阵列声波测井仪前置通道板电路设计

2017-11-24高雯芳中海油田服务股份有限公司油田技术事业部制造中心河北廊坊065201

化工管理 2017年32期

高雯芳（中海油田服务股份有限公司油田技术事业部制造中心，河北廊坊 065201）

阵列声波测井仪前置通道板电路设计

高雯芳（中海油田服务股份有限公司油田技术事业部制造中心，河北廊坊 065201）

针对阵列声波测井仪高温、高噪声的作业环境，采用模拟滤波、低噪声设计和优化的布局布线等技术设计阵列声波信号调理电路，以实现波形模式选择、程控增益放大、可选频带带通滤波等功能。为抑制高频噪声干扰以及降低电路自身的噪声影响，本文介绍了低噪声前置预放大电路设计和测试方法。实践表明，该调理电路噪声小，有较强的噪声抑制能力，通道间波形一致性较好，能在高温环境下稳定可靠地工作。

阵列声波测井原理与常规的声波测井的基本原理基本相同，都是以岩石的声学特性为基础而提出的一种研究钻井地址剖面、评价固井质量等问题的测井方法。但是分析波在地层中的传播特性时，有多种分析方法，基于斯奈尔折射及反射定律的一种比较常用的分析方法方法，当声波通过不同波阻抗ρV时，会发生折和反射，入射波、折射波和反射波在同一平面内沿不同方向的传播如图1－1所示，其中为入射角α和反射角，β为折射角。当V1＜V2时，β＞α,那么，当入射角增大到某一个角度θ时，折射角可达到90度，此时，折射波将以速度V2沿界面传播，在声波测井中叫滑行波，对应的入射角θ称为第一临界角。

阵列声波测井仪井下仪器一般包括三个部分：井下声系、电子线路和隔声体。声系由几个发射换能器和几组接收换能器组成，其中发射换能器和接收换能器之间的距离称为源距，相邻接收换能器之间的距离称为间距。图1－2所示为阵列声波仪工作于单发多收模式的井下声波传播示意图，其中T为发射换能器，R为接收换能器，声波经过泥浆、地层、泥浆，分别在t1、t2、t3、t4传播到接收换能器R1、R2、R3、R4，那么相邻接收换能器之间的时间差为ΔT1＝t2－t1、ΔT2=t3－t2、ΔT3=t4－t3。如果在间距为L的两个接收换能器之间对着的井段井径没有明显的变化，且仪器居中，则认为L井段的声波速度VP＝L/ΔT，这就是声波时差测井的原理。一般的声波仪器都会有声波时差测井模式。阵列声波测井可能包括声波全波列测井，其记录声波的整个波列，不仅可以获得纵、横波的幅度和速度信息，还可以获得波列中的伪瑞利波、斯通利波等波成分，是一种比较号的声波测井方法。EMAT阵列声波测井即包括时差测井模式，又包括了全波列测井模式。

图2 井下声系声波传播示意

1 单板前置通道的功能

前置通道分为Master板和Slave板，共8个信号通道，可同时接收8路差分信号。Master板和Slave板采用同一张原理图，可简单替换。

双4选1模拟开关ADG659YRU,用作多路选择器，4路输入差分信号选一路输出，其原理简图见图1（a）。图1中的JP表示纵波信号输入，JS表示横波信号输入。每个通道分别使用1个ADG659YRU器件用于选择差分信号输入。单板上第1、2、3、4通道的模拟开关在原理图上分别对应U1、U13、U23、U35。模拟开关的数控端由8bits移位寄存器CD4094控制，对应原理图上的U45，互联关系见图1（b）。图1（b）中的AQ1 AQ2 、BQ1 BQ2、CQ1 CQ2、DQ1 DQ2分别对应第1、2、3、4通道。

表1 ADG659YRU模拟开关控制码

选用5片8bits移位寄存器CD4094BPW级联用于控制多路选择器来选择输入的差分信号、选择数控放大器的增益值、选择带通滤波器的带宽。

2 板级信号连接图

图3中，左侧模拟信号接收端WTB20PR11的网络标号说明了每个引脚和接收换能器之间的互连关系。右侧RM272-030-311-5500头子上有8路模拟信号送往DSP板进行数字化处理；有来自CPU的3条控制线，分别为IMCLK，IMW/R，IMDATA，被自带I2C总线接口的数控电位器和自带SPI总线接口的移位寄存器复用，用来控制通道的增益和选择滤波器的带宽；有来自稳压管输出的稳压电源＋/－5V，用来为板级系统供电；有两个板子之间的互连线；其他未标明互连关系的引脚为悬空状态。