一种用于随钻VSP测量的信号回放装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种信号回放装置及方法，属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种用于随钻VSP测量的信号回放装置及方法。包括：FPGA控制器、若干个SRAM、USB控制器、SPI接口、晶振，其中：所述SPI接口通过SPI总线与存储芯片阵列管理器相连；所述SRAM通过数据总线和地址总线与FPGA控制器相连；所述USB控制器、晶振分别与FPGA控制器相连。因此，本发明专利技术具有如下优点：利用USB转SPI接口电路通过SPI总线直接读取存储器数据，而不经过数字信号控制器中转，实现了大容量VSP数据的高速下载。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种信号回放装置及方法，属于地球物理勘探
，具体涉及一种用于随钻VSP测量的信号回放装置及方法。
技术介绍
随着油气勘探开发难度的加大，垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling，VSP)随钻测量技术的应用价值日益凸现，尤其是其地层前探功能，探测范围远大于其他随钻测井工具。深井超深井碳酸盐溶洞精确定位和高压地层的卡层等问题目前仍难以解决。例如，有关数据表明，塔里木地区塔北地区溶洞一次钻井成功率为59.5％，利用随钻VSP工具对该地区失利井进行二次定位，可使溶洞的钻遇率将提高至85％，潜山深度定位误差小于1％，显著降低钻探风险，节约钻井作业成本，并提高钻井时效。随钻VSP是一种井中地震观测技术，它以电缆VSP技术为基础，将地震波检测、数据采集与存储等仪器集成到井下钻具上，在不影响正常钻井作业情况下，实时测量并记录地面震源产生的地震波经地层透射、反射后的信号，从而获取随钻VSP数据，通过对测量结果的走时、极性、相位、幅值等分析，得到钻头前方地层的界面深度、地层剖面以及岩石属性等，其探测范围可达钻头前数百米。与地面地震相比，由于随钻VSP数据在井底中获取，地震波传播路径相对较短，高频信号衰减较少，因此，具有信噪比高、分辨率高，以及运动学、动力学特征明显等优势。与常规电缆VSP相比，随钻VSP是在钻井作业接单根期间进行测量，不干扰钻井作业，占用钻机时间少，施工风险小，钻井成本低。此外，随钻VSP能同时接收到上行波和下行波，可用来为地面地震数据估算反褶积算子；多分量随钻VSP还可同时记录纵波及横波，实现多波多分量勘探。随钻VSP测量工具的关键技术是精确测量地震波单程旅行时间，然而井下恶劣环境中获得高精度时钟，是限制随钻VSP测量工具能否实际应用的关键因素，通常要求工作200小时后井下计时累计误差小于1ms，这对于常规的晶振而言，难以满足精确测量地震波旅行时间的需要。在钻进过程中井下传感器器要承受强振动、冲击，需要设计特殊的安装结构方能满足随钻仪器的要求。震源激发的地震波经地层衰减达到井底后，VSP测量工具上的传感器与井壁的耦合效果对信号检测由决定性影响，此外，随钻VSP测量系统现场应用时，要求起钻后快速下载井下工具存储的数据，及时进行速度模型修正以及数据处理，将钻头位置标注于地震剖面上，为钻井工程师提供决策依据。由于井下采集的VSP数据容量较大，因此，数据回放速度尤为重要，常规随钻仪器的数据下载接口通常采用RS485总线，其数据传输速率相对较低，获取数据需要的时间较长，从而影响钻井作业进度。总而言之，如何确保VSP地震波传感器与井壁的耦合效果、传感器减震结构、高精度井下时钟、VSP测量数据的存储和提取是随钻VSP技术需要克服的主要难题。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在现有存储装置受高温高压的影响，难以用于VSP测量中，无法有效稳定的存储井下测量数据并在起钻后快速下载数据的问题，提供了一种用于随钻VSP测量的信号回放装置及方法。该装置及方法利用USB转SPI接口电路通过SPI总线直接读取存储器数据，而不经过数字信号控制器中转，实现了大容量VSP数据的高速下载。为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于随钻VSP测量的信号回放装置，包括：FPGA控制器、若干个SRAM、USB控制器、SPI接口、晶振，其中：所述SPI接口通过SPI总线与存储芯片阵列管理器相连；所述SRAM通过数据总线和地址总线与FPGA控制器相连；所述USB控制器、晶振分别与FPGA控制器相连。优化的，上述的一种用于随钻VSP测量的信号回放装置，所述SRAM为两个，相互间交替工作。为了解决上述问题，根据本专利技术的另一个方面，提供了一种利用上述的信号回放装置进行信号回放的方法，包括：步骤1，FPGA控制器设置所有内部状态变量，然后调用用户初始化函数TD_Init()初始化USB接口成为未配置的状态，并使能中断；步骤2，FPGA控制器开始重枚举，并启动任务分配器，由任务分配器按顺序重复地执行下列工作:步骤201，调用轮询函数TD_Poll()步骤202，检测是否有标准设备请求；若有，则解析所收到的命令请求并加以响应，如果所述标准设备请求是传输数据命令，则FPGA控制器对SRAM进行FIFO读写操作；步骤203，判断是否报告USB挂起事件，如果要报告USB挂起事件，则调用函数TD_Suspend，若成功返回，则测试唤醒事件，如果未检测到唤醒事件，则将PGA控制器放入中止模式中，当回复事件被检测到时，将调用函数TD_Resume()，并跳回步骤201。优化的，上述的一种信号回放方法，FIFO接口数据输出流程为：步骤301，在空闲状态下，监控到读事件产生后，进入步骤302；步骤302，使能SLCS，确定从FIFO读地址，若FIFO非空，在保证从FIFO地址至少稳定出现25ns后，执行步骤303，否则停留在步骤302步骤303，延时一个时钟周期后，使能SLOE，把内部FIFO中的数据驱动到数据总线上，进入步骤303；步骤304：延时一个时钟周期后，使能WRREQ，把数据总线上的数据写入乒乓FIFO中，进入步骤305；步骤305：延时一个时钟周期后，使能SLRD，同时SLRD信号保证建立时间和保持时间要求，在经过tXFD时延后下一个地址的FIFO数据驱动到数据总线上，进入步骤306；步骤306：若仍有数据要读，进入步骤303，否则进入空闲状态。优化的，上述的一种信号回放方法，FIFO接口数据输入流程为：步骤401，在空闲状态下，监控到读事件产生后，进入步骤402；步骤402，使能SLCS，确定从FIFO地址，若FIFO非满，在保证EZ-USB FIFO地址至少稳定出现25ns后，进入403，否则停留在402；步骤403，延时一个时钟周期后，使能RDREQ，驱动乒乓FIFO中的数据到数据总线上，并保证tSFD的最小要求，进入步骤404；步骤404，延时2个时钟周期后，使能SLWR，同时保证SLWR信号的建立时间和保持时间要求，在IFCLK的上升沿，数据被写入从FIFO中，FIFO的标志位在经过tXFLG时延后被更新，进入步骤405；步骤405，如果提交给从FIFO的数据为乒乓FIFO的最后一组数据，则使能PKTEND，同时在满足其建立、保持时间的条件下，在IFCLK的上升沿提交最后一组数据，进入步骤406；步骤406：若仍有数据要读，进入步骤403，否则进入空闲状态。优化的，上述的一种信号回放方法，采用两片SRAM作为数据FIFO，当一片SRAM存储满后，在由USB接口控制器将数据发送到地面计算机的同时，由FPGA芯片则继续读取存储器并缓存到另外一片SRAM存储器，当另一块SRAM存储满后，再由USB接口控制器将数据发送到地面计算机。因此，本专利技术具有如下优点：利用USB转SPI接口电路通过SPI总线直接读取存储器数据，而不经过数字信号控制器中转，实现了大容量VSP数据的高速下载。附图说明附图1是随钻VSP测量原理示意图；附图2是随钻VSP测量流程示意图；附图3是随钻VSP测量工具示意图；附图4是四分量VSP测量的地震波信号波形示意图；附图5是随钻VSP测量传感器安装设备示意图；附图6是钻具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于随钻VSP测量的信号回放装置，其特征在于，包括：FPGA控制器、若干个SRAM、USB控制器、SPI接口、晶振，其中：所述SPI接口通过SPI总线与存储芯片阵列管理器相连；所述SRAM通过数据总线和地址总线与FPGA控制器相连；所述USB控制器、晶振分别与FPGA控制器相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于随钻VSP测量的信号回放装置，其特征在于，包括：FPGA控制器、若干个SRAM、USB控制器、SPI接口、晶振，其中：所述SPI接口通过SPI总线与存储芯片阵列管理器相连；所述SRAM通过数据总线和地址总线与FPGA控制器相连；所述USB控制器、晶振分别与FPGA控制器相连。2.根据权利要求1所述的一种用于随钻VSP测量的信号回放装置，其特征在于，所述SRAM为两个，相互间交替工作。3.一种利用权利要求1所述的信号回放装置进行信号回放的方法，其特征在于，包括：步骤1，FPGA控制器设置所有内部状态变量，然后调用用户初始化函数TD_Init()初始化USB接口成为未配置的状态，并使能中断；步骤2，FPGA控制器开始重枚举，并启动任务分配器，由任务分配器按顺序重复地执行下列工作:步骤201，调用轮询函数TD_Poll()步骤202，检测是否有标准设备请求；若有，则解析所收到的命令请求并加以响应，如果所述标准设备请求是传输数据命令，则FPGA控制器对SRAM进行FIFO读写操作；步骤203，判断是否报告USB挂起事件，如果要报告USB挂起事件，则调用函数TD_Suspend，若成功返回，则测试唤醒事件，如果未检测到唤醒事件，则将PGA控制器放入中止模式中，当回复事件被检测到时，将调用函数TD_Resume()，并跳回步骤201。4.根据权利要求3所述的信号回放方法，其特征在于，FIFO接口数据输出流程为：步骤301，在空闲状态下，监控到读事件产生后，进入步骤302；步骤302，使能SLCS，确定从FIFO读地址，若FIFO非空，在保证从FIFO地址至少稳定出现25ns后，执行步骤303，否则停留在步骤302步骤303，延时一个时钟周期后，使能SLOE，把内部FIFO中的数据驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾维平，贾衡天，吕海川，曹冲，张磊，邓乐，
申请(专利权)人：中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11