本發(fā)明屬于井間電磁測量裝置相關技術領域，更具體地，涉及一種適用于井間電磁測井的井下發(fā)射主控系統(tǒng)。

背景技術：

常規(guī)電纜測井雖具有分辨率高、準確等優(yōu)勢，但測量尺度較小，所提供的信息只是大量非均質體中非常有限的部分采樣，不能準確描述井眼周圍較大范圍的儲層特征。

井間電磁測井技術是在單井測井技術基礎上發(fā)展起來的新測井方法：將發(fā)射機置于發(fā)射井中的某一固定位置向地層發(fā)射電磁波，后文稱其為發(fā)射信號；接收井中的接收機置于不同的位置接收經(jīng)過地層傳播過來的電磁波，后文稱其為接收信號，接收信號經(jīng)過一系列處理得到接收數(shù)據(jù)，這樣便完成一個剖面的測量，改變發(fā)射機的位置，進行下一個剖面的測量。如此往復，直到測量點覆蓋整個測量井段。通過對接收數(shù)據(jù)進行反演，得到反映井間油藏構造和油氣分布的二維至三維電阻成像，從而實現(xiàn)對井間地層電氣特性的直接測量和描述，是探測井間地層信息的最佳和最直接的測井方式。然而，如何在發(fā)射線圈中產生大發(fā)射電流，保證發(fā)射信號在地層的遠距離傳輸，一直是井間電磁測井儀器的設計難點。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種適用于井間電磁測井的井下發(fā)射主控系統(tǒng)，其基于井間電磁測井系統(tǒng)的特點，針對井下發(fā)射主控系統(tǒng)進行了設計。所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)的發(fā)射電流采集通道及發(fā)射線圈耦合信號采集通道采集開始工作之前，校正信號產生電路先產生校正信號以對所述發(fā)射電流采集通道及所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道進行校正，如此以最大程度地減小工作環(huán)境對測量結果的影響；所述可編程邏輯器件通過切換諧振電容來改變發(fā)射頻率，以保證發(fā)射線圈在任何諧振電容值下都在最大發(fā)射電流頻率點工作。此外，所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)實時監(jiān)控發(fā)射電流，出現(xiàn)異常情況時可用關斷功率放大器來保護系統(tǒng)安全，且能夠同步采集發(fā)射線圈耦合信號，采集到的所述發(fā)射線圈耦合信號作為接收信號相位分析的參考信號或者用以估算發(fā)射電流的大小。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種適用于井間電磁測井的井下發(fā)射主控系統(tǒng)，其包括發(fā)射電流采集通道、校正信號產生電路、發(fā)射線圈耦合信號采集通道、輔助參數(shù)采集通道、可編程邏輯器件、主控制器及CAN通訊接口，其特征在于：

所述發(fā)射電流采集通道用于采集發(fā)射線圈中的發(fā)射電流大小，以便通過掃頻確定不同諧振電容對應的發(fā)射信號頻率，使發(fā)射電流最大化；

所述校正信號產生電路用于產生校正信號，并將所述校正信號傳輸給所述發(fā)射電流采集通道及所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道，以對所述發(fā)射電流采集通道及所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道進行校正；

所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道用于采集所述發(fā)射線圈的耦合信號，以作為接收信號相位分析的參考信號或者用以估算所述發(fā)射電流的大??；

所述輔助參數(shù)采集通道用于監(jiān)測保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作的輔助參數(shù)；所述主控制器連接所述可編程邏輯器件及所述CAN通訊接口，所述CAN通訊接口通過遙傳短節(jié)與地面系統(tǒng)實現(xiàn)通訊，以使所述主控制器接收所述地面系統(tǒng)傳來的命令、解析所述命令并傳輸給所述可編程邏輯器件；所述可編程邏輯器件用于控制所述校正信號產生電路產生所述校正信號，同時，所述可編程邏輯器件還用于接收來自所述發(fā)射電流采集通道、所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道及所述輔助參數(shù)采集通道的采樣結果，并判斷采樣結果是否異常以采取相應的動作來保護系統(tǒng)不被損害；此外，所述可編程邏輯器件還用于產生功率放大器驅動信號及諧振電容繼電器控制信號，其通過切換所述諧振電容來改變發(fā)射頻率。

進一步的，所述可編程邏輯器件上設置有同步信號接口，所述同步信號接口用于接收同步時鐘；所述可編程邏輯器件在所述同步時鐘的控制下采集發(fā)射線圈耦合信號。

進一步的，所述可編程邏輯器件上還設置有SPI接口，所述SPI接口連接于溫度傳感器芯片，所述溫度傳感器芯片用于感測所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)的溫度。

進一步的，所述發(fā)射電流采集通道包括第一模擬開關、差分轉單端電路及第一模數(shù)轉換器，所述第一模擬開關用于切換所述校正信號和發(fā)射電流檢測信號；所述差分轉單端電路連接所述第一模擬開關及所述第一模數(shù)轉換器，所述第一模數(shù)轉換器連接于所述可編程邏輯器件。

進一步的，所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道包括第二模擬開關、增益調節(jié)電路及第二模數(shù)轉換器，所述第二模擬開關切換來自所述校正信號產生電路的校正信號和發(fā)射線圈耦合信號；所述增益調節(jié)電路連接所述第二模擬開關及所述第二模數(shù)轉換器，所述第二模數(shù)轉換器連接于所述可編程邏輯器件。

進一步的，所述校正信號產生電路包括連接所述第一模擬開關及所述第二模擬開關的低通濾波器及數(shù)模轉換器，所述數(shù)模轉換器連接所述低通濾波器及所述可編程邏輯器件。

進一步的，所述輔助參數(shù)采集通道包括輔助參數(shù)預處理電路、第三模擬開關及第三模數(shù)轉換器，所述第三模擬開關連接所述輔助參數(shù)預處理電路及所述第三模數(shù)轉換器；所述第三模數(shù)轉換器連接于所述可編程邏輯器件。

進一步的，所述輔助參數(shù)預處理電路包括發(fā)射線圈溫度測量電路、板上低壓電源監(jiān)測電路及功率放大器直流高壓監(jiān)測電路。

進一步的，所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)還包括連接于所述可編程邏輯器件的電平轉換電路，所述電平轉換電路用于對所述功率放大器驅動信號及所述諧振電容繼電器控制信號進行電平轉換。

總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的適用于井間電磁測井的井下發(fā)射主控系統(tǒng)，其發(fā)射電流采集通道及發(fā)射線圈耦合信號采集通道采集開始之前，校正信號產生電路先產生校正信號以對所述發(fā)射電流采集通道及所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道進行校正，如此以最大程度地減小工作環(huán)境對測量結果的影響；所述可編程邏輯器件通過切換諧振電容來改變發(fā)射頻率，以保證發(fā)射線圈在任何諧振電容值下都在最大發(fā)射電流頻率點工作，使發(fā)射電流最大化。此外，所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)實時監(jiān)控發(fā)射電流，出現(xiàn)異常情況時可用關斷功率放大器來保護系統(tǒng)安全，且能夠同步采集發(fā)射線圈耦合信號，采集到的所述發(fā)射線圈耦合信號作為接受信號相位分析的參考信號或者用以估算發(fā)射電流的大小。

附圖說明

圖1是本發(fā)明較佳實施方式提供的適用于井間電磁測井的井下發(fā)射主控系統(tǒng)的框架示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：100-井下發(fā)射主控系統(tǒng)，10-發(fā)射電流采集通道，11-第一模擬開關，12-差分轉單端電路，13-第一模數(shù)轉換器，20-發(fā)射線圈耦合信號采集通道，21-第二模擬開關，22-增益調節(jié)電路，23-第二模數(shù)轉換器，30-校正信號產生電路，31-低通濾波器，32-數(shù)模轉換器，40-輔助參數(shù)采集通道，41-輔助參數(shù)預處理電路，42-第三模擬開關，43-第三模數(shù)轉換器，50-可編程邏輯器件，51-同步信號接口，52-SPI接口，60-電平轉換電路，70-溫度傳感器芯片，80-主控制器，81-內嵌CAN模塊，90-CAN通訊接口。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

請參閱圖1，本發(fā)明較佳實施方式提供的適用于井間電磁測井的井下發(fā)射主控系統(tǒng)100，所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100能夠實現(xiàn)地面與井下通訊，發(fā)射井與接收井時鐘同步，采集發(fā)射電流與發(fā)射線圈耦合信號，并能有效控制功率放大器，通過掃頻尋找諧振頻率點確保發(fā)射系統(tǒng)在任何諧振電容值都能產生最大發(fā)射電流。

所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100包括發(fā)射電流采集通道10、發(fā)射線圈耦合信號采集通道20、校正信號產生電路30、輔助參數(shù)采集通道40、可編程邏輯器件50、電平轉換電路60、溫度傳感器芯片70、主控制器80及CAN通訊接口90。本實施方式中，所述可編程邏輯器件50為FPGA模塊；所述主控制器80為DSP模塊。

所述發(fā)射電流采集通道10用于采集發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射線圈中的電流大小，以便通過掃頻確定不同諧振電容對應的發(fā)射頻率點。所述發(fā)射電流采集通道10包括第一模擬開關11、差分轉單端電路12及第一模數(shù)轉換器(ADC)13，所述第一模擬開關11用于接收來自所述校正信號采集電路30的校正信號。所述差分轉單端電路12連接所述第一模擬開關11及所述第一模數(shù)轉換器13，所述第一模數(shù)轉換器13連接于所述可編程邏輯器件50。本實施方式中，所述第一模擬開關11為四路輸入轉兩路輸出模擬開關，其還用于切換所述校正信號及發(fā)射電流檢測信號。

所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道20用于采集所述發(fā)射線圈的耦合信號，以作為接收信號相位分析的參考信號或者用以估算發(fā)射電流的大小。所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道20包括第二模擬開關21、增益調節(jié)電路22及第二模數(shù)轉換器(ADC)23，所述第二模擬開關21接收來自所述校正信號產生電路30的校正信號。所述增益調節(jié)電路22連接所述第二模擬開關21及所述第二模數(shù)轉換器23，所述第二模數(shù)轉換器23連接于所述可編程邏輯器件50。本實施方式中，所述第二模擬開關21為四路輸入轉兩路輸出模擬開關，其用于切換校正信號及所述發(fā)射線圈耦合信號。

所述校正信號產生電路30用于產生校正信號，所述校正信號輸入到所述第一模擬開關11及所述第二模擬開關21，以對所述發(fā)射電流采集通道10及所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道20進行校正。所述校正信號產生電路30包括連接所述第一模擬開關11及所述第二模擬開關21的低通濾波器31及數(shù)模轉換器32，所述數(shù)模轉換器32連接所述低通濾波器31及所述可編程邏輯器件50。本實施方式中，所述低通濾波器31是用廣義阻抗變換設計的橢圓濾波器。

所述輔助參數(shù)采集通道40用于采集發(fā)射線圈溫度、發(fā)射系統(tǒng)的功率放大器的母線電壓、低壓直流電壓等保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作的輔助參數(shù)。所述發(fā)射線圈溫度是通過鉑熱電阻PT1000測得的，所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)的溫度由兼容SPI協(xié)議的表貼型溫度傳感器芯片70測得的。所述輔助參數(shù)采集通道40包括輔助參數(shù)預處理電路41、第三模擬開關42及第三模數(shù)轉換器(ADC)43，所述第三模擬開關42連接所述輔助參數(shù)預處理電路41及所述第三模數(shù)轉換器43。所述第三模數(shù)轉換器43連接于所述可編程邏輯器件50。本實施方式中，所述輔助參數(shù)預處理電路41包括發(fā)射線圈溫度測量電路、板上低壓電源監(jiān)測電路及功率放大器直流高壓監(jiān)測電路。

本實施方式中，所述第一模數(shù)轉換器13、所述第二模數(shù)轉換器23及所述第三模數(shù)轉換器43均為分辨率為16位、采樣率為1兆赫茲的模數(shù)轉換器；所述發(fā)射電流采集通道10、所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道20及所述輔助參數(shù)采集通道40的采樣結果均傳遞給所述可編程邏輯器件50。

所述可編程邏輯器件50連接所述電平轉換電路60及所述主控制器80，其用于將接收到的采樣結果傳輸給所述主控制器80。所述可編程邏輯器件50包括同步信號接口51及SPI接口52，所述同步信號接口51用于接收同步時鐘，在所述同步時鐘的控制下，所述可編程邏輯器件50采集發(fā)射線圈耦合信號，將采集到的所述發(fā)射線圈耦合信號作為接收信號相位分析的參考。所述SPI接口52連接所述溫度傳感器芯片70。

所述電平轉換電路60用于對所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100產生的功率放大器驅動信號及諧振電容繼電器控制信號進行電平轉換。本實施方式中，所述電平轉換電路60使用3.3V到5V的表貼型雙位雙電源總線收發(fā)器，每兩路控制信號對應一個電平轉換器件。

所述主控制器80連接所述可編程邏輯器件50及所述CAN通訊接口90，其設置有內嵌CAN模塊81。所述內嵌CAN模塊81連接所述CAN通訊接口90，所述CAN通訊接口90通過遙傳短節(jié)與地面系統(tǒng)通訊，以使所述主控制器80接收所述地面系統(tǒng)傳來的命令，解析所述命令并通知相應的模塊執(zhí)行相應的動作，同時，所述主控制器80通過所述CAN通訊接口90及所述遙傳短節(jié)將井下采集的數(shù)據(jù)上傳到所述地面系統(tǒng)。

井間電磁測井技術通過將發(fā)射線圈固定于某一位置，不斷改變接收線圈的位置完成一個剖面的測量。一個剖面測量完成以后，再移動所述發(fā)射線圈以開始下一個剖面的測量。所述發(fā)射線圈每移動到一個新的位置以后，地面系統(tǒng)先給所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100供電，220V交流電經(jīng)過開關電源的作用后得到所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100的各個模塊所需要的各個直流電壓。所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100隨即校正所述發(fā)射電流采集通道10及所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道20。

當所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100接收到所述地面系統(tǒng)發(fā)出的指定發(fā)射諧振電容序號的命令后，所述可編程邏輯器件50立即發(fā)出信號切換諧振電容(諧振電容與大電感發(fā)射線圈構成串聯(lián)諧振電路，不同的所述諧振電容對應不同的發(fā)射頻率，切換諧振電容即可改變發(fā)射頻率)，并將執(zhí)行結果反饋給所述地面系統(tǒng)；同時，所述地面系統(tǒng)通過七芯電纜中的高壓直流電壓線給所述發(fā)射系統(tǒng)的功率放大器提供一個合適的直流母線電壓；當接收到所述地面系統(tǒng)發(fā)出的“開始掃頻”命令后，所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100產生功率放大器驅動信號，并以特定的步進改變所述功率放大器驅動信號的頻率，每次改變所述功率放大器驅動信號的頻率以后，所述發(fā)射電流采集通道10都要采集此頻率對應的發(fā)射電流大小，當所述功率放大器驅動信號等于掃頻截止頻率時，停止改變所述功率放大器驅動信號的頻率；所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100對掃頻得到的發(fā)射電流測量數(shù)據(jù)進行去毛刺、消噪處理以后，計算每個所述發(fā)射頻率對應的發(fā)射電流有效值，其中有效值最大的頻率點即為所述諧振電容對應的工作頻率，找到這個工作頻率以后，所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100給所述地面系統(tǒng)發(fā)射“掃頻成功”命令。

掃頻成功以后，若所述地面系統(tǒng)做好發(fā)射準備，所述地面系統(tǒng)則給所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100發(fā)出“開始發(fā)射”命令，同時加大所述功率放大器的母線電壓和采集發(fā)射電流，當所述發(fā)射電流達到要求時停止加大所述功率放大器的母線電壓。開始發(fā)射后，所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100在所述同步時鐘的作用下，開始同步采集發(fā)射線圈耦合信號，以作為接收信號相位分析的參考。

在執(zhí)行“開始發(fā)射”命令期間，所述發(fā)射電流采集通道10及所述輔助參數(shù)采集通道40一直處在工作狀態(tài)；當監(jiān)測到發(fā)射電流或者輔助參數(shù)出現(xiàn)異常時，所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100立即停止工作并上報所述地面系統(tǒng)。沒有異常情況時，所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100在“停止發(fā)射”命令作用下停止發(fā)射；當所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100接收到“上傳數(shù)據(jù)”命令后，所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)100將發(fā)射線圈耦合信號的測量結果以特定的幀格式通過所述CAN通訊接口90上傳至所述地面系統(tǒng)。本實施方式中，每次切換諧振電容后都需要重復以上掃頻、反饋、發(fā)射、上傳測量結果的過程。

本發(fā)明提供的適用于井間電磁測井的井下發(fā)射主控系統(tǒng)，其發(fā)射電流采集通道及發(fā)射線圈耦合信號采集通道采集開始之前，校正信號產生電路先產生校正信號以對所述發(fā)射電流采集通道及所述發(fā)射線圈耦合信號采集通道進行校正，如此以最大程度地減小工作環(huán)境對測量結果的影響；所述可編程邏輯器件通過切換諧振電容來改變發(fā)射頻率，以保證發(fā)射線圈在任何諧振電容值下都在最大發(fā)射電流頻率點工作。此外，所述井下發(fā)射主控系統(tǒng)實時監(jiān)控發(fā)射電流，出現(xiàn)異常情況時可用關斷功率放大器來保護系統(tǒng)安全，且能夠同步采集發(fā)射線圈耦合信號，采集到的所述發(fā)射線圈耦合信號作為接受信號相位分析的參考信號或者用以估算發(fā)射電流的大小。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。