射換能器M兩端相連；功率MOS管Q1、Q2的源極分別通過(guò)電阻R5和R6與高壓直流電源HV相連；功率MOS管Q1、Q2的在Signal信號(hào)的正負(fù)半周輪流導(dǎo)通，通過(guò)升壓變壓器T2升壓后對(duì)發(fā)射換能器M進(jìn)行激勵(lì)。為了提高功率放大電路輸出線性度及工作穩(wěn)定性可以增加負(fù)反饋。該發(fā)射換能器的驅(qū)動(dòng)方法適用于單極、偶極、四極等各種聲波測(cè)井儀發(fā)射換能器的激勵(lì)，對(duì)各種形狀和結(jié)構(gòu)的壓電式換能器、電磁式換能器等均具有適應(yīng)性。有益效果:本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于可以在地面對(duì)發(fā)射電路的脈沖波形進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)情況及測(cè)井需要選擇更加有利的激勵(lì)波形，獲取更好的測(cè)井資料。提高了聲波測(cè)井儀的地層適用性。本實(shí)用新型應(yīng)用于偶極子聲波測(cè)井儀，有效降低了聲源的頻率。

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖；圖2是采用本實(shí)用新型系統(tǒng)產(chǎn)生的一種寬帶發(fā)射波形及頻譜；圖3是采用本實(shí)用新型系統(tǒng)產(chǎn)生的一種窄帶發(fā)射波形及頻譜；圖4是采用本實(shí)用新型系統(tǒng)產(chǎn)生的一種掃頻發(fā)射波形及頻譜；圖5是本實(shí)用新型的功率放大電路的電路圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:如圖1所示的聲波測(cè)井發(fā)射換能器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要由地面波形設(shè)計(jì)模塊、波形產(chǎn)生模塊、功率放大模塊和發(fā)射換能器等組成。用于聲波測(cè)井儀發(fā)射換能器的驅(qū)動(dòng)，目的是通過(guò)控制激勵(lì)發(fā)射換能器向地層輻射聲波，更具體的說(shuō)，是用于對(duì)聲波測(cè)井儀聲源特性(頻帶、幅度等)的控制。其中發(fā)射換能器的驅(qū)動(dòng)方法適用于單極、偶極、四極等各種聲波測(cè)井儀發(fā)射換能器的激勵(lì)，對(duì)各種形狀和結(jié)構(gòu)的壓電式換能器、電磁式換能器(等)均具有適應(yīng)性。[0018]圖1中各部分功能描述如下:地面波形設(shè)計(jì)模塊:用戶用地面儀根據(jù)需要選擇或設(shè)計(jì)具有不同頻帶的波形數(shù)據(jù)(或控制指令)，通過(guò)遙測(cè)短節(jié)下發(fā)給聲波下井儀。為了便于說(shuō)明，圖2 圖4給出了幾種脈沖的時(shí)域波形及頻譜(并不局限于這幾種波形)。井下波形產(chǎn)生模塊:井下控制單元(如MCU、DSP、FPGA、CPLD等)根據(jù)接收到地面的波形數(shù)據(jù)或指令(也可以是井下已存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)，或地面向井下發(fā)送指令井下控制單元自己產(chǎn)生波形數(shù)據(jù))通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生低壓模擬波形，并通過(guò)濾波電路、放大電路等進(jìn)行信號(hào)調(diào)理最終輸出低壓模擬波形Signal波形。 功率放大模塊:采用功率放大電路(如變壓器耦合甲乙類推挽功率放大電路)將低壓模擬波形Signal進(jìn)行功率放大(通常輸出的電壓峰峰值應(yīng)達(dá)到幾百伏乃至數(shù)千伏)，放大后的高壓波形施加在發(fā)射換能器上，從而向外輻射聲波。功率放大電路見圖5。圖5中，Signal信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)I禹合變壓器Tl形成極性相反的兩路信號(hào)Sigl和Sig2，Vbis為偏置電壓，以避免交越失真(也可以采用運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相放大、反相放大及求和電路實(shí)現(xiàn));信號(hào)Sigl (Sig2)經(jīng)過(guò)電阻R1、R3 (R2、R4)分壓后加在功率MOS管Ql(Q2)的柵極，功率MOS管Q1、Q2的源極均與地相連，D1、D2 (D3、D4)為穩(wěn)壓二極管，對(duì)功率MOS管Ql (Q2)起到保護(hù)作用；HV為高壓直流電源，為功率放電電路提供能量；功率MOS管Ql、Q2在Signal信號(hào)的正負(fù)半周輪流導(dǎo)通，通過(guò)升壓變壓器T2升壓后對(duì)換能器M進(jìn)行激勵(lì)。為了提高功率放大電路輸出線性度及工作穩(wěn)定性可以增加負(fù)反饋。各元器件主要連接關(guān)系在圖中均已標(biāo)明。
權(quán)利要求1.一種聲波測(cè)井發(fā)射換能器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，含有波形產(chǎn)生模塊、功率放大模塊和發(fā)射換能器，其特征在于，還包含有地面儀，地面儀內(nèi)設(shè)置地面波形設(shè)計(jì)模塊，所述地面波形設(shè)計(jì)模塊通過(guò)遙測(cè)短節(jié)與井下控制單元進(jìn)行信息傳遞，井下控制單元與D/A轉(zhuǎn)換模塊相連，D/A轉(zhuǎn)換模塊模擬輸出端接信號(hào)調(diào)理模塊，信號(hào)調(diào)理模塊輸出端與線性功率放大電路輸入端相連，線性功率放大電路輸出端與發(fā)射換能器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波測(cè)井發(fā)射換能器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述功率放大電路包括輸入端的信號(hào)耦合變壓器Tl和輸出端的升壓變壓器T2、功率MOS管Ql、Q2，信號(hào)耦合變壓器Tl的次級(jí)繞組的兩端分別為信號(hào)Sigl和Sig2 ;信號(hào)Sigl經(jīng)過(guò)電阻Rl、R3分壓后與功率MOS管Ql的柵極相連，信號(hào)Sig2經(jīng)過(guò)電阻R2、R4分壓后與功率MOS管Q2的柵極相連，功率MOS管Q1、Q2的源極均與地相連；功率MOS管Ql的柵極依次通過(guò)穩(wěn)壓二極管D1、D2后與地相連，功率MOS管Q2的柵極依次通過(guò)穩(wěn)壓二極管D3、D4后與地相連；功率MOS管Q1、Q2的漏極分別與所述升壓變壓器T2的初級(jí)繞組兩端連接，該初級(jí)繞組有一個(gè)中心抽頭，該中心抽頭與高壓直流電源HV相連；升壓變壓器T2的次級(jí)繞組兩端與發(fā)射換能器兩端相連；功率MOS管Ql、Q2的源極分別通過(guò)電阻R5和R6與高壓直流電源HV相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲波測(cè)井發(fā)射換能器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，信號(hào)耦合變壓器Tl的次級(jí)繞組有一個(gè)中心抽頭，該中心抽頭與正向偏置電壓Vbis相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種聲波測(cè)井發(fā)射換能器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，含有地面波形設(shè)計(jì)模塊、波形產(chǎn)生模塊、功率放大模塊和發(fā)射換能器等，用戶用地面儀根據(jù)需要選擇或設(shè)計(jì)具有不同頻帶的波形數(shù)據(jù)或控制指令，通過(guò)遙測(cè)短節(jié)下發(fā)給聲波下井儀的井下控制單元，井下控制單元控制D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生低壓模擬波形，并通過(guò)濾波電路、放大電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后輸出Signal波形，然后利用功率放大電路將Signal波形進(jìn)行功率放大，最后將其施加在發(fā)射換能器上，從而向外輻射聲波。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于可以在地面對(duì)發(fā)射電路的脈沖波形進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)情況及測(cè)井需要選擇更加有利的激勵(lì)波形，獲取更好的測(cè)井資料。提高了聲波測(cè)井儀的地層適用性。
文檔編號(hào)E21B47/14GK202991019SQ20122052860
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者張博, 王軍杰, 王武營(yíng), 成思, 周祥熹, 鄧方青, 劉峰, 常平平, 殷謙, 喬喜梅 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所