随钻电阻率测量技术研究(一)信息工程毕业(2)

图7 发射板框图
1）发射板的组成及工作原理
 发送板主要由下面元件和电路组成： 68HC711微控制器、12.288MHz的时钟电路、数控振荡器（NCO）、滤波器、输出放大器、直流电源转换器和分频器。
 MPR电阻率上有4个发射电路板，位于SONDE的2端，每一端有2块。它们的外观和功能都是一样的，产生2MHz或400KHz的振荡频率，它们之间唯一的区别是68HC711芯片内的程序不同。主控电路板通过总线和晶振控制发射板工作，并保持工作同步。发射板的供电方式为M30线直接供电，而不用电源板供电；M30线通过滤波电路滤掉信号，只保留30V直流电，通过变压器进行直流转换产生+12V，-12V和+5V直流电给每块芯片提供电源。68HC711接到68332的指令开始工作，向NCO传送数字命令使其振荡，通过滤波器后，产生2MHz和400KHz的振荡信号；然后进行电压和电流放大，以增大其发射的功率，然后通过天线向外发射。

图8 发射电路板
2）调试过程中遇到的问题
 ①变压器的缠制：变压器缠制达不到要求会得不到规定的输出电压，同时变压器会发热，进而影响变压器的工作寿命和工作的可靠性，还会造成功耗大的问题。为此，我们缠制了100多个变压器进行试验，解决了此问题。
 ②滤波电路的调试：滤波电路中电感和电容的选择直接影响发射的相位和衰减，经过几天的摸索找到了调试的规律，达到了规定的相位值和衰减值。
4.3 接收板

图9 接收板框图
1）接收板的组成及工作原理
 接收板主要由下面元件和电路组成： 68HC711微控制器、12.288MHz的时钟电路、数控振荡器（NCO）、滤波器、混频电路、放大器、带通滤波器和分频器。
 MPR电阻率上有1个接收电路板，上面有2个接收通道（R1和R2）。它们的外观和功能都是一样的，接收发射天线产生2MHz和400KHz的振荡信号，并处理成6KHz的信号去主控。接收板的供电方式为电源板供电，需要+12V，-12V和+5V的直流电。主控电路板通过总线和晶振控制接收电路板工作，并保持工作同步。68HC711接到68332的指令开始工作，向NCO传送数字命令使其振荡，通过滤波器后，产生1.994MHz和394KHz的本振信号。接收天线接收到信号，放大后与本振产生的1.994MHz和394KHz信号进行混频，经过放大和带通滤波器后，产生6KHz的信号，然后进入主控板的A/D转换器。混频后降低信号频率有助于更加简单的处理信号。

图10 接收电路板 （科教范文网 lw.nSeAc.com编辑发布）
2）调试过程中遇到的问题
 混频电路的调试：在调试过程中，得不到要求的衰减值和相位值，存在一定的数值差；我们检查了电路中所有的滤波电容、电感和电阻，没有发现问题。我们将接收板分割成3块进行调试，排除了本振部分和带通滤波器部分，最后把问题定位在混频器部分。对混频器电路的电容和电阻进行调试，最后达到要求，完成调试。
4.4 主控板

图11 主控板框图
1）主控板的组成及工作原理
 主控板主要由下面元件和电路组成： 68332主处理器、数字信号处理器DSP、12.288MHz的晶体时钟电路、32.768KHz的晶体时钟电路、存储器、A/D转换器和LT1039芯片。
 MPR电阻率上有1个主控电路板，它是MPR的大脑，控制发射板和接收板，并处理采集的数据，使用电源板供电。68332是主控板的核心，它是M30同LWD主处理器（MASTER）通信的结点。68332的主要功能是控制安装在发射板和接收板上的微控制器68HC711的活动，68332与68HC711的通信通过总线来完成。6KHz的信号通过运放进入A/D转换器，将6KHz的模拟信号转换为数字信号，再将数据传送给。DSP以每秒钟24000次的速度接收A/D通道上采集的数据，DSP采用快于6KHz四倍的采样速度，这就决定了它能以0度，90度，180度和270度的角度进行采样，四个位置（0度，90度，180度和270度）的平均值的测量方法可以降低噪声对系统的影响，DSP能对数据进行采样并取平均值，除了原始的相位和振幅值外，还可算出相位差和振幅衰减值。68332把计算好的数据通过LT1039传给MODEM，然后到LWD的主处理器。

图12 主控电路板
2）调试过程中遇到的问题
 整体调试：在焊完68332、DSP及相应的电容电阻后，开始调试，68332总在复位，我们对电路板进行详细的走线检查，未发现问题；又仔细的检查了电容和电阻，发现了错误，排除了问题。持续低电平；更换68332后，正常，持续高电位。焊上剩下的元器件后调试，又出现了复位现象，卸下备用存储器后，主控板工作正常。用电脑进行测试，数据有错误，更换运算放大器后，一切正常。 （转载自http://zw.nseac.coM科教作文网）
5地验和现场试验
 1）老化试验：在实验室进行了72小时的老化试验，验证其长期工作的可靠性。72小时后，测得数据正常，老化试验成功。

图13 老化试验
 2）抗温试验：在水平井维修车间进行了抗温试验（85℃），验证电子元器件的抗高温性能。试验得到数据如图14和图15。

图14 室温情况下air hang数据

图15  85℃后air hang数据
 上面2图中红色椭圆内相应位置的数据差值在±0.1之间，符合标准，高温试验成功。
 3）现场试验：使用自主研发的电阻率仪器2009年6月12日17：30到6月17日7：00在钻井二公司30629队杏13-55-平44井进行了下井试验。从1074米开始工作，到1676.8米完钻，仪器井下循环81小时，进尺602.8米，工作正常，现场试验成功。
6结论
 随钻测井是当今国际钻井界的一项高新技术，对于提高勘探开发和钻井总体效益具有重要意义和作用。本文深入的分析了补偿式天线和电阻率电子部分的工作原理。得出了MPR的优点如下：
 1）MPR天线采用对称式结构，可补偿温度和震动对电子元器件的影响，得到准确的测量数据；
 2）SONDE在MPR天线壳体的内部，靠PADDLE与壳体连接，很好的与泥浆隔离，避免了泥浆的渗漏；
 3）MPR电路板采用了大规模的集成电路，运用了DSP和FPGA等技术，受元器件的影响较小，工作稳定可靠。
 
 参考文献
 [1] 徐莉莉,夏克文,朱军.测井学[M].北京:石油工业出版社,1998:283-285.
 [2] 谭廷栋.现代石油测井[M].北京: 石油工业出版社,1997:4-9.   
 [3] 王若.随钻测井技术发展史[J].石油仪器:2001,15(2):5-7.
 [4] 石油测井情报组.测井新技术及应用[M].北京:石油工业出版社,1998:18-21. （转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网）
 [5] William J, McDonald D. Logging while drilling: a survey of methods and priorities [C].SPWLA 17 Annual Logging Symposium 1976.
 [6] Bigelow E L. A new frontier: log interpretation in horizontal wells[C].SPWLA 33 Annual Logging Symposium,1992.