测井深度实时校正高精度深度间隔发生装置及方法.pdf

测井深度实时校正高精度深度间隔发生装置及方法。能解决深度测量系统无法进行实时校正、系统误差大、对测井资料质量有影响以及后续处理的难度及工作量大的问题。与光电解码器连接的电平转换电路；与电平转换电路连接的脉冲信号处理电路及深度判向电路；与脉冲信号处理电路及深度判向电路连接的深度间隔计数器；与深度间隔计数器连接的触发信号计数器；与深度间隔计数器连接的多路选择控制器；与多路选择控制器连接的若干初值寄存器；与所述深度间隔计数器、触发信号计数器及多路选择控制器连接的时钟模块；与所述深度间隔计数器、触发信号计数器及多路选择控制器连接的复位电路；触发信号计数器与多路选择控制器连接。实时性好而且系统误差小。

1.  测井深度实时校正高精度深度间隔发生装置，其特征在于包括：
与光电解码器深度脉冲信号输出端连接的电平转换电路；
分别与电平转换电路输出端连接的脉冲信号处理电路及深度判向电路；
分别与脉冲信号处理电路及深度判向电路输出端连接的深度间隔计数器；
与深度间隔计数器输出端连接的触发信号计数器；
与深度间隔计数器输入端连接的多路选择控制器；
与多路选择控制器连接的若干初值寄存器；
分别与所述深度间隔计数器、触发信号计数器及多路选择控制器连接的时钟模块；
分别与所述深度间隔计数器、触发信号计数器及多路选择控制器连接的复位电路；
所述触发信号计数器的输出端与所述多路选择控制器的输入端连接；
其中：
电平转换电路，归一化光电编码器输出的A、B相深度脉冲信号，使其转换成TTL电平信号；
脉冲信号处理电路，对归一化后的深度脉冲信号进行滤波、信号倍频及电缆防抖处理；
深度判向电路，将归一化后的深度脉冲信号转换成深度方向信号；
深度间隔计数器，对深度脉冲信号进行计数生成计数信号；
触发信号计数器，采集和触发深度间隔计数器的计数信号生成跳变信号，并将跳变信号发送给所述多路选择控制器；
多路选择控制器，根据触发信号计数器的不同跳变信号，来决定将若干初值寄存器中的哪个初值寄存器的初值输出并装载给深度间隔计数器；
初值寄存器，用于寄存光电脉冲个数；
时钟模块，用于触发产生脉冲信号形成跳变；
复位电路，用于对系统进行复位。

2.   如权利要求1所述的测井深度实时校正高精度深度间隔发生装置，其特征在于：所述初值寄存器的个数为6个。

3.   如权利要求1所述的测井深度实时校正高精度深度间隔发生装置，其特征在于：所述脉冲信号处理电路包括4倍频电路。

4.   测井深度实时校正高精度深度间隔发生方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：电平转换，将光电编码器输出的A、B相深度脉冲信号进行归一化，使其转换成TTL电平信号；
步骤二：对深度脉冲信号分别进行滤波、电缆防抖处理和判向转换；
步骤三：对处理后的深度脉冲信号进行计数生成计数信号；
步骤四：采集和触发计数信号结合时钟模块生成跳变信号；
步骤五：根据不同的跳变信号，来决定将不同的初值装载给深度间隔计数器；
步骤六：测井结束后或重新开始时对系统进行复位。

测井深度实时校正高精度深度间隔发生装置及方法
技术领域
 本发明属于油田开采领域，涉及油田测井地面数据的采集，尤其是深度数据的采集，具体是测井深度实时校正高精度深度间隔发生装置及方法。
背景技术
在测井地面数据采集系统中，深度计数器与深度间隔发生器是必不可少的两个硬件功能单元，其中深度计数器的功能就是通过对测井绞车上的光电编码器输出的光电脉冲信号进行计数测量，从而实时记录井下仪器在井内的深度；然而由于电缆的形变、测量轮周长及井下仪器自重等因素的影响，深度计数器所测得的深度就会具有相当数值的偏差，为此目前的解决方案是采用测井软件进行实时校正或测后校正，以保证深度测量的准确性；深度间隔发生器是用来产生等深度间隔的触发信号，以便测井地面数据采集系统进行连续的等间隔的数据采集，但是深度间隔发生器无法通过测井软件进行实时校正，为此，目前的解决方法是采用一个自动重装载的减法计数器来尽可能的弥补，但会存在较大的系统误差，累计到一定程度就会产生较大地深度累计误差，同样采样间隔乘以每米的光电脉冲数不是整数时，也会产生深度累计误差，目前解决此问题的方法是，由测井软件对测得的测井数据进行后期处理来实现深度校正，但会对测井资料的质量有一定的影响；
而随着油田开发进入中后期，一些薄层小层也逐渐动用开发，这使得目前测井深度系统的测量精度根本无法达到要求，而且在点测时，需要深度系统具有实时校正功能才能完成，而深度系统具有实时校正功能后，如果深度间隔发生器不具备实时校正功能，也会极大的增加测井数据后处理的难度及工作量。
发明内容
为了解决目前深度测量系统无法进行实时校正、系统误差较大、对测井资料的质量有一定的影响以及后续处理的难度及工作量大的问题，本发明提出了一种简单可靠、精度高、实时性好、后续工作量小且各项技术指标均达到了测井数据采集对深度精度要求的深度间隔发生装置及方法，其具体技术方案如下：
测井深度实时校正高精度深度间隔发生装置，包括：
与光电解码器深度脉冲信号输出端连接的电平转换电路；
分别与电平转换电路输出端连接的脉冲信号处理电路及深度判向电路；
分别与脉冲信号处理电路及深度判向电路输出端连接的深度间隔计数器；
与深度间隔计数器输出端连接的触发信号计数器；
与深度间隔计数器输入端连接的多路选择控制器；
与多路选择控制器连接的若干初值寄存器；
分别与所述深度间隔计数器、触发信号计数器及多路选择控制器连接的时钟模块；
分别与所述深度间隔计数器、触发信号计数器及多路选择控制器连接的复位电路；
所述触发信号计数器的输出端与所述多路选择控制器的输入端连接；
其中：
电平转换电路，归一化光电编码器输出的A、B相深度脉冲信号，使其转换成TTL电平信号；
脉冲信号处理电路，对归一化后的深度脉冲信号进行滤波、信号倍频及电缆防抖处理；
深度判向电路，将归一化后的深度脉冲信号转换成深度方向信号；
深度间隔计数器，对处理后的深度脉冲信号进行计数生成计数信号；
触发信号计数器，采集和触发深度间隔计数器的计数信号生成跳变信号，并将跳变信号发送给所述多路选择控制器；
多路选择控制器，根据触发信号计数器的不同跳变信号，来决定将若干初值寄存器中的哪个初值寄存器的初值输出并装载给深度间隔计数器；
初值寄存器，用于寄存光电脉冲个数；
时钟模块，用于触发产生脉冲信号形成跳变；
复位电路，用于对系统进行复位。
所述初值寄存器的个数为6个。
所述脉冲信号处理电路包括4倍频电路。
测井深度实时校正高精度深度间隔发生方法，包括以下步骤：
步骤一：将光电编码器输出的A、B相深度脉冲信号进行归一化，使其转换成TTL电平信号；
步骤二：对归一化后的深度脉冲信号分别进行电缆防抖处理和判向转换；
步骤三：对处理后的深度脉冲信号进行计数生成计数信号；
步骤四：采集和触发计数信号结合时钟模块生成跳变信号；
步骤五：根据不同的跳变信号，来决定将不同的初值装载给深度间隔计数器；
步骤六：测井结束后或重新开始时对系统进行复位。
本发明的有益效果：利用触发信号计数器的跳变，来使多路选择控制器将不同的初值寄存器装载给深度间隔计数器，从而实现实时校正。在实践过程中发现，这种校正方法要比传统的后续校正方式降低系统误差，同时还减少了后续的工作量和繁琐的工作难度；本发明不仅具有高精度、可以提高深度采样精度的优点，还能大大减少深度数据后期处理的工作量，实时性好、结构简单、占用资源少，而且系统误差小，对测井资料的质量没有影响。
附图说明
图1为本发明的电路原理结构示意图；
图2为本发明的深度误差分析图；
图3为本发明中深度判向电路原理示意图；
图4为深度判向电路的输入输出波形示意图；
图5为本发明中采用2倍频电路原理示意图；
图6为2倍频电路输入输出波形示意图；
图7为本发明中采用4倍频电路原理示意图；
图8为4倍频电路输入输出波形示意图；
图9为本发明中多路选择控制器的工作原理流程图。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合图1-8对本发明作出进一步的说明：
实施例1：测井深度实时校正高精度深度间隔发生装置，包括：
与光电解码器深度脉冲信号输出端连接的电平转换电路；
分别与电平转换电路输出端连接的脉冲信号处理电路及深度判向电路；
分别与脉冲信号处理电路及深度判向电路输出端连接的深度间隔计数器；
与深度间隔计数器输出端连接的触发信号计数器；
与深度间隔计数器输入端连接的多路选择控制器；
与多路选择控制器连接的若干初值寄存器；
分别与所述深度间隔计数器、触发信号计数器及多路选择控制器连接的时钟模块；
分别与所述深度间隔计数器、触发信号计数器及多路选择控制器连接的复位电路；
所述触发信号计数器的输出端与所述多路选择控制器的输入端连接；
其中：
电平转换电路，归一化光电编码器输出的A、B相深度脉冲信号，使其转换成TTL电平信号；
脉冲信号处理电路，对归一化后的深度脉冲信号进行滤波、信号倍频及电缆防抖处理；
深度判向电路，将归一化后的深度脉冲信号转换成深度方向信号；
深度间隔计数器，对处理后的深度脉冲信号进行计数生成计数信号；
触发信号计数器，采集和触发深度间隔计数器的计数信号生成跳变信号，并将跳变信号发送给所述多路选择控制器；
多路选择控制器，根据触发信号计数器的不同跳变信号，来决定将若干初值寄存器中的哪个初值寄存器的初值输出并装载给深度间隔计数器；
初值寄存器，用于寄存光电脉冲个数；
时钟模块，用于触发产生脉冲信号形成跳变；
复位电路，用于对系统进行复位。
具体的，本装置在实践过程中由FPGA设计实现，对于深度间隔计数器、触发信号计数器及初值寄存器均采用12位，结合图1，初值0为原始深度采样间隔内的光电脉冲个数，初值2为消除3个初值0所产成的累计误差后的光电脉冲个数…初值8为消除3个初值6所产成的累计误差后的光电脉冲个数，初值10为消除前面所有深度间隔产生的深度累计误差后的光电脉冲个数。
对符号进行具体说明：Dep_A：光电编码器输出的A相深度脉冲信号；
Dep_B：光电编码器输出的B相深度脉冲信号；
Dep_2X：Dep_A与Dep_B经2倍频电路产生的2倍频深度脉冲信号；
Dep_4X：Dep_2X经过4倍频电路后产生的4倍频深度脉冲信号；
Dep_dir：Dep_A、Dep_B经过深度判向电路输出的深度方向信号；
iValx[11..0]：表示初值x寄存器的值；
iVal_Out[11..0]：初值多路选择控制器从六个初值寄存器中选出的一个初值输出；
D0 - D10：触发信号计数器的数据输出线；
fCount：fDepInt（深度间隔）所对应的精确深度脉冲数，float类型；
fKM：深度千米校正量：为抵消深度系统误差而每千米深度的校正值（米），float类型；
对于误差，结合图2，每2¹⁰（即1024）个深度间隔为一循环周期；在一个循环周期中，第1到第1023个深度间隔可分为五个区间，每个区间内深度累计误差最大均为±0.5*3=1.5个深度脉冲；每周期中的第1024个深度间隔应将前1023个深度间隔所造成的深度累计误差消除掉；这样第1024个深度间隔误差就可能较大，形成系统最大深度间隔误差；因此最大深度间隔误差Emax=5个区间的深度累计误差与第1024个深度间隔取整所产生的±0.5个深度脉冲误差的和；即Emax=±(5*1.5+0.5)*1000/iCPM = 8000/iCPM毫米，当iCPM=3600时，Emax=8000/3600=±2.22毫米；本发明中，每个循环周期对应的总深度fDepth=1024* fDepInt；若fDepInt =0.025米，则fDepth=25.6米；由本发明的工作原理可得，每周期最大深度累计误差为±0.5个深度脉冲；即25.6米最大深度累计误差Ecyc=±0.5*1000*(1+fKM/1000)/iCPM毫米；由于fKM/1000非常小，可以忽略，则Ecyc=±500/iCPM毫米；当iCPM为3600时，Ecyc=±500/3600=±0.14毫米；那么千米最大深度累计误差Ekm=1000*Ecyc/25.6=±5.42毫米；如果采用传统的或现有的方式来进行的话，那么深度间隔发生器千米最大深度累计误差Ekm=1000*0.5*40/3600=±5.56米；由此可见，由于本发明实现了实时校正功能，从而使得其可以高精度的、有效的减小深度累计误差。
实施例2：进一步的，在级差不变的前提下（本设计级差为2,即D0、D2、D4、D6、D8、D10），增加初值寄存器的最高级别（本设计为D10），可减小千米最大深度累计误差Ekm，但会增大深度间隔最大误差Emax且需增加初值寄存器的数量；而在最高级别不变的前提下，减小级差（级差为1，即D0、D1、D2、…、D10），可减小深度间隔最大误差Emax，而千米最大深度累计误差Ekm不变，但也需要增加初值寄存器的的数量；而提高光电编码器的每米脉冲数则对Ekm和Emax都能减小，效果最好；因此，所述初值寄存器的个数为6个较佳。
实施例3：进一步的，结合上述内容及图5-8，采用深度2倍频设计时，则Emax = 2.22/2 = 1.11毫米，Ekm = 5.42/2 = 2.71毫米，精度提高一倍；采用深度4倍频设计时，则Emax = 2.22/4 = 0.56毫米，Ekm = 5.42/4 = 1.36毫米，精度再次提高一倍；由此也可以确切得知，增大深度每米脉冲数是提高测量精度最有效的方法。在适应油田可信性的前提下，所述脉冲信号处理电路包括4倍频电路较佳。
实施例4：进一步的，本实施方式具体给出了本系统的工作方法，也是设计思路，具体内容如下：测井深度实时校正高精度深度间隔发生方法，包括以下步骤：
步骤一：电平转换，将光电编码器输出的A、B相深度脉冲信号进行归一化，使其转换为TTL电平信号；
步骤二：对归一化后的深度脉冲信号分别进行滤波、电缆防抖处理和判向转换；
步骤三：对处理后的深度脉冲信号进行计数生成计数信号；
步骤四：采集和触发计数信号结合时钟模块生成跳变信号；
步骤五：根据不同的跳变信号，来决定将不同的初值装载给深度间隔计数器；
步骤六：测井结束后或重新开始时对系统进行复位。
具体的，结合图9的流程内容，在时钟模块的触发下，循环该流程，进而从而实现不同初值的自动重装载。
对于各初值寄存器值的计算方式如下：
以深度每米脉冲数iCPM为3600，千米校正量fKM为3.7951米，深度间隔fDepInt为0.025米（即25毫米）为例，初值寄存器的设置值按以下方法计算；
其中iValx表示初值x寄存器的值；fErAx表示2^x个深度间隔点前深度累计误差，fErBx表示2^x个深度间隔后的深度累计误差。
fCount= fDepInt*iCPM/(1+fKM/1000) = 0.025*3600/（1+0.0037951）=89.65973；
fErA0 = 0；
iVal0 = (int)(fCount+0.5) = 90；
fErB0 = fErA0+(iVal0- fCount) = 0+90-89.65973 = 0.34027；
fErA2 = 3*fErB0 = 3*0.34027 = 1.02081；
iVal2 = (int) (fCount-fErA2+0.5) = (int)(89.65973-1.02081+0.5) = 89；
fErB2 = fErA2+(iVal2-fCount) = 1.02081+(89-89.65973) = 0.36108；
fErA4 = 3*(fErB2+fErB0) = 3*(0.36108+0.34027) = 2.10405；
iVal4 =(int) (fCount-fErA4+0.5) = (int)(89.65973-2.10405+0.5) = 88；
fErB4 = fErA4+(iVal4-fCount) = 2.10405+(88-89.65973) = 0.44432；
fErA6 = 3*(fErB4+fErB2+fErB0) = 3*(0.44432+0.36108+0.34027) = 3.43701；
iVal6 =(int) (fCount-fErA6+0.5) = (int)(89.65973-3.43701+0.5) = 86；
fErB6 = fErA6+(iVal6-fCount) = 3.43701+(86-89.65973) = -0.22272；
fErA8 = 3*(fErB6+fErB4+fErB2+fErB0) ；
= 3*(-0.22272+0.44432+0.36108+0.34027) = 2.76885；
iVal8=(int) (fCount-fErA8+0.5) = (int)(89.65973-2.76885+0.5) = 87；
fErB8 = fErA8+(iVal8-fCount) = 2.76885+(87-89.65973) = 0.l0912；
fErA10 = 3*(fErB8+fErB6+fErB4+fErB2+fErB0)；
= 3*(0.10912-0.22272+0.44432+0.36108+0.34027) = 3.09621；
iVal10=(int) (fCount-fErA10+0.5) = (int)(89.65973-3.09621+0.5) = 87；
fErB10 = fErA10+(iVal10-fCount) = 3.09621+(87-89.65973) = 0.43648；
    有益效果：降低了系统误差，同时还减少了后续的工作量和繁琐的工作难度；不仅具有高精度、可以提高深度采样精度的优点，还能大大减少深度数据后期处理的工作量，实时性好、结构简单、占用资源少，而且系统误差小，对测井资料的质量没有影响；有效的解决了目前深度测量系统无法进行实时校正、系统误差较大、对测井资料的质量有一定的影响以及后续处理的难度及工作量大的问题。