一种多参数高速遥测仪器的制作方法

1.本发明涉及石油地质勘探设备测井仪器技术领域，具体地说，涉及一种多参数高速遥测仪器及方法。


背景技术：

2.测井技术朝着集成化、组合化、阵列化和成像化方向不断进步，对测井仪器的组合能力和数据传输速率提出了新的要求。国内各家测井公司都对高速遥测仪器进行了研发，但其研究的重点均放在了提高测井数据传输速率方面，对遥测仪器的集成能力和组合能力的研究相对欠缺。
3.目前，多数遥测仪器除了保证基本的数据传输功能外，最多集成了自然伽马和井斜方位的测量，而井径、井温、张力、泥浆电阻率、磁节箍和缆头电压等参数一般都是采用单独的井下仪器进行测量的，除此之外现有的遥测仪器数据传输速率基本在800kbps以下。
4.现有技术主要存在以下几个问题：
5.第一，井下仪器组合长度较长、仪器串重量较大，施工安全风险较大；
6.第二，各测量仪器在考虑机械结构的同时还需要兼顾电子线路的走线需求，增加了仪器设计的难度；
7.第三，各测量仪器均需要单独设计供电、通讯、数据采集等基础电路，增加了仪器制造的成本；
8.第四，数据传输速率难以满足大数据量测井仪器需要，严重影响测井施工效率。
9.对本领域技术人员而言，提供一种多参数高速遥测仪器的设计方案有重要意义。因此，本发明提供了一种多参数高速遥测仪器及方法。


技术实现要素：

10.为解决上述问题，本发明提供了一种多参数高速遥测仪器，所述多参数高速遥测仪器包含：
11.电源模块，其用于为所述多参数高速遥测仪器提供直流电源；
12.连斜测量模块，其用于探测得到至少三个方向的重力加速度分量和磁通门分量；
13.自然伽马测量模块，其用于在接收到地层中的自然伽马射线后，处理得到标准方波信号；
14.多参数信号处理电路，其用于采集得到缆头电压值、张力数值、井温数值、双井径电压信号以及泥浆电阻率数据；
15.高速数据采集和传输模块，其与所述连斜测量模块、所述自然伽马测量模块以及所述多参数信号处理电路通信，用于对接收到的数据进行处理并与地面系统展开通讯。
16.根据本发明的一个实施例，所述电源模块包含：变压器，整流电路，滤波电路，开关电源以及过流保护电路，其中，所述变压器的次级输出交流到所述整流电路，再经过所述滤波电路以及所述开关电源滤波稳压后变成直流电源供其他模块使用，所述过流保护电路用
于将所述多参数高速遥测仪器的总电流控制在预设标准值以下，防止所述多参数高速遥测仪器的电子器件因过流而损坏。
17.根据本发明的一个实施例，所述连斜测量模块包含：
18.itt连接器，其用于连接所述连斜测量模块和所述电源模块、所述高速数据采集和传输模块；
19.石英加速度计，其用于测量得到至少三个方向的所述重力加速度分量；
20.高性能磁通门，其用于测量得到至少三个方向的所述磁通门分量；
21.高温数据处理电路，其用于对接收到的所述重力加速度分量以及所述磁通门分量进行处理，得到分量数值或者井斜方位数值；
22.无磁骨架，其用于固定所述石英加速度计、所述高性能磁通门和所述高温数据处理电路。
23.根据本发明的一个实施例，所述自然伽马测量模块包含：
24.碘化钠晶体，其用于接收地层中的自然伽马射线，地层中的自然伽马射线进入所述碘化钠晶体后能量的一部分或全部转换为光子；
25.光电倍增管，其与所述碘化钠晶体耦合，用于对所述光子进行放大后形成自然伽马脉冲信号；
26.高压供电电路，其与所述光电倍增管通信，用于为所述光电倍增管供电；
27.温度补偿和脉冲处理电路，其与所述光电倍增管通信，用于对所述自然伽马脉冲信号进行放大、鉴别整形、温度补偿处理后，得到所述标准方波信号。
28.根据本发明的一个实施例，所述温度补偿和脉冲处理电路包含：
29.脉冲跟随器，其用于对所述自然伽马脉冲信号进行跟随、缓冲处理；
30.功率放大器，其用于对跟随、缓冲后的所述自然伽马脉冲信号进行功率放大，驱动后一级鉴别整形电路；
31.鉴别整形电路，其用于对所述自然伽马脉冲信号进行鉴别整形，将所述自然伽马脉冲信号整形为所述标准方波信号；
32.温度补偿电路，其用于在温度升高时控制高压调节电路提高高压数值，补偿所述碘化钠晶体由于温度升高产能降低导致的自然伽马计数减小；
33.高压调节电路，其用于调节所述光电倍增管的供电电压数值；
34.门槛调节电路，其用于调节进入所述温度补偿和脉冲处理电路的门槛电压。
35.根据本发明的一个实施例，所述多参数信号处理电路包含：
36.磁节箍和缆头电压处理电路，其用于对所述多参数高速遥测仪器的总线高压进行直接采样得到所述缆头电压值；
37.张力处理电路，其用于对张力传感器测量的信号进行处理后得到所述张力数值；
38.井温处理电路，其用于对温度传感器测量的电压和电流信号进行处理后得到所述井温数值；
39.井径处理电路，其用于将井径电位器的两路电阻率转换为所述双井径电压信号；
40.泥浆电阻率处理电路，其用于对电压采样电路以及电流采样电路采集的电压以及电流信号进行处理后得到所述泥浆电阻率数据。
41.根据本发明的一个实施例，所述高速数据采集和传输模块包含：
42.高速采集控制板，其负责各路信号的采集、处理并接收所述地面系统的命令实现控制；
43.网络通讯板，其与所述高速采集控制板通信，负责所述多参数高速遥测仪器的以太网数据处理以及所述多参数高速遥测仪器与以太网网络的交换控制；
44.调制解调器，其用于完成所述多参数高速遥测仪器与所述地面系统之间的通讯，包括各种测井命令的下传以及各类测井数据的上传。
45.根据本发明的一个实施例，所述多参数高速遥测仪器包含：
46.仪器外壳，其采用钛合金材质，用于避免钢外壳对方位测量的影响，保证方位测量的准确性。
47.根据本发明的一个实施例，所述多参数高速遥测仪器包含：
48.绝热瓶和吸热剂，其用于消除温度变化对所述高速数据采集和传输模块以及所述自然伽马测量模块的影响。
49.根据本发明的另一个方面，还提供了一种多参数高速遥测方法，通过如上任一项所述的多参数高速遥测仪器进行多参数高速遥测。
50.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供的多参数高速遥测仪器及方法将测井数据传输速率提升到1100kbps的同时兼具多种参数同时测量的功能，提高了测井仪器的组合能力，缩短了井下仪器串的长度，且结构简单、重量轻、易于维护。
51.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
52.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
53.图1显示了根据本发明的一个实施例的多参数高速遥测仪器的结构示意图；
54.图2显示了根据本发明的一个实施例的电源模块电路示意图；
55.图3显示了根据本发明的一个实施例的连斜测量模块结构示意图；
56.图4显示了根据本发明的一个实施例的自然伽马测量模块结构示意图；
57.图5显示了根据本发明的一个实施例的多参数信号处理电路示意图；以及
58.图6显示了根据本发明的一个实施例的高速数据采集和传输模块功能框图。
59.附图中，相同的部件使用相同的附图标记。另外，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
60.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细。
61.图1显示了根据本发明的一个实施例的多参数高速遥测仪器的结构示意图。
62.如图1所示，多参数高速遥测仪器包含电源模块1、连斜测量模块2、自然伽马测量模块3、多参数信号处理电路4以及高速数据采集和传输模块5。
63.具体来说，电源模块1用于为多参数高速遥测仪器提供直流电源。连斜测量模块2
用于探测得到至少三个方向的重力加速度分量和磁通门分量。自然伽马测量模块3用于在接收到地层中的自然伽马射线后，处理得到标准方波信号。多参数信号处理电路4用于采集得到缆头电压值、张力数值、井温数值、双井径电压信号以及泥浆电阻率数据。高速数据采集和传输模块5与连斜测量模块2、自然伽马测量模块3以及多参数信号处理电路4通信，用于对接收到的数据进行处理并与地面系统展开通讯。
64.在一个实施例中，多参数高速遥测仪器还包含仪器外壳6，其采用钛合金材质，用于避免钢外壳对方位测量的影响，保证方位测量的准确性。
65.在一个实施例中，多参数高速遥测仪器还包含绝热瓶和吸热剂7，其用于消除温度变化对高速数据采集和传输模块5以及自然伽马测量模块3的影响。
66.综上，如图1所示的多参数高速遥测仪器实现了井径、井温、张力、泥浆电阻率、井斜方位、磁节箍、缆头电压、自然伽马等多种参数的测量和测井数据的高速传输。
67.图2显示了根据本发明的一个实施例的电源模块电路示意图。
68.如图2所示，电源模块1包括变压器8、整流电路9、滤波电路10、开关电源11以及过流保护电路12，电源模块1能够为多参数高速遥测仪器提供200v、
±
15v和
±
5v直流电源。
69.在一个实施例中，变压器8的次级输出交流到整流电路9，再经过滤波电路10以及开关电源11滤波稳压后变成
±
15v和
±
5v直流电源供其他模块使用，过流保护电路12用于将多参数高速遥测仪器的总电流控制在预设标准值以下，防止多参数高速遥测仪器的电子器件因过流而损坏。
70.进一步地，过流保护电路12采用过流保护电阻，其连接在整流电路9以及滤波电路10之间。
71.需要说明的是，上述的预设标准值在实际中可以设置为1a，本发明不对预设标准值的具体数值作出限制。
72.图3显示了根据本发明的一个实施例的连斜测量模块结构示意图。
73.具体来说，连斜测量模块2包含高分辨率连斜传感器和数据处理电路，高分辨率连斜传感器用于探测三个轴(x、y、z)的重力加速度分量和磁通门分量，数据处理电路用于对传感器测量的分量数据进行处理和计算。
74.如图3所示，连斜测量模块2包括itt连接器13、石英加速度计14、高温数据处理电路15、高性能磁通门16以及无磁骨架17。
75.在一个实施例中，itt连接器13用于连接连斜测量模块2和电源模块1、高速数据采集和传输模块5。
76.在一个实施例中，石英加速度计14用于测量得到至少三个方向(例如x、y、z三个方向)的重力加速度分量；高性能磁通门16用于测量得到至少三个方向(例如x、y、z三个方向)的磁通门分量；高温数据处理电路15用于对接收到的重力加速度分量以及磁通门分量进行处理，得到分量数值或者井斜方位数值。
77.进一步地，石英加速度计14用于测量x、y、z三个方向的重力加速度分量，高性能磁通门16用于测量得到x、y、z三个方向的磁通门分量，上述6个分量送入高温数据处理电路15进行处理，处理后的分量数值或者计算得到的井斜方位数值送给高速数据采集和传输模块5。
78.在一个实施例中，无磁骨架17用于固定石英加速度计14、高性能磁通门16和高温
数据处理电路15。
79.图4显示了根据本发明的一个实施例的自然伽马测量模块结构示意图。
80.如图4所示，自然伽马测量模块3包括碘化钠晶体18、光电倍增管19、高压供电电路20以及温度补偿和脉冲处理电路21。
81.在一个实施例中，碘化钠晶体18用于接收地层中的自然伽马射线，地层中的自然伽马射线进入碘化钠晶体18后能量的一部分或全部转换为光子。光电倍增管19与碘化钠晶体18耦合，用于对光子进行放大后形成自然伽马脉冲信号。
82.具体来说，地层中的自然伽马射线进入碘化钠晶体18后能量的一部分或全部转换为光子，光子进入与碘化钠晶体18光耦合良好的光电倍增管19后被放大形成自然伽马脉冲信号。
83.在一个实施例中，高压供电电路20与光电倍增管19通信，用于为光电倍增管19供电。具体来说，高压供电电路20(由高压dc-dc电源和多级rc滤波电路组成)将+15v升压到+1500v～+1800v为光电倍增管19供电。
84.在一个实施例中，温度补偿和脉冲处理电路21与光电倍增管19通信，用于对自然伽马脉冲信号进行放大、鉴别整形、温度补偿处理后，得到标准方波信号。
85.具体来说，自然伽马脉冲信号经过温度补偿和脉冲处理电路21的放大、鉴别整形、温度补偿等处理后变成幅度为3.3v、宽度为4us的标准方波信号送到高速数据采集和传输模块5完成自然伽马的计数。
86.进一步地，温度补偿和脉冲处理电路21主要由脉冲跟随器、功率放大器、鉴别整形电路、温度补偿电路、高压调节电路和门槛调节电路等构成，其中，温度补偿电路在温度升高时可以控制高压调节电路提高高压数值，补偿碘化钠晶体18由于温度升高产能降低导致的自然伽马计数减小，门槛调节电路用于调节进入温度补偿和脉冲处理电路的门槛电压。
87.脉冲跟随器用于对自然伽马脉冲信号进行跟随、缓冲处理；功率放大器用于对跟随、缓冲后的自然伽马脉冲信号进行功率放大，驱动后一级鉴别整形电路；鉴别整形电路用于对自然伽马脉冲信号进行鉴别整形，将自然伽马脉冲信号整形为标准方波信号；高压调节电路用于调节光电倍增管的供电电压数值。
88.图5显示了根据本发明的一个实施例的多参数信号处理电路示意图。
89.如图5所示，多参数信号处理电路4包括磁节箍和缆头电压处理电路22、张力处理电路23、井温处理电路24、井径处理电路25以及泥浆电阻率处理电路26。
90.在一个实施例中，磁节箍和缆头电压处理电路22用于对多参数高速遥测仪器的总线高压进行直接采样得到缆头电压值。
91.具体来说，磁节箍和缆头电压处理电路22采用厚膜集成技术，其基膜芯片动态范围大，克服了磁节箍信号处理大小分级、符号转换带来的电路复杂、可靠性差的缺陷，对仪器总线高压进行直接采样得到缆头电压的数值、避免转换导致精度降低的情况，该电路以磁节箍线圈和主、辅供电缆芯作为输入经过处理输出ccl、inst(主电)、aux(辅电)数值。
92.在一个实施例中，张力处理电路23用于对张力传感器测量的信号进行处理后得到张力数值。
93.具体来说，张力处理电路23采用ref101sm作为激励源，精密电阻调节ref101sm输出10v激励信号，张力传感器测量的信号首先经过二极管mmsz4700和电阻电容网络组成保
护和除扰电路进行干扰消除处理，然后经过仪表放大、基线稳定、信号衰减、低通滤波后得到张力(ten)数值送到高速数据采集和传输模块5。
94.在一个实施例中，井温处理电路24用于对温度传感器测量的电压和电流信号进行处理后得到井温数值。
95.具体来说，井温处理电路24由三部分组成：第一部分是ref191es和电阻电容网络组成的电压源；第二部分是电阻桥(由传感器与电阻网络构成)和仪表放大器ad620组成的信号测量电路；第三部分是电阻电容网络和运算放大器op484组成的低通滤波和信号缓冲电路。井温处理电路24将温度传感器测量的电压和电流信号经过处理得到井温(temp)数值。
96.在一个实施例中，井径处理电路25用于将井径电位器的两路电阻率转换为双井径电压信号。
97.具体来说，井径处理电路25采用厚膜集成技术设计，其集成的双井径激励源、电桥平衡网络、仪表放大和低通滤波等电路可将井径电位器的两路电阻率转换为双井径电压信号。
98.在一个实施例中，泥浆电阻率处理电路26用于对电压采样电路以及电流采样电路采集的电压以及电流信号进行处理后得到泥浆电阻率数据。
99.具体来说，泥浆电阻率处理电路26采用ha5002作为激励源，晶振产生的20khz方波经过电流放大和波形转换变为正弦波供给发射电极，电压采样电路和电流采样电路与采样电极相连、完成电压和电流信号的采样，电压和电流信号经过仪表放大电路和斩波电路处理后送给高速数据采集和传输模块5。
100.图6显示了根据本发明的一个实施例的高速数据采集和传输模块功能框图。
101.如图6所示，高速数据采集和传输模块5包括高速采集控制板27、网络通讯板28以及调制解调器29。
102.在一个实施例中，高速采集控制板27负责各路信号的采集、处理并接收地面系统的命令实现控制。
103.具体来说，高速采集控制板27负责多参数高速遥测仪器各路信号的采集、处理和接收地面命令实现控制，采用spi接口与网络通讯板28实现数据交换，将测井数据上传给网络通讯板28，同时接收地面系统下发给仪器的命令，完成命令的解析和处理；以fpga可编程逻辑器件和arm微控制器为核心，将高精度外置差分a/d和控制器内置a/d配合构成主辅采集通道，既增加了数据采集量又保证了数据采集速度和采集精度，其中外置差分a/d作为主采集通道可提供8路双极性模拟采集通道、18位a/d同步采样转换，控制器内置a/d作为辅助采集通道可提供6路单极性模拟采集通道、12位a/d采样转换。
104.在一个实施例中，网络通讯板28与高速采集控制板27通信，负责多参数高速遥测仪器的以太网数据处理以及多参数高速遥测仪器与以太网网络的交换控制。
105.具体来说，网络通讯板28负责仪器的以太网数据处理和与以太网网络交换控制；以太网数据处理部分采用mii接口与网络交换控制部分相连、采用spi接口与高速采集控制板27相连，完成井下仪器采集数据的网络数据数据处理；以太网网络交换控制以高温网络交换芯片为核心实现，高温网络交换芯片提供3个phy接口和1个mii接口，phy接口用来连接上下测井仪器的以太网交换器，mii接口用来与以太网数据处理部分连接；走线方式全部采
用屏蔽双绞线。
106.在一个实施例中，调制解调器29用于完成多参数高速遥测仪器与地面系统之间的通讯，包括各种测井命令的下传以及各类测井数据的上传。
107.具体来说，调制解调器29负责井下仪器与地面系统之间的通讯，包括各种测井命令的下传和各类测井数据的上传；以调制解调专用芯片为核心搭建，采用adsl技术实现万米测井电缆测井数据传输速率在1100kbps以上。
108.本发明还提供一种多参数高速遥测方法，其通过如上所述的多参数高速遥测仪器进行多参数高速遥测。
109.本发明提供的多参数高速遥测仪器及方法还可以配合一种计算机可读取的存储介质，存储介质上存储有计算机程序，执行计算机程序以运行多参数高速遥测方法。计算机程序能够运行计算机指令，计算机指令包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。
110.计算机可读取的存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
111.需要说明的是，计算机可读取的存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读取的存储介质不包括电载波信号和电信信号。
112.综上，本发明提供的多参数高速遥测仪器及方法将测井数据传输速率提升到1100kbps的同时兼具多种参数同时测量的功能，提高了测井仪器的组合能力，缩短了井下仪器串的长度，且结构简单、重量轻、易于维护。
113.应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
114.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
115.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
116.说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
117.本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发
明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
118.虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。