[发明专利]随钻声波测井仪器接收换能器阵列全数字化装置

说明书

本发明公开了一种随钻声波接收换能器阵列全数字化装置，属于随钻声波测井技术领域。该随钻声波接收换能器阵列采用全数字化的结构，并采用非充油方式的橡胶灌封布置方式，所述随钻声波接收换能器阵列全数字化装置包括：第一模块，用于对地层的弱接收声波信号进行声电转换；第二模块，用于对所述弱接收声波信号进行放大、滤波、增益控制及数模转换；第三模块，用于所述装置的接口控制及外部输入输出信号转换。本发明提供一种随钻声波接收换能器阵列全数字化的非充油灌封的布置方法，实现随钻过程中的声波接收信号预处理、数字化及采集。

技术领域

本发明属于随钻声波测井技术领域，具体涉及一种随钻声波测井仪器阵列接收换能器全数字化装置。

背景技术

随钻声波测井作为随钻测井三大技术之一(电阻率、放射性及声波)在石油钻探测井中具有重要的地位，其可实现钻井过程中对地层孔隙度的监测、实现压力预警，从而提高钻井效率，降低钻井作业风险。

随钻声波测井与电缆测井原理相同：1、通过声波在地层中的传播速度不同，获取地层声波时速，从而反映出当前钻遇地层。2、通过声波发射和接收换能器实现由电到声和声到电的转换。不同方面：随钻声波测井是在钻井的同时，实时测量钻遇地层的声波速度信息。而电缆测井是钻井作业完成后通过电缆悬吊的方式实现地层的声速测量。

如图1所示，仪器在井中工作时，发射声系通过高压激励脉冲激发发射声源产生声波信号，射入地层后，通过地层传输后到达接收器阵列，距离发射声源固定距离布置的接收器阵列实现由接收声波信号到电信号的转换。

发射换能器和接收换能器主要由压电陶瓷组成的无源器件，接收换能器收到的声波信号经过压电陶瓷晶片转换成弱电信号，其幅度随钻遇地层的不同差别较大。其幅度在百uv到百mv级，因此信号需要进行信号的自动增益控制和滤波放大操作。

目前测井仪器研制过程中，普遍采用前置放大电路和采集电路(AGC自动增益控制电路+模数转换器ADC)实现信号的数字采样。前置放大电路要尽量靠近接收压电陶瓷晶片，其对弱信号进行放大滤波，后续的自动增益控制和模数转换ADC功能放置于接收声系电路部分。如图1所示，接收换能器采用单个压电陶瓷晶片封装方式。前置放大电路和后续的采集电路放置于接收压电陶瓷晶片外部，前置放大电路距离接收瓷片很近，但是采集电路需要放置于仪器内铤中，距离较远(普遍在30cm到50cm)。这种布置方式具有如下特点：1、瓷片布置结构简单，2、接收弱信号经过前置放大后信号比有一定提高，但是由于还是模拟信号，所以传输到采集电路(30cm到50cm)后，信号极易受外界环境影响，噪声会增加，从而降低了信号的信噪比。

为提高接收弱信号的信噪比，最直接的方法就是就近数字化，然后通过数字信号将采集的波形传输到接收声系进行后续的数据处理。

现有技术国内：使用模拟信号进行传输，没有进行就近的信号数字化，抗噪声能力较差。参考美国专利US20050150713A1，其采用的全数字化方式，将各模块放置于充油的环境中，从而实现就近数字化采样，提高了信号的信噪比。但是其采用的充油方式的安装工艺和模块的数字化较复杂，国内还无法实现。

发明内容

为了实现以上目的，本发明涉及的是接收换能器的数字化封装技术及为数字化进行的合理布局及信号提取技术。本发明提供一种随钻声波接收换能器阵列全数字化装置，实现随钻过程中的声波接收信号预处理及采集。结构简单，易于实现，适用于随钻过程中的强振动、冲击及高温等恶劣环境，易于实现，便于市场推广和应用。

根据本发明的一个方面，提供一种随钻声波接收换能器阵列全数字化装置，所述随钻声波接收换能器阵列经过数字化处理后，采用全数字化的结构，并采用非充油方式的橡胶灌封布置方式，所述随钻声波接收换能器阵列全数字化装置包括：

第一模块，用于对地层的弱接收声波信号进行声电转换；

第二模块，用于对所述弱接收声波信号进行放大、滤波、增益控制及数模转换；