[發明專利]一種多極子隨鉆聲波測井的正弦激勵方法及裝置

有效

• 申請號: 201710044225.0
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106842286B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 孫云濤;陳文軒;張文秀;楊永友;底青云;鄭健
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01V1/157
• 分類號: G01V1/157
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 巴曉艷

技術領域

本發明主要屬于信號激勵領域，具體涉及一種多極子隨鉆聲波測井的正弦激勵方法及裝置。

背景技術

上世紀80年代以來，隨鉆測井技術發展迅猛，相比較于常規電纜測井，隨鉆測井可以及時準確地提供石油勘探開發過程中的重要信息，為提高作業效率提供可靠的技術支持。隨鉆測井涉及聲學、電法學、核磁學、放射性等多學科，近幾年相關的隨鉆測井儀器推陳出新，其中隨鉆聲波儀器經歷了單極子，偶極子發展過程，目前正向多極子方向發展。多極子隨鉆聲波可實現地層橫波和縱波速度、地層孔隙度、滲透率和井壁穩定性測量。

比較于常規電纜聲波測井儀器，隨鉆聲波測量過程中受鉆具噪聲，鉆井液循環噪聲和鉆鋌波的影響較大，寬頻帶和大功率高效率的激勵方式對于獲得高質量的聲波測井數據至關重要。傳統的聲波激勵方式普遍采用矩形脈沖激勵方式，脈沖的寬度與發射換能器的諧振頻率有關，通常情況下，其寬度是諧振頻率的二分之一。但是，這種工作方式下，其主頻選擇受限，要求功率變壓器和發射換能器阻抗匹配，嚴格工作于發射換能器的諧振主頻上。對于多極子不同的頻率工作點，如采用這種方法，就需要多個功率變壓器和發射換能器（以達到不同頻率點下的諧振）選擇使用。這將很大地增加儀器的設計難度、體積和研發成本。

現階段，對于多極子的隨鉆聲波儀器，普遍采用正弦波脈沖激勵源。

顯而易見，由于矩形脈沖在頻域占有較寬的頻帶，相比較于正弦脈沖激勵方式，其系統功耗和激發效率較低。采用正弦脈沖的隨鉆聲波發射換能器激勵方式較矩形脈沖激勵方式具有較高的效率，并且采用正弦波激勵方式無需改變功率放大器和發射換能器的諧振頻點，只需要簡單改變正弦波的頻率即可實現最高效率的激發發射換能器。

現階段普遍采用三個周期的正弦波作為發射換能器的激勵脈沖。對于多極子隨鉆聲波儀器，三個周期的正弦波需要至少兩個頻率點激勵發射換能器工作（單極子、偶極子、偏極子和四極子不是工作在一個頻率點上）。實際工作中，采用正弦波激勵方式的隨鉆聲波儀器有如下兩個問題：

1.激勵產生的高壓源始終工作，對之后的蓄能電容始終保持充電狀態，造成功耗浪費。

2.功率變壓器和發射換能器如果不是工作于諧振頻點（一般情況下，多極子聲波激勵至少可以工作于兩個頻點），或者兩者匹配不是很好的情況下。在三個周期正弦波激勵過程中，功率變壓器內部的磁體會有儲能效應，一旦三周期的正弦波激勵結束，功率變壓器會釋放能量，在三周期的正弦波激勵信號后加入震蕩拖尾，即所謂的高壓振鈴效應，這對發射換能器的激發效果產生很大影響。

這兩個問題的存在會增大系統功耗、降低換能器的激發效率。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種多極子隨鉆聲波測井的正弦波激勵方法及裝置，在正弦波脈沖激勵的基礎上，提出采用可控高壓電源和瞬態功率變壓器放電的方式，在降低系統功耗的同時提高了發射效率。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種多極子隨鉆聲波測井的正弦激勵方法，所述方法利用信號處理器生成N個周期的正弦波信號，利用功率放大器將正弦波信號放大成高壓正弦激勵信號并輸出至發射換能器，信號處理器同時產生使能信號，所述使能信號包括瞬態放電使能信號，

功率放大器連接有瞬態放電電路，在信號處理器生成N個周期的正弦波后，瞬態放電使能信號使瞬態放電電路放電釋放功率變壓器的儲能電流，消除高壓振鈴效應，提高換能器激發效率。

進一步地，瞬態放電電路包括柵極驅動芯片、兩個功率MOS管，兩MOS管并聯，并聯MOS管的柵極與柵極驅動芯片相連，并聯MOS管的源極連接一個電阻，并聯MOS的漏極分別與功率放大器的兩初級端口相連；

電阻的另一端接地；

使能信號在信號處理器生成N個周期的正弦波后，經過柵極驅動芯片后，控制兩ＭＯＳ管的柵極使ＭＯＳ管立刻導通，功率變壓器的儲能電流，通過電阻快速放電。

進一步地，功率變壓器連接有高壓生成電路，高壓生成電路為功率放大器提供高壓驅動；所述高壓生成電路包括高壓電源模塊和高壓蓄能電容，高壓電源模塊將低壓轉換為高壓輸出至高壓蓄能電容對高壓蓄能電容充電，高壓蓄能電容與功率放大器相連為功率放大器提供高壓驅動；

所述使能信號還包括高壓電源使能信號；

所述高壓電源模塊包括使能控制端，所述使能控制端與信號處理器相連，

高壓電源使能信號控制使能控制端，在信號處理器生成N個周期的正弦波后，快速關斷高壓電源模塊的輸出。