第6章 多极子阵列声波测井仪,2015 (2).

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6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL

2、缓冲放大电路

同相放大，高频提升，输入保护
单极，Mn=(X1+X2)+(Y1+Y2) 偶极，RnX=（X2-X1）， RnY=（Y2-Y1） 四极，Qn=(X1+X2)-(Y1+Y2)

3、信号合成电路


4、测试信号发生器
偶极、单极、四极信号合成电路原理
温度传 感器
数据/地址总线
高速数据 总线
高速数据接收 控制器
FIFO
接口控 制逻辑
RAM
MPAL系统控制电路原理图
测井仪器原理（一）
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6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL

6.2.4 数据采集电路


8路同步高速高精度数据采集 分为板级两个子系统 由DSP设定，CPLD控制，本地FIFO缓存

偶极信号选择真值表 采集信号选择真值表
测井仪器原理（一）
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6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
信号选择电路原理图
测井仪器原理（一）
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6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL

6、程控增益调节

增益组合表
0 0 -3 -6 -9 -12 -15 -18 -21 0 -3 -6 -9 -12 -15 -18 -21
P S ST
单极换能器及其振动模式
XX41.98 m
0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0 4.4
X17.24m
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
t(ms)
t(ms)
不同地层时单极全波测井的典型波形：硬地层，软地层
测井仪器原理（一）
串行数据总线
Vin1
4道波形 前置 信号 接收 电路 4道波形 信号
高速采集板1
缓冲1 缓冲2 缓冲3 缓冲4
ADC1 ADC2 ADC3 ADC4
ADC 状态 读 数 转 换 启 动 写 入 复 位
低字节 FIFO
读低 字节
DSP 控制 电路 串行命令总线
Vin2
数据传送 接口
串行数据 总线
Vin3
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6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL

基于CPLD的数据采集控制器原理
ADC工作时序
测井仪器原理（一）
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6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL

6.2.5 模拟信号接收处理


处理8X4共32个接收站信号 分为两个板级子系统 主要功能

32路信号通道接口 8路模式信号合成

单极，偶极，四极
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6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL

6.2.3 系统控制电路


以TI的16位定点DSP（TMS320LF2407A）为核心 主要功能

井下仪器总线（CAN）接口 局部高速串行数据总线 数据缓存 控制仪器工作：发射，接收，数据采集和处理…
命令总线 DSP CAN驱 动器 至遥测 接口电路
sin c0 sin c p
sin c0 sin γ cs
液体 固体
β γ
井壁
α-入射角；β-纵波折射角 γ-横波折射角
测井仪器原理（一）
声波在液固界面的传播模式
3
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6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理
α α
sin c0 sin c p
井壁
β γ
液体 固体
声波在液固界面的传播模式
数据采集
系统控制
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6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL

MPAL的主要技术指标





极限工作环境：175℃/140MPa 遥测通信方式：CAN总线 近单极（最小）源距：2.591m； 偶极源距：3.124m； 全波单极源距：3.658m； 接收换能器：压电陶瓷，8组32个，间距0.152m 发射换能器：压电陶瓷，单极１个，四极(可工作于单极)１ 个，偶极2组； 最高测速：600m/h 数据采集：A/D分辨率16位，采样时间4us - 32us，8通 道并行 工作模式：单站，单极全波，偶极，交叉偶极，四极全波
低通 滤波器 通道 信号 多路 选择 电路
程控增益 调节电路
带通 滤波器
数据采 集通道1
第一通道 第二通道 数据采 集通道2 数据采 集通道3 数据采 集通道4
第一通道
4 4 4
第二通道 第三通道 第四通道 测试信号
4
第三通道
第四通道
通道控制器
串行控制命令
模拟信号接收及 处理原理框图
20
测井仪器原理（一）
利用交叉偶极求取地层各向异性实例
测井仪器原理（一）
8
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6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL

6.2.1 MPAL仪器结构

仪器主要包括5个部分

发射电子线路 发射声系 隔声体 接收声系 主控电子线路
MPAL仪器结构和系统组成
测井仪器原理（一）
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测井仪器原理
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主讲人：卢俊强 2015年11月
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第6章 多极子阵列声波测井仪
6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理 6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
6.2.1 MPAL仪器结构 6.2.2 仪器连接总线 6.2.3 系统控制电路 6.2.4 数据采集电路 6.2.5 模拟信号接收处理 6.2.6 发射电子线路 6.2.7 数据采集组合模式
6.3 交叉多极子阵列声波测井仪XMAC II
6.3.1 XMAC II性能指标 6.3.2 仪器总体结构 6.3.3 控制采集电路 6.3.4 串行命令设置原理
6.4 小结
测井仪器原理（一）
2
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6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理
6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理

现代声波成像测井仪器体系的主要类型，典型代表
由X、Y交替发射可得到交叉偶极的四个测 量分量，进而获取地层的快、慢横波数据
2 2 Fp (t ) xx(t ) cos [ xy(t ) yx(t )]sin cos yy(t ) sin 2 2 S p (t ) xx(t ) sin [ xy(t ) yx(t )]sin cos yy(t ) cos

两个4通道数据采集板到系统主控板的专用接口 多源单目，SPI串行传输方式，速率5Mbps CPLD自动控制
发送 控制 器1 数据1 源选择1 时钟 系统主 控制器
发送 控制 器2
源选择2 数据2
电 平 匹 配 电 路
驱 动 器
接 收 控 制 器
存储器
高速串行数据传输接口原理图
测井仪器原理（一）
数据采集通道1 数据采集通道2 数据采集通道3 数据采集通道4 串行命令总线
第五组换能器阵 第六组换能器阵 第七组换能器阵 第八组换能器阵 四通道声波 信号接收板2
数据采集通道5 数据采集通道6 数据采集通道7 数据采集通道8
单极 信号合成
4
4
缓冲 放大
4
偶极 信号合成 四极 信号合成
偶极X 偶极Y
Y方向 接收 器
X方向接收器
X方向 接收器
Y方向 接收器
慢
波 横
面
井 轴
快横波面
X方向源 θ 快横波 慢横波 Y方向源
u sin
u cos
u
θ
X方向源
交叉偶极工作原理
各向异性地层中的横波分裂
测井仪器原理（一）
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6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理
X发射时在接收器可得到的XX和XY分量
2 2 xx(t ) u g f cos u g s sin xy(t ) u g f sin cos u g s sin cos
偶极子和四极子声源的指向性曲线
测井仪器原理（一）
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6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理
偶极子和四极子声源的振动模式
测井使用的偶极和四极压电换能器
挠曲波波速与频率关系曲线
测井仪器原理（一）
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6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理

6.1.3 正交偶极各向异性测量原理


各向异性探测是目前解决复杂储层问题的主要手段之一 声波测井中各向异性测量采用水平TI模型（HTI） 正交偶极测井通过对快慢横波参数的提取获取地层各向异 性（如判断地层最大主应力方向） 发射器与接收器的关系


SLB：DSI，Sonic Scanner；Atlas：XMAC；Hlbdn： LFD，WaveSonic； 国产：MPAL

6.1.1 软地层中单极测量的局限性

单极全波测量的特点


硬地层：cp＞cs＞c0，β＞γ＞α 软地层：cp＞c0而cs＜c0，γ ＜ α而β＞α，不再有沿井壁 传播的滑行横波 α α
RAM 48×16
匹配ID
TMS320x240xA CAN模块框图
测井仪器原理（一）
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6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL

2. 仪器控制命令总线TCB

通过TCB，控制单元向发射电路、接收电路和采集电路等发 送控制命令和参数设置命令

发射模式选择，启动激励 接收模式选择 数据采集速率，采集深度