[发明专利]一种多极子随钻声波测井的正弦激励方法及装置

说明书

技术领域

本发明主要属于信号激励领域，具体涉及一种多极子随钻声波测井的正弦激励方法及装置。

背景技术

上世纪80年代以来，随钻测井技术发展迅猛，相比较于常规电缆测井，随钻测井可以及时准确地提供石油勘探开发过程中的重要信息，为提高作业效率提供可靠的技术支持。随钻测井涉及声学、电法学、核磁学、放射性等多学科，近几年相关的随钻测井仪器推陈出新，其中随钻声波仪器经历了单极子，偶极子发展过程，目前正向多极子方向发展。多极子随钻声波可实现地层横波和纵波速度、地层孔隙度、渗透率和井壁稳定性测量。

比较于常规电缆声波测井仪器，随钻声波测量过程中受钻具噪声，钻井液循环噪声和钻铤波的影响较大，宽频带和大功率高效率的激励方式对于获得高质量的声波测井数据至关重要。传统的声波激励方式普遍采用矩形脉冲激励方式，脉冲的宽度与发射换能器的谐振频率有关，通常情况下，其宽度是谐振频率的二分之一。但是，这种工作方式下，其主频选择受限，要求功率变压器和发射换能器阻抗匹配，严格工作于发射换能器的谐振主频上。对于多极子不同的频率工作点，如采用这种方法，就需要多个功率变压器和发射换能器（以达到不同频率点下的谐振）选择使用。这将很大地增加仪器的设计难度、体积和研发成本。

现阶段，对于多极子的随钻声波仪器，普遍采用正弦波脉冲激励源。

显而易见，由于矩形脉冲在频域占有较宽的频带，相比较于正弦脉冲激励方式，其系统功耗和激发效率较低。采用正弦脉冲的随钻声波发射换能器激励方式较矩形脉冲激励方式具有较高的效率，并且采用正弦波激励方式无需改变功率放大器和发射换能器的谐振频点，只需要简单改变正弦波的频率即可实现最高效率的激发发射换能器。

现阶段普遍采用三个周期的正弦波作为发射换能器的激励脉冲。对于多极子随钻声波仪器，三个周期的正弦波需要至少两个频率点激励发射换能器工作（单极子、偶极子、偏极子和四极子不是工作在一个频率点上）。实际工作中，采用正弦波激励方式的随钻声波仪器有如下两个问题：

1.激励产生的高压源始终工作，对之后的蓄能电容始终保持充电状态，造成功耗浪费。

2.功率变压器和发射换能器如果不是工作于谐振频点（一般情况下，多极子声波激励至少可以工作于两个频点），或者两者匹配不是很好的情况下。在三个周期正弦波激励过程中，功率变压器内部的磁体会有储能效应，一旦三周期的正弦波激励结束，功率变压器会释放能量，在三周期的正弦波激励信号后加入震荡拖尾，即所谓的高压振铃效应，这对发射换能器的激发效果产生很大影响。

这两个问题的存在会增大系统功耗、降低换能器的激发效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种多极子随钻声波测井的正弦波激励方法及装置，在正弦波脉冲激励的基础上，提出采用可控高压电源和瞬态功率变压器放电的方式，在降低系统功耗的同时提高了发射效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多极子随钻声波测井的正弦激励方法，所述方法利用信号处理器生成N个周期的正弦波信号，利用功率放大器将正弦波信号放大成高压正弦激励信号并输出至发射换能器，信号处理器同时产生使能信号，所述使能信号包括瞬态放电使能信号，

功率放大器连接有瞬态放电电路，在信号处理器生成N个周期的正弦波后，瞬态放电使能信号使瞬态放电电路放电释放功率变压器的储能电流，消除高压振铃效应，提高换能器激发效率。

进一步地，瞬态放电电路包括栅极驱动芯片、两个功率MOS管，两MOS管并联，并联MOS管的栅极与栅极驱动芯片相连，并联MOS管的源极连接一个电阻，并联MOS的漏极分别与功率放大器的两初级端口相连；

电阻的另一端接地；

使能信号在信号处理器生成N个周期的正弦波后，经过栅极驱动芯片后，控制两ＭＯＳ管的栅极使ＭＯＳ管立刻导通，功率变压器的储能电流，通过电阻快速放电。

进一步地，功率变压器连接有高压生成电路，高压生成电路为功率放大器提供高压驱动；所述高压生成电路包括高压电源模块和高压蓄能电容，高压电源模块将低压转换为高压输出至高压蓄能电容对高压蓄能电容充电，高压蓄能电容与功率放大器相连为功率放大器提供高压驱动；

所述使能信号还包括高压电源使能信号；

所述高压电源模块包括使能控制端，所述使能控制端与信号处理器相连，

高压电源使能信号控制使能控制端，在信号处理器生成N个周期的正弦波后，快速关断高压电源模块的输出。