測(cè)井儀器原理第1頁(yè)/共58頁(yè)2第3章聲波測(cè)井儀3.1聲波測(cè)井原理3.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介第2頁(yè)/共58頁(yè)33.1聲波測(cè)井原理3.1.1巖石中聲波的傳播參數(shù)聲波測(cè)井基礎(chǔ)聲學(xué)物理理論：彈性波動(dòng)力學(xué)采用頻率數(shù)千赫至百萬(wàn)赫的機(jī)械波研究地下巖石為介質(zhì)傳播的聲波在速度、幅度衰減以及頻率等參數(shù)的變化典型的（全波）聲波測(cè)井波形第3頁(yè)/共58頁(yè)43.1聲波測(cè)井原理3.1.1巖石中聲波的傳播參數(shù)聲波測(cè)井參數(shù)由于縱波（壓縮波或P波）相對(duì)速度最快，因此在聲波測(cè)井中往往也最容易接收和處理，普通聲波測(cè)井儀一般專(zhuān)用來(lái)接收和測(cè)量縱波聲速vP聲波全波測(cè)井能夠得到橫波速度VS楊氏模量和泊松比是重要的巖石力學(xué)參數(shù)第4頁(yè)/共58頁(yè)53.1聲波測(cè)井原理3.1.2聲系設(shè)計(jì)和測(cè)量原理聲系：由發(fā)射探頭T和接收探頭R組成的探測(cè)器形成人工聲場(chǎng)并設(shè)法接收通過(guò)地層傳播的聲波信號(hào)第5頁(yè)/共58頁(yè)63.1聲波測(cè)井原理3.1.2聲系設(shè)計(jì)和測(cè)量原理?yè)Q能器發(fā)射、接收探頭，一般由磁致伸縮或壓電陶瓷材料制成，起到電-聲或聲-電轉(zhuǎn)換作用隔聲結(jié)構(gòu)：減弱直達(dá)聲波當(dāng)?shù)貙勇曀賤2大于井液聲速v1時(shí)，可以產(chǎn)生以臨界角入射i=arcsin（v1/v2）的滑行波源距L0的選取：為使首先到達(dá)R1的是滑行波間距L：兩接收器之間的距離第6頁(yè)/共58頁(yè)73.1聲波測(cè)井原理3.1.2聲系設(shè)計(jì)和測(cè)量原理縱波聲速聲波時(shí)差（慢度）發(fā)射頻率f電子線(xiàn)路單元輸出信號(hào)△t-U△T

△t-N△T

第7頁(yè)/共58頁(yè)83.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.1雙發(fā)雙收聲系原理聲系結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)排列的T上、T下和R1、R2源距L0，間距L儀器工作方式上發(fā)期間由T上和R1、R2得到△t上下發(fā)期間由T下和r1、r2得到△t下輸出信號(hào)第8頁(yè)/共58頁(yè)93.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.1雙發(fā)雙收聲系原理井眼補(bǔ)償作用深度補(bǔ)償問(wèn)題臨界角影響儀器上提運(yùn)動(dòng)作用最佳補(bǔ)償原理第9頁(yè)/共58頁(yè)103.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.2下井儀工作原理框圖第10頁(yè)/共58頁(yè)113.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.2下井儀工作原理聲波信號(hào)放大電路差動(dòng)放大互補(bǔ)輸出，電纜驅(qū)動(dòng)并聯(lián)穩(wěn)壓第11頁(yè)/共58頁(yè)123.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理儀器框圖（聲速測(cè)量部分）第12頁(yè)/共58頁(yè)133.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理主要工作波形第13頁(yè)/共58頁(yè)143.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理1、同步控制電路電路原理第14頁(yè)/共58頁(yè)153.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理1、同步控制電路工作波形第15頁(yè)/共58頁(yè)163.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理1、同步控制電路單穩(wěn)電路下井同步電路第16頁(yè)/共58頁(yè)173.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理2、鑒別放大和時(shí)差形成電路第17頁(yè)/共58頁(yè)183.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理2、鑒別放大和時(shí)差形成電路比較器幅度鑒別延遲、延遲們組目的：從時(shí)間上壓制干擾功能：設(shè)定R1、R2、r1和r2的允許檢測(cè)期間信號(hào)分離門(mén)組時(shí)差形成觸發(fā)器時(shí)差檢測(cè)過(guò)程（上發(fā)舉例）主控雙穩(wěn)翻轉(zhuǎn)→上控方波有效→關(guān)閉r門(mén)→發(fā)送上發(fā)命令至井下→地面延遲→延遲I觸發(fā)→延遲門(mén)I觸發(fā)→開(kāi)啟R1分離門(mén)允許R1檢測(cè)→R1首波到來(lái)→時(shí)差形成觸發(fā)器置位形成△t上的上升沿→延遲II觸發(fā)→延遲門(mén)II觸發(fā)→關(guān)閉R1門(mén)開(kāi)啟R2門(mén)→R2首波到來(lái)→時(shí)差形成觸發(fā)器置位形成△t上的下降沿→完成△t上轉(zhuǎn)換→延遲門(mén)組恢復(fù)穩(wěn)態(tài)→關(guān)閉分離門(mén)組第18頁(yè)/共58頁(yè)193.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理3、時(shí)差計(jì)數(shù)和輸出電路計(jì)數(shù)鎖存譯碼顯示D/A轉(zhuǎn)換第19頁(yè)/共58頁(yè)203.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理4、指令發(fā)生電路4個(gè)3μs延遲序列8個(gè)不同極性控制第20頁(yè)/共58頁(yè)213.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理5、跟蹤延遲電路第21頁(yè)/共58頁(yè)223.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理5、跟蹤延遲電路工作波形第22頁(yè)/共58頁(yè)233.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理6、時(shí)差比較電路周波跳躍的產(chǎn)生第23頁(yè)/共58頁(yè)243.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理6、時(shí)差比較電路第24頁(yè)/共58頁(yè)253.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理6、時(shí)差比較電路第25頁(yè)/共58頁(yè)263.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理7、刻度電路第26頁(yè)/共58頁(yè)273.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理7、刻度電路工作波形第27頁(yè)/共58頁(yè)283.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理8、聲幅測(cè)量電路主要用途：水泥膠結(jié)測(cè)井電路框圖第28頁(yè)/共58頁(yè)293.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理8、聲幅測(cè)量電路電原理圖第29頁(yè)/共58頁(yè)303.2雙發(fā)雙收聲波測(cè)井儀3.2.3地面儀工作原理8、聲幅測(cè)量電路工作波形9、噪聲測(cè)量電路第30頁(yè)/共58頁(yè)313.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.1斯侖貝謝SLT數(shù)控聲波測(cè)井儀1、聲系特點(diǎn)模塊化的BHC和DDBHCDDBHC測(cè)量原理第31頁(yè)/共58頁(yè)323.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.1斯侖貝謝SLT數(shù)控聲波測(cè)井儀1、聲系特點(diǎn)定向發(fā)射原理寬帶接收器第32頁(yè)/共58頁(yè)333.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.1斯侖貝謝SLT數(shù)控聲波測(cè)井儀2、信號(hào)檢測(cè)地面儀器接口第33頁(yè)/共58頁(yè)343.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.1斯侖貝謝SLT數(shù)控聲波測(cè)井儀2、信號(hào)檢測(cè)傳播時(shí)間處理信號(hào)波形第34頁(yè)/共58頁(yè)353.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.1斯侖貝謝SLT數(shù)控聲波測(cè)井儀2、信號(hào)檢測(cè)傳播時(shí)間處理T0門(mén)，滑動(dòng)門(mén)，噪聲窗口第35頁(yè)/共58頁(yè)363.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.1斯侖貝謝SLT數(shù)控聲波測(cè)井儀2、信號(hào)檢測(cè)傳播時(shí)間處理儀器增益控制第36頁(yè)/共58頁(yè)373.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.1斯侖貝謝SLT數(shù)控聲波測(cè)井儀2、信號(hào)檢測(cè)傳播時(shí)間處理檢測(cè)原理E1檢測(cè)第37頁(yè)/共58頁(yè)383.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.1斯侖貝謝SLT數(shù)控聲波測(cè)井儀2、信號(hào)檢測(cè)傳播時(shí)間處理DDT尖峰抑制第38頁(yè)/共58頁(yè)393.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀1、方法原理和聲系結(jié)構(gòu)單極全波在軟地層無(wú)法獲得橫波信息偶極換能器在軟地層仍能夠激發(fā)出繞曲波軟地層單極信號(hào)波形軟地層偶極信號(hào)波形第39頁(yè)/共58頁(yè)403.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀1、方法原理和聲系結(jié)構(gòu)偶極換能器結(jié)構(gòu)原理片狀換能器彎曲振動(dòng)，產(chǎn)生繞曲波是一種頻散波偶極振動(dòng)模式單極振動(dòng)模式第40頁(yè)/共58頁(yè)413.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀1、方法原理和聲系結(jié)構(gòu)四極換能器結(jié)構(gòu)原理四極振動(dòng)模式偶極和四極聲場(chǎng)的指向性單極振動(dòng)模式第41頁(yè)/共58頁(yè)423.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀1、方法原理和聲系結(jié)構(gòu)接收換能器結(jié)構(gòu)原理寬帶接收器四只一組，正交排列八組陣列，間距6英寸單元呈口字形排列的接收換能器單極子模式四極子模式偶極子模式偶極子模式對(duì)不同振動(dòng)模式的響應(yīng)第42頁(yè)/共58頁(yè)433.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀2、儀器結(jié)構(gòu)主電子單元聲系發(fā)射部分隔聲體接收部分發(fā)射電子單元第43頁(yè)/共58頁(yè)443.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀3、儀器電子系統(tǒng)接收換能器陣隔聲體CAN總線(xiàn)發(fā)射高壓?jiǎn)巍⑺臉O發(fā)射控制電路偶極發(fā)射控制電路發(fā)射變壓器組發(fā)射換能器陣高壓激勵(lì)發(fā)射變壓器激勵(lì)信號(hào)32道聲波信號(hào)接收CAN總線(xiàn)CAN總線(xiàn)電源線(xiàn)貫穿線(xiàn)電源線(xiàn)貫穿線(xiàn)串行命令控制總線(xiàn)串行命令控制總線(xiàn)高壓電源高壓電源單、四極，偶極聲波信號(hào)源的控制與發(fā)射發(fā)射聲系發(fā)射電子線(xiàn)路接收聲系第44頁(yè)/共58頁(yè)453.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀3、儀器電子系統(tǒng)四通道信號(hào)接收四通道信號(hào)接收八通道信號(hào)接收四通道信號(hào)采集四通道信號(hào)采集八通道信號(hào)采集四路系統(tǒng)直流電源系統(tǒng)控制CAN通訊電源電源32道聲波信號(hào)接收串行控制命令總線(xiàn)高速串行數(shù)據(jù)總線(xiàn)至發(fā)射電路CAN總線(xiàn)交流電源貫穿線(xiàn)交流電源貫穿線(xiàn)設(shè)置和選擇聲波單、偶極及四極的接收模式，設(shè)定接收電路的衰減與放大增益

設(shè)定數(shù)據(jù)采集、采集速率與采集設(shè)定、復(fù)位采集緩存FIFO，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集

上接遙測(cè)下傳命令的接收與數(shù)據(jù)上傳等接口電路：設(shè)置發(fā)射、接收、采集模式?？刂茢?shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理和協(xié)調(diào)各部分電路工作。主電子線(xiàn)路第45頁(yè)/共58頁(yè)463.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀3、儀器電子系統(tǒng)第46頁(yè)/共58頁(yè)473.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀3、儀器電子系統(tǒng)第47頁(yè)/共58頁(yè)483.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀3、儀器電子系統(tǒng)第48頁(yè)/共58頁(yè)493.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀3、儀器電子系統(tǒng)第49頁(yè)/共58頁(yè)503.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀3、儀器電子系統(tǒng)第50頁(yè)/共58頁(yè)513.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.2MPAL多級(jí)子陣列聲波測(cè)井儀3、儀器電子系統(tǒng)第51頁(yè)/共58頁(yè)523.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.3BHTV井下聲波電視測(cè)井儀1、方法原理和聲系結(jié)構(gòu)第52頁(yè)/共58頁(yè)533.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.3BHTV井下聲波電視測(cè)井儀1、方法原理和聲系結(jié)構(gòu)第53頁(yè)/共58頁(yè)543.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.3BHTV井下聲波電視測(cè)井儀1、方法原理和聲系結(jié)構(gòu)第54頁(yè)/共58頁(yè)553.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.3BHTV井下聲波電視測(cè)井儀2、儀器電子系統(tǒng)第55頁(yè)/共58頁(yè)563.3其它類(lèi)型聲波測(cè)井儀簡(jiǎn)介3.3.3BHTV井下聲波電視測(cè)井儀2、儀器電子系統(tǒng)采集傳輸控制單元接收由遙測(cè)單元發(fā)來(lái)的儀器控制命令設(shè)定儀器的工作狀態(tài)頻率選擇發(fā)射高/低電源選擇地磁/電源同步方式選擇電路控制增益選擇產(chǎn)生點(diǎn)同步按儀器要求控制對(duì)幅度、噪聲的采樣將采樣得到的回波幅度、回波時(shí)間及儀器艙溫度等信息編碼后送到GO-DATA數(shù)據(jù)線(xiàn)