《测井仪器原理》一,第3,

信号分离门组
时差形成触发器
时差检测过程（上发举例）
主控双稳翻转→上控方波有效→关闭r门→发送上发命令至井下→
地面延迟→延迟I触发→延迟门I触发→开启R1分离门允许R1检测
→R1首波到来→时差形成触发器置位形成△t上的上升沿→延迟II触
发→延迟门II触发→关闭R1门开启R2门→R2首波到来→时差形成
29
3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
8、声幅测量电路
电原理图
测井仪器原理（一）
30
3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
8、声幅测量电路
工作波形
9、噪声测量电路
测井仪器原理（一）
31
3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.1 斯仑贝谢SLT数控声波测井仪
益
串行控制命令总线
四通道信号 接收
八通道信号接收
四通道信号 接收
高速
串行
四通道信号 采集
数据 总线
八通道信号采集
四通道信号 采集
系统控制 CAN通讯
四路系统直 流电源
上 接 遥 测
交流电源 贯穿线
电源
电源
测井仪器原理（一）
46
3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.2 MPAL多级子阵列声波测井仪
X、Y方向偶极发射换能器
单极发射换能器
测井仪器原理（一） 接其他下井仪器
MPAL发射电子线路
控制单、偶极和四极换能器 的选择与发射
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.2 MPAL多级子阵列声波测井仪
3、仪器电子系统
CAN总线
CAN总线
CAN总线
电源线 贯穿线
高压电源
单、四极发射 控制电路
测井仪器原理
（一）
主讲人：鞠晓东 2008年9月
测井仪器原理（第一部分）
第0章 绪论 第1章 电流聚焦测井仪 第2章 感应测井仪 第3章 声波测井仪
测井仪器原理（一）
2
第3章声波测井仪
3.1 声波测井原理 3.2 双发双收声波测井仪 3.3 其它类型声波测井仪简介
测井仪器原理（一）
发 射 高 压
高压电源
偶极发射 控制电路
激 励 信 号
发 射 变 压 器
发
发
射 变
高 压
射 换
压 器
激 励
能 器
组
阵
电源线
接 贯穿线
隔
收
32道声波信 号接收
声
换
体
能 器
阵
单、四极，偶极声波 信号源的控制与发射
串行命令控 制总线
串行命令控 制总线
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.2 MPAL多级子阵列声波测井仪
MPAL测控电子短节
1. 系统控制 高性能DSP控制子系统
2. 数据采集 数控的高精度、 多通道数据采集和存储 >120db的动态范围，14位分辩率
3. 遥测电路 完成数据的上传与命令接收
4. 前置接收电路 完成单、偶极及四极信号的组合、 选择，声波信号的程控放大与衰减， 声波信号的滤波
5. 系统电源 大功率、高效、低噪音
2、信号检测
地面仪器接口
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.1 斯仑贝谢SLT数控声波测井仪
2、信号检测
传播时间处理
信号波形
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.1 斯仑贝谢SLT数控声波测井仪
2、信号检测
传播时间处理
声波测井参数
由于纵波（压缩波或P波）相对速度最快，因此在声
波测井中往往也最容易接收和处理，普通声波测井仪
一般专用来接收和测量纵波声速vP
VP
E 1 (1 )(1 2 )
声波全波测井能够得到横波速度VS
VP 2(1 )
VS
1 2
杨氏模量和泊松比是重要的岩石力学参数
声波信号放大电路
差动放大 互补输出，电缆驱动 并联稳压
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
仪器框图（声速测量部分）
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
主要工作波形
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
测井仪器原理（一）
5
3.1 声波测井原理
3.1.2 声系设计和测量原理
声系：由发射探头T和接收探头R组成的探测器
形成人工声场并设法接收通过地层传播的声波信号
测井仪器原理（一）
6
3.1 声波测井原理
3.1.2 声系设计和测量原理
换能器
发射、接收探头，一般由磁致伸缩或压电陶瓷材料制 成，起到电-声或声-电转换作用
接电缆
MPAL接收换能器短节
由正交的换能器组成 宽带、高灵敏度 纵向对称但不等距 接收换能器矩阵
遥测短节
接收下传命令与上传测井数据
MPAL隔声体短节
MPAL发射换能器短节
衰减直达的伸缩及剪切波 并用于调整源距
由单极、正交的偶极和四极换能器 组成，可工作于单极、偶极和四极模式 大功率，长源距
四极发射换能器
仪器上提运动作用
h v f
最佳补偿原理
l

O上O下

h
（d 2

d1）tgi

v f
l
（d 2

d1）tgi

n
v f
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.2 下井仪工作原理
框图
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ波测井仪
3.2.2 下井仪工作原理
3、仪器电子系统
CAN总线
至发射电路
32道声波信 号接收 交流电源 贯穿线
设置和选择声波单、偶极 设定数据采集、采集速率 下传命令的接收与数据上传等接口电路：
及四极的接收模式，设定 与采集设定、复位采集缓 设置发射、接收、采集模式。控制数据
接收电路的衰减与放大增
存FIFO，启动数据采集 实时处理和协调各部分电路工作。
软地层单极信号波形
软地层偶极信号波形
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.2 MPAL多级子阵列声波测井仪
1、方法原理和声系结构
偶极换能器结构原理
片状换能器 弯曲振动，产生绕曲波是一种频散波
单极振动模式
偶极振动模式
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
仪器工作方式
上发期间由T上和R1、R2得到△t上 下发期间由T下和r1、r2得到△t下
输出信号
T t上 t下（s / m）
2 L
测井仪器原理（一）
9
3.2 双发双收声波测井仪
3.2.1 双发双收声系原理
井眼补偿作用
深度补偿问题
临界角影响
O上O下 （d2 d1）tgi
检测原理
E1检测
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.1 斯仑贝谢SLT数控声波测井仪
2、信号检测
传播时间处理
DDT尖峰抑制
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.2 MPAL多级子阵列声波测井仪
1、方法原理和声系结构
单极全波在软地层无法获得横波信息 偶极换能器在软地层仍能够激发出绕曲波
3.2.3 地面仪工作原理
1、同步控制电路
电路原理
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
1、同步控制电路
工作波形
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
1、同步控制电路
单稳电路 下井同步电路
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
2、鉴别放大和时差形成电路
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
2、鉴别放大和时差形成电路
比较器幅度鉴别
延迟、延迟们组
目的：从时间上压制干扰
功能：设定R1、R2、r1和r2的允许检测期间
3.3.2 MPAL多级子阵列声波测井仪
1、方法原理和声系结构
四极换能器结构原理
单极振动模式
四极振动模式
偶极和四极声场的指向性
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.2 MPAL多级子阵列声波测井仪
1、方法原理和声系结构
接收换能器结构原理
宽带接收器 四只一组，正交排列 八组阵列，间距6英寸
纵波声速
L vP t
声波时差（慢度）
T 1 t (s / m)
发射频率f
vp L
电子线路单元
输出信号
△t-U△T △t-N△T
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.1 双发双收声系原理
声系结构
对称排列的T上、T下和R1、R2 源距L0，间距L
4、指令发生电路
4个3μs延迟序列 8个不同极性控制
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
5、跟踪延迟电路
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
5、跟踪延迟电路
工作波形
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
T0门，滑动门，噪声窗口
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.1 斯仑贝谢SLT数控声波测井仪
2、信号检测
传播时间处理
仪器增益控制
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.1 斯仑贝谢SLT数控声波测井仪
2、信号检测
传播时间处理
3.2.3 地面仪工作原理
7、刻度电路
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
7、刻度电路
工作波形
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
8、声幅测量电路
主要用途：水泥胶结测井 电路框图
测井仪器原理（一）
3.2.3 地面仪工作原理
6、时差比较电路
周波跳跃的产生
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
6、时差比较电路
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
6、时差比较电路
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3
3.1 声波测井原理
3.1.1 岩石中声波的传播参数
声波测井基础
声学物理理论：弹性波动力学 采用频率数千赫至百万赫的机械波 研究地下岩石为介质传播的声波在速度、幅度衰减以
及频率等参数的变化
典型的（全波）声波测井波形
测井仪器原理（一）
4
3.1 声波测井原理
3.1.1 岩石中声波的传播参数
单极子 模式
(a)
四极子 模式
(b)
(c) 偶极子 (d) 偶极子
模式
模式
单元呈口字形排列的接收换能器
对不同振动模式的响应
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.2 MPAL多级子阵列声波测井仪
2、仪器结构
主电子单元 声系
发射部分 隔声体 接收部分
发射电子单元
3、仪器电子系统
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.2 MPAL多级子阵列声波测井仪
3、仪器电子系统
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.2 MPAL多级子阵列声波测井仪
3、仪器电子系统
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
隔声结构：减弱直达声波
当地层声速v2大于井液声速v1时，可以产生以临 界角入射i=arcsin（v1/v2）的滑行波
源距L0的选取：为使首先到达R1的是滑行波
1 L0 (d1 d 2 ) 1
间距L：两接收器之间的距离
测井仪器原理（一）
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3.1 声波测井原理
3.1.2 声系设计和测量原理
1、声系特点
模块化的BHC和DDBHC DDBHC测量原理
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.1 斯仑贝谢SLT数控声波测井仪
1、声系特点
定向发射原理
宽带接收器
测井仪器原理（一）
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3.3 其它类型声波测井仪简介
3.3.1 斯仑贝谢SLT数控声波测井仪
3.3.2 MPAL多级子阵列声波测井仪
3、仪器电子系统
测井仪器原理（一）
触发器置位形成△t上的下降沿→完成△t上转换→延迟门组恢复稳态
→关闭分离门组 测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理
3、时差计数和输出电路
计数 锁存 译码 显示 D/A转换
测井仪器原理（一）
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3.2 双发双收声波测井仪
3.2.3 地面仪工作原理