[发明专利]一种随钻声波信号处理装置

说明书

技术领域

本发明属于测井小信号处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种适合在井下高温恶劣环境中工作的随钻声波信号处理装置。 

背景技术

随钻测井（Logging While Drilling，简称LWD）是近年来迅速崛起的先进测井技术，它集钻井技术、测井技术、油藏描述等多学科为一体，在钻井的同时完成测井作业，减少了井场钻机占用时间，从钻井—测井一体化服务中节省成本。在钻井的同时进行地层参数测量，地层暴露时间短，测井时间是在轻微侵入甚至没有侵入的情况下获得的，避免了电缆测井中的泥饼影响，更接近地层的真实情况。在某些特殊的地质环境下，例如松软地层或者高压地层，随钻测井是唯一可选的测井施工方法。 

据国外资料统计，海上钻井作业中使用LWD的比例高达95%，每年测井服务产值已经占到整个测井行业产值的25%以上。随钻测井技术的应用范围已从海上钻井逐步向内陆钻井扩展，国内测井界专家经过评估之后均认为随钻测井技术是21世纪初中国油气关键技术之一。 

随钻声波测井是随钻测井的关键技术之一。由于钻铤的存在占据了井眼的大部分空间，恶劣的钻井环境等因数严重的影响了声波的传播特征，因而不能将传统电缆声波测井的方法和结论直接应用到随钻声波测井上。随钻声波测井技术的实现相比于随钻电阻率测井、随钻中子测井要晚4~6年，主要原因是要消除强振幅的仪器波和钻井噪声对地层波形的影响，随钻声波信号处理装置需要提高抗干扰能力，能够在井下高温恶劣环境中稳定工作。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适合在井下高温恶劣环境中工作的随钻声波信号处理装置，以精确控制接收到的微弱声波信号的增益，并提高抗干扰的能力，满足声波信号后续处理的要求。 

为实现以上目的，本发明随钻声波信号处理装置，包括： 

四个相同的差分放大模块，分别接收前端井下声波换能器所产生的四对带有强背景噪声的微弱差分声波信号，并将输入的差分声波信号变成一路单端声波信号输出，以消除差分声波信号中的共模干扰成分并对输入的微弱差分声波信号的幅度进行一定倍数的放大； 

四个相同的程控增益控制网络，每个程控增益控制网络由程控3dB衰减模块、前置程控增益放大器、带通滤波器以及后置程控增益放大器组成，用于分别接收来自四个差分放大模块的单端声波信号，通过程控3dB衰减模块衰减、前置程控增益放大器放大、带通滤波器滤波和后置程控增益放大器放大后输出；其中，带通滤波器对前置程控增益放大器增益调节后的声波信号进行带通滤波，以进一步滤除声波信号通带外的高频噪声和直流分量； 

根据自动增益控制模块送入不同的控制码字，对程控3dB衰减模块、前置程控增益放大器、后置程控增益放大器衰减倍数或放大倍数进行调节，实现不同的衰减和放大，从而将单端声波信号幅度调节到所要求的范围之内，这个范围是指满足数据采样的幅度范围； 

一数据采集模块，四个相同的程控增益控制网络输出的单端声波信号以并行的方式传输到数据采集模块，数据采集模块对四路单端声波信号进行采样，得到四路声波采样数据，并通过数据总线在控制总线的控制之下传输到自动增益控制模块； 

一自动增益控制模块，该模块对接收到的四路声波采样数据进行处理，并依据当前的增益值以及四路声波采样数据的最大最小值计算出下一次采样的增益值，并转换为相应的控制码字，在100K时钟下，发送到程控增益控制网络； 

一数据压缩模块，利用一定的压缩比例，采用DCT压缩算法，将四路声波采样数据进行适当的压缩，然后把压缩完的采样数据以及数据采样模块的采集参数，比如采样率，采样延时等参数进行打包，封装成标准的系统数据格式，发送到存储板或者上传到测试盒； 

一内嵌自测试模块，用于随钻声波信号处理装置的自检，内嵌自测试模块由PWM调制信号产生模块和波形整形放大电路组成，其中PWM调制信号产生模块是用于产生数字的PWM调制信号，波形整形放大电路是用于对产生的 PWM调制信号进行整形并需要的幅度，最终产生自检所需频率和幅度的模拟自检信号，通过检测随钻声波信号处理装置对该模拟信号进行处理后得到的信号进行比较，以检验和校准随钻声波信号处理装置声波信号处理的准确性。 

本发明的目的是这样实现的：