一种多频电磁波电阻率测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测井领域，特别涉及随钻电阻率测井技术，具体为一种多频电磁波电阻率测量系统。
【背景技术】
[0002]在石油行业地质导向钻井和随钻测井中，通常由随钻电磁波电阻率测量装置获得地层电阻率，用来划分地层剖面、鉴别油气层、确定储层的含油饱和度，是测井解释评价油气储藏的主要依据。
[0003]目前，公知的随钻电磁波电阻率测量装置通常采用具有多个发射线圈和接收线圈的线圈系，利用电磁波传播原理，发射线圈以不同的工作频率发射电磁波，电磁波经过地层传播之后被不同间距的接收器接收，得到多组接收信号的相位差和幅度比，经过转换之后，获得不同探测深度的相位差电阻率或幅度衰减电阻率。所以，如何提高电磁波电阻率测量装置的准确度以及测量精度是本领域技术人员一直追求的目标。
【发明内容】
[0004]为了解决以上的技术问题，提供一种准确度和精度都较高的电磁波电阻率测井仪仪器，本发明提供了一种多频电磁波电阻率测量系统。
[0005]其具体方案如下:
[0006]一种多频电磁波电阻率测量系统，包括主控单元、设有发射天线的发射单元、设有接收天线的接收单元、地面系统和MWD探管；所述主控单元内包括MCU板、发射和接收控制板；所述MCU板使用一块ARM板搭接而成，通过仪器总线与MWD探管连接实现通信控制，通过内部总线控制发射和接收控制板，所述地面系统对所述MCU板内的数据进行配置和下载；所述发射和接收控制板利用FPGA实现，所述发射和接收控制板控制发射单元发射电磁波、控制接收单元接收信号、处理接收的信号。
[0007]在较佳的技术方案中，所述发射单元包括信号发射板、调谐板，所述接收单元包括前放板、信号接收板；所述发射和接收控制板依次通过信号发射板、调谐板后通过发射天线将电磁波发出；所述接收天线采集的电磁波依次通过前放板、信号接收板后传送至发射和接收控制板。
[0008]在较佳的技术方案中，所述ARM板外接FLASH、EEPROM和AD芯片。
[0009]在较佳的技术方案中，所述FPGA通过DAC、DDS和可变增益选择输出电路实现多频率输出；FPGA通过ISB或SPI方式连接通讯数据存储板，FPGA控制发射板电源和接收板电源。
[0010]在较佳的技术方案中，所述MCU板由带有电源板的电池供电。
[0011]在较佳的技术方案中，所述前放板用于信号放大。
[0012]在较佳的技术方案中，所述信号接收板接收的信号包括采集的信号和由发射和接收控制板发出的本振信号。
[0013]在较佳的技术方案中，所述发射天线为四个，所述接收天线为二个。
[0014]本发明通过MCU板作为中央处理中心控制整个测量系统，发射和接收控制板辅助MCU工作，承担了发射、采集以及算法模型预处理等工作。本发明所采用的硬件执行效率高，分工协作，能够有效、准确地测量井下地质的电阻率。
[0015]本发明的方案自带电源，且电量完全满足采集的需要。在测井这种恶劣的环境下，避免了由地面系统供电而造成的不稳定、断电等问题，提高测井的准确度和精度。
[0016]本发明发射天线的个数为四个，接收天线的个数为两个，发射频率为400KHZ和2MHz。多个发射天线交替发射不同频率的信号，分别对每个频率的信号计算其衰减电阻率和相位电阻率，不同频率计算出的结果既能起到相互补充的作用，又能起到相互检验的作用。
[0017]本发明采用的ARM板和FPGA都是常用的电路板，容易根据实际需要进行相应的编程，成本相对较低，但可靠性却很好。
[0018]前放板的放大电路可将uV甚至nV级小信号放大，有效提高采集信号的质量，极大地提高测量的精度。
【附图说明】
[0019]图1为一种多频电磁波电阻率测量系统的系统组成图；
[0020]图2为一种多频电磁波电阻率测量系统的电子线路的布局；
[0021]图3为本发明系统电源的变换模型；
[0022]图4为MCU板的原理框图；
[0023]图5为信号发射和接收板的原理框图；
[0024]图6为信号发射板的原理框图；
[0025]图7为调谐板的原理框图；
[0026]图8为前放板的原理框图；
[0027]图9为信号接收板的原理框图；
[0028]图10为系统电池在最大发射功率情况下的续航能力估算表。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[0030]如图1所示，一种多频电磁波电阻率测量系统，包括发射天线和接收天线，还包括同时与地面系统和MWD探管连接的MCU板，所述MCU板由带有电源板的电池供电，所述MCU板通过内部总线向发射和接收控制板发送命令；所述发射和接收控制板依次通过信号发射板、调谐板后通过发射天线将电磁波发出；所述接收天线采集的电磁波依次通过前放板、信号接收板后传送至发射和接收控制板。
[0031]本实施例中的发射天线为四条，接收天线为两条。MCU板实现相关算法模型的运算，数据的通信、存储以及内部电源的监测功能；发射和接收控制板实现4路信号的发射控制，功率选择控制，以及2路接收信号的采集，以及算法模型的预处理计算；信号发射板主要实现发射信号的放大处理，本实施例中的信号发射板为两块；信号接收板主要负责接收天线感应信号，同时对接收信号进行混频、滤波处理，信号接收板为两块；调谐板使发射信号产生谐振，调谐板为两块；前放板主要将接收天线感应信号在前级进行放大，前放板为两块；电源板用于将电池通过DC/DC产生内部相关电源。上述MCU板和发射和接收控制板作为主控单元，信号发射板一、信号发射板二、调谐板一、调谐板二、发射天线构成发射单元，信号接收板一、信号接收板二、前放板一、前放板二、接收天线构成接收单元。
[0032]如图2所示，芯体1由电池组组成，芯体2由电源板、MCU板、发射和接收控制板、信号发射板一和二、信号接收板一和二组成，芯体3包括BAT和GND，电源板电阻率仪器上端转接头与MWD仪器通过单芯连接，单芯信号为通信号线TSB，芯体1与芯体2之间通过3芯高压插针连接，3芯定义为:通信线TSB、电池正极BAT+、电池负极BAT-;芯体2与芯体3同样通过3芯高压插针连接，3芯定义为:通信线TSB、电池正极BAT+、GND，芯体3与仪器下端接头单芯连接，单芯通信号线TSB。
[0033]如图3所示本发明的系统电源的变换模型，系统内部自带电池供电，电池的电压范围为20V?24VDC，容量28Ah，地面系统对仪器进行配置和数据下载也采用电池供电。仪器内部电子线路的主电源包括+24V、±9V、+5VD，其中+24V直接由电池提供为信号发射板的天线的发射驱动电源，经过DC/DC后的±9V为信号接收板的供电电源，经过DC/DC的+5VD为数字芯片总电源，进入MCU板、发射和接收控制板和其他数字芯片之前还需通过依次DC/DC，而且模拟电源和数据电源的地分离开。当发射电路以最大电流约200mA发射电磁波信号，而DC/DC电源模块以70%的效率估算，系统最大功耗约为10W，则系统电池在最大发射功率情况下的续航能力估算如图10所示，从该表可以看