[發明專利]一種多頻陣列電測井信號發生及驅動系統

有效

• 申請號: 201410265630.1
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104062686B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 李艷紅;柯式鎮;劉國強;夏正武
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所;中國石油大學（北京）
• 主分類號: G01V3/18
• 分類號: G01V3/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種多頻陣列電測井信號發生及驅動系統。

背景技術

電法測井主要目的是獲取地層的電阻率或介電常數信息，進而聯合其他地層參數用以計算判斷儲層的油氣飽和度和分布情況。電法測井主要包括自然電位測井、電阻率測井、感應測井、電磁波傳播測井等。電磁波傳播測井又稱超高頻介電測井，是測量與地層介電常數密切相關的電磁波傳播時間和電磁波衰減來區分油、水層，確定地層水含量，雙頻介電法測量發射線圈發射的電磁波，兩個接收線圈接收信號，輸出兩個接收信號的幅度比和相位差。普通電阻率測井和側相測井都屬于直流測井的范疇，為使得測量電流由井內進入地層，要求井內必須充滿導電的泥漿或水，但有些資料井為準確了解原始含油飽和度或保持地層原始滲透性，往往采用油基泥漿或空氣鉆井，使得直流電測井遇到了無法克服的困難。交變電磁場對地層介質的作用及電磁波的傳播都不會因井內不存在導電介質而受到限制，感應測井已發展為常規測井系列中一種主要的電法測井方法。

傳統的感應測井是測量信號的電動勢，發射源頻率介于10～200kHz之間，是通過測量地層中攜帶有地層信息的二次電流在接收線圈的電動勢，來獲得關于地層的信息，由于二次電流在接收線圈中的感應場相對于收發線圈的直耦信號十分微弱，在復雜地質結構的油氣藏勘探時效果較差、縱向分辨率低、探測深度較淺。儀器受井眼、侵入、圍巖等環境影響和趨膚效應影響比較嚴重，所提供的地層電阻率不夠準確、影像設備的薄層探測能力，不能滿足測井發展的需要。隨著感應測井在儀器設計和理論研究等方面迅速發展，出現了陣列感應測井成像儀器，極大地改善了感應測井儀器的性能。陣列相位感應電阻率測井儀由多個發收線圈系構成，通過組合信號頻率、發收線圈系源距和兩接收線圈間距構成多套發收線圈系，一次測量可得到多套地層測井曲線。這種方法拓展了電阻率的測量范圍，減少了井眼、泥漿及其他因素的影響。

目前應用較廣的陣列電測井主要有陣列感應和電磁傳播電阻率測井。陣列感應應用多頻、多源距單發-單收探頭，頻率多在幾十千赫茲左右。電磁傳播電阻率測井的源頻率在幾兆赫茲，采用單發-雙收探頭測量接收線圈的感應電動勢之間的相位差和幅度比。

對于發射頻率，發射頻率越低，徑向探測深度越大。增加發射頻率有助于提高接收信號的強度，提高縱向分層能力。若將高頻與低頻相結合起來，可增強探測能力。高低頻結合的方式既能保持陣列相位感應測井很強的縱向分層能力，又能保證儀器的探測深度。

上述電測井方法均需要可靠的發射系統作為支撐，而高低頻結合多頻大功率發射系統有著很好的應用前景。而寬頻范圍信號的產生和驅動單元式高低頻結合大功率發射系統設計的關鍵，幾十kHz到十幾MHz寬頻范圍的信號產生和大功率開關器件的驅動方法增加了系統的復雜性。

文獻多頻感應幅相測井理論及實現方法研究中，闡述了0.8MHz、6.4MHz兩種頻率的感應測井儀發射系統，發射系統的功率輸出為10W。本發明所述的信號發生及驅動系統可實現62.5kHz～10MHz的頻率范圍，且驅動能力為可驅動0～1kW的高頻MOSFET開關管，可大大拓展測井發射系統的參數范圍，為多頻陣列電測井平臺提供重要方法。

發明內容

為了滿足測井寬頻范圍大功率驅動的需求，本發明提出一種寬頻范圍的信號發生和驅動系統。本發明可實現62.5kHz～10MHz信號范圍，有效輸出驅動電流5A的驅動能力。

一種多頻陣列電測井信號發生及驅動系統，主要由信號發生單元、信號放大單元、信號隔離單元、高頻驅動單元組成。所述的信號發生單元的輸出端與信號放大單元的輸入端相連接，信號放大輸出端與信號隔離單元的輸入端相連接，信號隔離的輸出端與高頻驅動的輸入端相連接。信號發生單元的輸出信號輸入至信號放大單元，信號放大單元的輸出信號輸入至信號隔離單元，信號隔離單元的輸出信號輸入至高頻驅動單元，高頻驅動信號的輸出最終可為62.5kHz～10MHz高頻及0～1kW大功率MOSFET器件提供驅動。

所述信號發生單元是基于FPGA的直接數字頻率合成技術DDS實現，可輸出62.5kHz～10MHz的任意波形信號。信號放大單元可實現62.5kHz～10MHz信號的放大，信號隔離單元可隔離瞬變大電流信號，避免誤觸發，高頻驅動可實現最高頻率10MHz、最大輸出電流峰值15A，有效輸出驅動電流5A的驅動能力。最終實現62.5kHz～10MHz高頻及0～1kW大功率MOSFET器件的驅動。