一种多频阵列电测井谐振式发射系统技术方案

一种多频阵列电测井谐振式发射系统，其FPGA主控单元的高频信号发生单元与信号隔离单元相连，信号隔离单元的输出端与高频驱动的输入端相连接，高频驱动输出端与功率放大单元的输入端相连接，功率放大单元和FPGA主控单元的输出端均与高频电控开关组的开关相连接，高频电控开关组的开关连接谐振匹配单元，谐振匹配单元连接发射线圈系。FPGA的发射负载控制单元输出信号输入给高频电控开关组，高频电控开关组的开通和关断状态由FPGA的发射负载控制单元控制。

【技术实现步骤摘要】
一种多频阵列电测井谐振式发射系统
本专利技术涉及一种测井用发射系统，特别涉及一种多频阵列电测井谐振式发射系统。
技术介绍
电法测井主要目的是获取地层的电阻率或介电常数信息，进而联合其他地层参数用以计算判断储层的油气饱和度和分布情况。电法测井主要包括自然电位测井、电阻率测井、感应测井、电磁波传播测井等。电磁波传播测井又称超高频介电测井，是测量与地层介电常数密切相关的电磁波传播时间和电磁波衰减来区分油、水层，确定地层水含量，双频介电法测量发射线圈发射的电磁波，两个接收线圈接收信号，输出两个接收信号的幅度比和相位差。普通电阻率测井和侧相测井都属于直流测井的范畴，为使得测量电流由井内进入地层，要求井内必须充满导电的泥浆或水，但有些资料井为准确了解原始含油饱和度或保持地层原始渗透性，往往采用油基泥浆或空气钻井，使得直流电测井遇到了无法克服的困难。交变电磁场对地层介质的作用及电磁波的传播都不会因井内不存在导电介质而受到限制，感应测井已发展为常规测井系列中一种主要的电法测井方法。传统的感应测井是测量信号的电动势，发射源频率介于10～200kHz之间，是通过测量地层中携带有地层信息的二次电流在接收线圈的电动势，来获得关于地层的信息，由于二次电流在接收线圈中的感应场相对于收发线圈的直耦信号十分微弱，在复杂地质结构的油气藏勘探时效果较差、纵向分辨率低、探测深度较浅。仪器受井眼、侵入、围岩等环境影响和趋肤效应影响比较严重，所提供的地层电阻率不够准确、影像设备的薄层探测能力，不能满足测井发展的需要。随着感应测井在仪器设计和理论研究等方面迅速发展，出现了阵列感应测井成像仪器，极大地改善了感应测井仪器的性能。阵列相位感应电阻率测井仪由多个发收线圈系构成，通过组合信号频率、发收线圈系源距和两接收线圈间距构成多套发收线圈系同，一次测量可得到多套地层测井曲线。这种方法拓展了电阻率的测量范围，减少了井眼、泥浆及其他因素的影响。目前应用较广的阵列电测井主要有阵列感应和电磁传播电阻率测井。阵列感应应用多频、多源距单发-单收探头，频率多在几十千赫兹左右。电磁传播电阻率测井的源频率在几兆赫兹，采用单发-双收探头测量接收线圈的感应电动势之间的相位差和幅度比。对于发射频率，发射频率越低，径向探测深度越大。增加发射频率有助于提高接收信号的强度，提高纵向分层能力。若将高频与低频相结合起来，可增强探测能力。高低频结合的方式既能保持阵列相位感应测井很强的纵向分层能力，又能保证仪器的探测深度。上述电测井方法均需要可靠的发射系统作为支撑，而高低频结合多频大功率发射系统有着很好的应用前景。目前感应测井发射系统存在的问题有发射源电流激励不高，难以使地层达到一定的感应强度；同时井下仪器在发射时，不同线圈之间的切换非常困难，大多采用一组发射线圈一个发射频率对应一套激励源的方式，当选择的频点较多时，增加了系统的复杂性。
技术实现思路
为了克服上述现有方法的不足，本专利技术提出一种多频阵列电测井谐振式发射系统。本专利技术可实现200kHz～10MHz之间的频率点正弦波输出，配合不同的发射线圈，可满足高低频结合发射，并实现0～5A的大电流输出，可保持测井仪纵向分层能力和探测深度。本专利技术以电测井理论为基础，为检测信号相位差和幅度比的产生提供一种发射系统，使发射线圈工作在谐振状态并匹配谐振元件，可为多组线圈系提供200kHz～10MHz之间多种发射频率，实现发射线圈负载上的大电流正弦波发射，同时具备频率自动切换和发射线圈自动切换的功能。本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的多频阵列电测井谐振式发射系统，主要包括：FPGA主控单元、信号隔离单元、高频驱动单元、功率放大单元、高频电控开关组、谐振匹配单元、发射线圈系和隔离电源组。FPGA主控单元中的高频信号发生单元与信号隔离单元相连，信号隔离单元的输出端与高频驱动的输入端相连接，高频驱动单元的输出端与功率放大单元的输入端相连接，功率放大单元的输出端和FPGA主控单元的输出端均与高频电控开关组的开关相连接，高频电控开关组的开关连接谐振匹配单元，谐振匹配单元连接发射线圈系。隔离电源组分为主电路DC电源和控制电路DC电源，主电路DC电源连接功率放大单元，用于给功率放大单元提供电源，控制电路DC电源连接FPGA主控单元和高频驱动单元，用于给FPGA主控单元和高频驱动单元提供电源。所述的FPGA主控单元包括高频信号发生单元和发射负载控制单元。所述的高频信号发生单元输出信号至信号隔离单元，信号隔离单元输出信号至高频驱动单元，高频驱动单元的输出信号输入至功率放大单元，功率放大单元的输出连接高频电控开关组。所述的发射负载控制单元输出信号输入给高频电控开关组，高频电控开关组的开通和关断状态由所述的发射负载控制单元控制。高频电控开关组连接谐振匹配单元，谐振匹配单元连接发射线圈系。本专利技术采用FPGA作为主控芯片，主要用于实现高频信号发生和发射线圈负载的控制。FPGA主控单元的高频信号发生单元可产生200kHz～10MHz之间任意频点的占空比可调的任意波形信号，本专利技术多频阵列电测井谐振式发射系统的高频信号采用200kHz～10MHz之间任意频点的占空比可调的方波信号，该方波信号经过信号隔离单元，经高频驱动单元驱动，在功率放大单元进行放大。功率放大单元可实现200kHz～10MHz的高频宽频放大，在线圈上实现0～5A的正弦波电流有效值。高频电控开关组由FPGA主控单元的发射负载单元控制其工作状态，通过多路连接谐振匹配单元和发射线圈系，由多路发射线圈轮流工作。所述的高频信号发生单元基于FPGA和直接数字频率合成技术DDS实现。高频信号发生单元包括频率控制模块、调整系数模块、控制字调整模块、相位累加器、地址调整模块和波形存储器。连接方式为：所述的频率控制字模块和调整系数模块同时作为控制字调整模块的输入，控制字调整模块的输出作为相位累加器的输入，相位累加器的输出作为地址调整模块的输入，地址调整模块的输出作为波形存储器的输入，波形存储器最终的输出实现高频信号发生。高频信号发生的具体实现方法为：由频率控制字模块和频率调整系数模块生成频率控制字，输出的控制字经过控制字调整模块转化为直接数字频率合成DDS的频率控制字，经过相位累加器相位累加后作为一个查表地址输送给地址调整模块，地址调整模块根据输出波形选择信号，调整地址值对应于波形存储器ROM中不同波形的存储区域，最后根据查表的地址值输出所需数字波形。200kHz～10MHz之间某频率点的频率由频率控制模块和调整系数模块控制，DDS输出信号的频率由以下公式给出：f0＝(fclk/2N)×K，式中：fo为输出频率，fclk为系统基准时钟频率，N为累加器位数，K为输入频率控制字，通过N、K和fclk的组合可以产生任一频率的输出。以输出8MHz方波高频信号为例，FPGA主控单元参考时钟信号采用50MHz，相位累加器选择8位，则输出8MHz信号时，K值为40.96，此时可设定频率控制模块输出频率控制字为64，调整系数模块输出频率调整系数为0.64，控制字调整模块将频率控制模块输出的频率控制字和调整系数模块输出的频率调整系数做乘法运算，最终经相位累加器和地址调整模块，读取波形存储器中的波形，输出需要的高频信号。输出方波高频信号的占空比可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多频阵列电测井谐振式发射系统，其特征在于，所述的发射系统主要包括：FPGA主控单元、信号隔离单元、高频驱动单元、功率放大单元、高频电控开关组、谐振匹配单元、发射线圈系和隔离电源组；所述的FPGA主控单元的高频信号发生单元与信号隔离单元相连，信号隔离单元的输出端与高频驱动的输入端相连接，高频驱动输出端与功率放大单元的输入端相连接，功率放大单元和FPGA主控单元的输出端均与高频电控开关组的开关相连接，高频电控组的开关连接谐振匹配单元，谐振匹配单元连接发射线圈系；所述的隔离电源组分为主电路DC电源和控制电路DC电源，主电路DC电源连接功率放大单元，控制电路DC电源连接FPGA主控单元和高频驱动单元；FPGA主控单元包括高频信号发生单元和发射负载控制单元；所述的高频信号发生单元输出信号至信号隔离单元，信号隔离单元输出信号至高频驱动单元，高频驱动单元的输出信号输入至功率放大单元，功率放大单元的输出连接高频电控开关组；FPGA的发射负载控制单元输出信号输入给高频电控开关组，高频电控开关组的开通和关断状态由FPGA的发射负载控制单元控制；高频电控开关组的输出信号至谐振匹配单元，谐振匹配单元的的输出信号至发射线圈系。...

【技术特征摘要】
1.一种多频阵列电测井谐振式发射系统，其特征在于，所述的发射系统主要包括：FPGA主控单元、信号隔离单元、高频驱动单元、功率放大单元、高频电控开关组、谐振匹配单元、发射线圈系和隔离电源组；所述的FPGA主控单元的高频信号发生单元与信号隔离单元相连，信号隔离单元的输出端与高频驱动的输入端相连接，高频驱动输出端与功率放大单元的输入端相连接，功率放大单元和FPGA主控单元的输出端均与高频电控开关组的开关相连接，高频电控组的开关连接谐振匹配单元，谐振匹配单元连接发射线圈系；所述的隔离电源组分为主电路DC电源和控制电路DC电源，主电路DC电源连接功率放大单元，控制电路DC电源连接FPGA主控单元和高频驱动单元；FPGA主控单元包括高频信号发生单元和发射负载控制单元；所述的高频信号发生单元输出信号至信号隔离单元，信号隔离单元输出信号至高频驱动单元，高频驱动单元的输出信号输入至功率放大单元，功率放大单元的输出连接高频电控开关组；FPGA的发射负载控制单元输出信号输入给高频电控开关组，高频电控开关组的开通和关断状态由FPGA的发射负载控制单元控制；高频电控开关组的输出信号至谐振匹配单元，谐振匹配单元的的输出信号至发射线圈系。2.根据权利要求1所述的多频阵列电测井谐振式发射系统，其特征在于：所述的发射线圈系包含多组不同参数的独立的发射线圈，各个发射线圈的直径相同，匝数及电感量Lt不同；工作时，不同线圈系中不同的线圈对应不同的发...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳红，刘国强，夏正武，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11