一种软件聚焦阵列侧向回控方法与流程

本发明涉及fpga技术及分布式网络架构下的数据同步技术，尤其涉及一种软件聚焦阵列侧向回控方法。

背景技术：

软件聚焦阵列侧向测井仪是一种新型高分辨率、多探测深度的阵列化仪器，是电阻率成像测井的主要设备之一，主要应用于复杂井况条件、复杂油气层识别和评价。它由一个主电极和一系列对称放置的聚焦电极进行地层测量，能同时提供6条不同探测深度的电阻率曲线，完成从地层侵入带电阻率到原状地层电阻率六种不同探测深度的视电阻率测量，用以研究地层间电阻率的变化；通过数学反演技术和能准确反映地下地层特征的二维地层模型，可得到更为准确的地层真电阻率rt，从而提高计算含油饱和度的准确性。

为了保证软件聚焦阵列侧向一次测井能同时完成6条电阻率测量，完成地层信息精细划分，关键要设计出软件聚焦阵列侧向电极系及与之对应的独立工作电流场。早期的高分辨率阵列侧向电流场控制通常采用硬件聚焦方式，通过控制主电流(a0电极发射主流i0)和屏流(其它屏蔽电极发射屏流ib)比值，实现电流场聚焦控制，它由主聚焦控制电路和一系列辅助聚焦控制电路构成，较好地完成了地层电阻率测量。但硬件聚焦方式不仅实现电路复杂，调试、故障判断、维修比较困难，同时，电流场控制采用硬件电路实现，一旦电路参数设定后，测井时不能根据井下地层信息状态实时调节，当地层电阻率变化动态范围足够大时，往往容易产生欠聚焦或过聚焦现象，尤其在地层电阻率(rt)远大于泥浆电阻率(rm)，即rt/rm>>100时，经常因过聚焦出现电流负值，产生测井曲线跳动现象，无法完成地层电阻率测量。

高分辨率阵列侧向软件聚焦以电场叠加原理为基础，主聚焦采用非聚焦电阻率测量原理，对各分电流场分别进行测量，通过数学运算，实现合成聚焦目的；辅助聚焦通过测量各监督电极(或采样电极)采样地层信号，经差分放大、程控增益放大、高精度a/d采样、fir、fft信号处理后，分别提取各频率分量的幅度值、相位差，通过一定的回控算法处理后，调整屏流输出信号大小，达到实现辅助聚焦控制目的。采用软件聚焦实现方法，不仅电路实现简单，调试维修方便，同时，根据提取相位可以准确判断仪器聚焦状态，实时调整井下仪器参数，避免了因电场控制原因产生欠聚焦或过聚焦现象。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种软件聚焦阵列侧向回控方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，这种软件聚焦阵列侧向回控方法，具体包括如下步骤：

1)构建高分辨率阵列侧向电极系，由1个主电极和12个对称放置的监督电极、12个对称放置的发射或接收电极共25个电极阵列组成，解决常规侧向分辨率低及不能清晰划分侵入剖面问题；

2)产生60hz、90hz、120hz、150hz、180hz、210hz、240hz共7种工作频率、正弦波信号源，信号输出幅度为10vac(有效值)正弦信号，加载到阵列侧向相应电极；

3)监督或采样电极采样地层电位差信号，进行差分放大；

4)差分放大信号经程控增益放大、a/d转换；

5)采样信号经fir、fft，提取各通道信号幅度、相位；

6)根据提取的地层信号幅度、相位，通过回控算法，产生回控信号，通过迭代公式和相应运算，生成反馈控制信号，叠加到原始7种频率信号源，形成新的发射信号源，加载到相应电极；

7)重复步骤2)—6)，直到监督或采样电极电位差低于设定的阀值。

本发明的有益效果为：可以准确判断阵列侧向电流场聚焦状态，实时调整井下仪器参数，解决了因电场控制原因产生的欠聚焦或过聚焦现象，可以获得更为准确的地层真电阻率。

附图说明

图1是本发明电流源加载示意图；

图2是本发明差分放大电路示意图；

图3是本发明信号幅度、相位差提取功能示意图；

图4是本发明辅助聚焦回控示意图；

图5是本发明辅助聚焦控制流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

1、可控多频信号加载。主控信号处理板产生60hz、90hz、120hz、150hz、180hz、210hz、240hz共7种频率信号，信号幅度为±10vac，经功率推挽放大后，同时加载到阵列侧向相应电极。其中，240hz恒流源加载到a0电极，210hz电流源加载到a1a1’电极，180hz电流源加载到a1a2和a1’a2’电极，150hz电流源加载到a2a3和a2’a3’电极，120hz电流源加载到a3a4和a3’a4’电极，90hz电流源加载到a4a5和a4’a5’电极，60hz电流源加载到a5a6和a5’a6’电极，如图1所示。

2、11路电位差差分放大。11路电位差差分放大包括主前置放大、辅前置放大、差分放大三部分。

主前置放大输出包括vm0n、vmo’n、vm0m1、vm0’m1’四组电位差,vm0n、vmo’n用于地层电阻率计算，vm0m1、vm0’m1’用于复合电场聚焦计算，实现各频率分量主流电场平衡。

辅前置放大输出包括vm2m3、vm4m5、vm2’m3’、vm4’m5’、va3a4五组电位差，主要用于辅助聚焦回控算法，实现辅助聚焦电场动态平衡。

主前置放大电路、辅前置放大电路采用承压设计方式，直接放置在主电极内部，提高信噪比，保证仪器测量精度。

差分放大输出包括va4a5、va5a6两组电位差，主要用于辅助聚焦回控算法，实现辅助聚焦电场动态平衡。

11路差分放大功能模块如图2所示。

3、多通道信号程控放大及采样。

对采集的18路信号(含7路电流信号)进行1、2、4、8、16、32、64、128倍程控增益放大，经16位高速、高精度a/d转换，形成18*16位数据，在通讯协议控制下，18*16位数据传送到信号处理模块。

4、18路信号幅度相位差提取。

18路信号幅度、相位差提取主要由2片fpga和dsp实现，主要包括以下4部分功能：

1)将输入一组时域信号滤波；

2)将输入后的时域数据(1024点)通过fft变换成频域信号；

3)在得到的一组频域数据中挑选出一个特定的频域点；

4)通过计算得出特定频域点的幅值和相位并输出这两个结果。

幅度、相位差提取功能模块图见图3。

5、回控算法实现。

提取的vm2m3、vm4m5、vm2’m3’、vm4’m5’、va3a4、va4a5、va5a6电压和对应的相位差，分别用于控制聚焦电流源输出大小。电流源控制示意图见图4，实现过程如下：

仪器工作包括7路通道，分别标识为通道ⅰ～通道vii，每个通道分别产生60hz、90hz、120hz、150hz、180hz、210hz、240hz共7种工作频率、正弦波信号，信号输出幅度为10vac(有效值)正弦信号，分别加载到如步骤1所说明的各电极上；

电极系阵列下放到地层中，加载在电极系上的电流源在地层中发散流动，经过地层电阻产生电位差，电极上的监督电极或采样电极采样地层电位差信号，通过电极内部前置放大电路，对地层电位差进行差分放大；

地层电位差信号经1/2/4/8/16/32/64/128倍程控增益放大、a/d采样后，在通讯协议的控制下，采样数据传输到信号控制处理电路，经降采、fir滤波、fft变换、相位/幅度计算，提取地层电位差幅度和相位值；

根据地层电位差幅度dv和相位，产生反馈回控信号vf，dv和对应频率的原始信号vi相乘产生反馈回控信号幅度，相位差决定回控信号和原来信号是加或减，dv>0相加，dv<0相减，具体公式为：△vf＝(+/-)dv*vi；

每次产生的回控信号通过迭代公式：vf(n+1)＝vf(n)+/-dv*vi和原始信号叠加，产生新的发射信号vout,vout＝vi+vf(n+1),当dv＝0时，回控过程结束。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。