三维声波测井智能接收传感器研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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三维声波测井智能接收传感器研究

项目名称：三维声波测井智能接收传感器研究
项目类别：青年科学基金项目
批准号：61102102
申请代码：F010404
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2014-12-31

项目负责人：卢俊强
依托单位：中国石油大学（北京）
批准年度：2011

中文摘要：

国外已经开发出初步的三维声波测井技术，用以对井下地层进行径向、周向和轴向上的更准确地描述，国内在三维声波测井传感器研究方面还几乎是空白。现有声波测井仪器中接收声系与接收电路模块采用独立机械结构，二者之间没有有机地结合。这一方面容易引起传输噪声、降低接收信号质量，另一方面阵列化的接收换能器显著增加了仪器各部分之间的连线数量，增大了下井仪承压电气连接的难度。本课题研究一种三维声波测井智能接收传感器方案，将定向接收换能器阵列模块和匹配的电子线路集成化，是一种集传感器、模拟信号和数字信号处理、大容量存储、控制、接口、通信和电源调整等于一体的相对独立的小型化智能传感器单元。拟从机电耦合理论和机械边界条件出发，在换能器模块的结构设计、振动模式、灵敏度、工作频率范围、指向性等方面展开数值模拟和实验研究；仿真、设计与换能器模块匹配的电子线路和接口通信协议。通过该研究为三维声波测井仪器传感器的研发提供依据。

中文主题词：声波测井；传感器；换能器；集成化；电子系统

英文摘要：

acoustic logging；sensor；transducer；integration；electronic system

英文主题词： acoustic logging；sensor；transducer；integration；electronic system

结论摘要：

三维声波测井技术能够实现对井下地层进行径向、周向和轴向上的更准确地描述，国外已经研发出该项技术并逐步应用，国内正在开展三维声波测井方面的研究工作，而传感器的研究是三维声波测井研究的关键问题之一。现有声波测井仪器中接收声系与接收电路模块采用了独立的机械结构，二者之间没有有机地结合，这一方面容易引起传输噪声、降低接收信号质量，另一方面阵列化的接收换能器显著增加了仪器各部分之间的连线数量，增大了下井仪承压电气连接的难度。参考MEMS发展的技术思路，研究了三维声波测井智能接收传感器，这种传感器由多个声波换能器振子和匹配的电子线路集成为一体而构成，称为有源传感器，是一种集传感器、模拟信号和数字信号处理、大容量存储、控制、接口、通信和电源调整等于一体的相对独立的小型化智能传感器单元，这也是各类传感器在近年来发展的趋势，这种集成式的有源传感器可为三维声波测井接收声系的设计提供较好的解决方案。采用有限元软件包ANSYS 对振子进行数值模拟，在此基础上确定了振子的物理参数，形成振子结构的优化设计方案。依据优化的设计方案制作了振子，并在实验室内对所制作的振子进行了测量分析。在实验室测量结果与理论计算结果相对比的基础上确定了三维声波测井智能接收传感器所需的振子。对传感器匹配的电子系统进行了仿真，根据仿真结果设计并制作了对应的电子线路模块，电子系统实现了接收换能器输出信号的放大、滤波、同步采集、存储等功能。传感器单元通过多节点高速互联总线（HLB）进行互联，这种互联完全不增加连线的数量，仪器研究中传感器单元的数量可根据实际需要进行增减。在数值模拟研究的基础上结合对振子和匹配电子系统研究的结果设计制作了有源传感器单元，该传感器单元将45度分布的8片换能器振子和电子系统集成到承压密封金属筒上。传感器单元声学性能测试系统基于定位控制系统，该系统安装在一个5.0m×5.0m×4.0m的水池中，通过对各个方位换能器振子接收到波形的处理来评价接收传感器的带宽、灵敏度、一致性等特性。研究工作中取得的实验测试结果与数值计算的结果有比较好的一致性。

成果综合统计