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基于FPGA高速数据采集与传输的声幅测井系统

作者:时间:2012-03-09来源:网络收藏

摘要 针对测井中信号速度低、操作繁琐等问题,提出一种的新方法。该设计系统采用高速AD转换,以灵活、高效性价比芯片-EP1C6为平台,利用USB,实现了基于Verilog的声幅测井系统。最终,在上位机得到的声幅测井曲线用来判断固井质量。在水泥胶结良好时,固井声幅测井值低;水泥胶结差时,固井声幅测井值高。
关键词 ;声幅测井

地球物理测井的方法有多种,如电测井、声波测井、核测井、地层倾角测井、成像测井等,但声波测井是惟一可以获得井壁直观图像的测井方法。声波测井和电法测井,核测井相比,问世较晚,但近20年来发展迅速,其主要优点是不受泥浆性质,矿化度及泥浆侵入的影响。同样,岩石声学研究了声波在岩石或地层中的产生、传播、接收和各种效应,为声波技术发展提供了理论基础。所谓声波是指弹性介质中传播的压强、应力、体积元形变,质点位移,质点速度等的形变或几种形变的综合。最简单的声波测井仪由发射器和接收器组成,接收器所接收到的声波包括直达波、反射波、滑行波和沿仪器外壳传播的声波,声波测井的探测范围一般是指井壁滑行波的影响范围。
声波测井是应用较广泛的现代测井方法之一。其采用声波的速度、幅度在岩石、岩层孔隙、含油气水等介质中传播时的全波记录得出的不同物理地质特征来研究和解决地质问题,进而发现油气、煤、金属与非金属、放射性、地热、地下水等矿产资源。
一般常用的声波测井方法可以分为声波速度测井。声波幅度测井和声波全波列测井。这里使用的是声波幅度测井,声波幅度测井是研究岩层对声波幅度的衰减特性的测井方法。井下信号通过电缆传输至井上后,如何对上传的信号进行及时、高速、准确的处理从而传输到上位机以得到测井曲线是至关重要的。

1 声幅测井概述
固井声幅测井也称水泥胶结测井。声幅测井的井下部分如图1所示。套管应与水泥胶结良好,套管外固结的水泥环完整,否则套管外有泥浆存在。套管与泥浆界面的声阻抗比套管与水泥环的大,就是说套管与泥浆的声耦合较差,套管与水泥环的声耦合较好。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/190675.htm

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因此,套管与水泥胶结差时,套管波的能量不易通过管外泥浆传播,接收到的套管波幅度大,反之则到达接收器的套管波能量小。即在水泥胶结良好时,固井声幅测井值低;水泥胶结差时,固井声幅测井值高。

2 系统硬件设计
井下上传的信号CBL(75 mV,20 kHz)经模数开关多路选择后,进入A/D采样,采样完成后数据进入进行高速处理,处理后的数据由USB模块上传至上位机。系统框图如图2所示。

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2.1 模数开关设计
模数开关使用AD7502芯片。AD7502是一款单芯片CMOS双路4通道模拟多路复用器。它根据2个二进制地址输入A0,A1和一个使能输入的状态EN,将2路输出总线OUT1-4,OUT5-8,切换至8路输入S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8中的2路S1S5,S2S6,S3S7,S4S8。通过对模数开关的控制可以选择A/D的是CBL信号或AC信号。
2.2 A/D采集模块
数据采集使用AD1671芯片,AD1671芯片为12位1.25 Msample·s-1,转换时间为800 ns的芯片。
2.3 FPGA主电路模块
数据处理及存储使用EP1C6芯片,cyclone EP1C6是Altera推出的一款高性价比FPGA,工作电压3.3 V,内核电压1.5 V。采用0.13μm工艺技术,全铜SRAM工艺,其密度为5 980个逻辑单元,包含20个128×36位的RAM块,总的RAM空间达到20×(128×36)=92 160位。而本设计的采样周期为2 ms,采样间隔为1μs,每次需存储16位,共需存储2 000×16=32 000位,可以满足设计要求。内嵌2个锁相环电路和一个用于连接SDRAM的特定双数据率接口,工作频率高达200MHz。
2.4 USB数据传输模块
USB传输使用CH375芯片。CH375是一个USB总线的通用接口芯片,支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备方式。这里采用设备方式。
2.5 电源模块
由于FPGA正常工作时要求先给I/O口供电再给内核供电,断电时要求先给内核断电再给I/O口断电,为保证严格的上电顺序,系统使用AS2830-3.3 V可将电压由5 V转换到3.3 V,使用AS2830-1.5 V可将电压由5 V转换成1.5 V,IA0505S为稳压正负双输出电源模块,可将电压由5 V转换成-5 V,这样就可以满足各部分工作需求。


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