数字声波变密度声系的非线性温度补偿方法.pdf

本发明涉及一种数字声波变密度声系的非线性温度补偿方法，在声波变密度声系中埋设一个温度传感器，通过温度传感器对声系中的压电换能器进行随温度变化的特性测试，将结果存储在可插拔的芯片中，对声波变密度的波列信号进行数字化，通过埋设在声系中的温度传感器，将声系中的当前温度测量出来，根据声系温度特性表的校正数值对数字化后的波列数据进行温度校准，产生校正后的与环境温度无关的声波变密度波列数据，不需改变压电晶体换能器声系和对其进行温度性能的筛选，只需将声波变密度声系中的当前温度测量出来，通过预先校准得到的声系温度特性校准表内的校正系数，对声系中压电换能器随温度的变化进行温度补偿，消除声波变密度受温度的影响。

1.  一种数字声波变密度声系的非线性温度补偿方法，其特征在于：
首先在声波变密度声系中埋设一个温度传感器，通过温度传感器对声系中的压电换能器进行随温度变化的特性测试，并将结果存储在可插拔的EEPROM芯片中或者作为一个地面系统中的一个刻度文件存在，对声波变密度的波列信息进行数字化，通过埋设在声系中的温度传感器，将声系中的当前温度测量出来，根据声系温度特性表的校正数值对数字化后的波列数据进行温度校准，产生校正后的与环境温度无关的声波变密度波列数据。

数字声波变密度声系的非线性温度补偿方法
技术领域
本发明涉及一种用于解决石油地质勘探和金属矿藏勘测的声波变密度测井仪受温度影响的数字声波变密度声系的非线性温度补偿方法。
背景技术
声波变密度测井仪是根据声波信号的衰减幅度对固井质量进行评价一种测井仪器，因此对声系统在工作温度范围内的信号幅度稳定性要求严格。目前，声波类测井仪器使用的压电晶体换能器由于受温度的影响较大，由压电晶体换能器组装的声系要在井底温度达到155℃以上的高温下工作，因此使得声系发射的声波信号以及接收到的声波信号受温度的影响非常大。作为一种要根据声波信号的衰减情况来完成固井质量检查的测井仪器，如果传感器接收到的声波信号随温度变化将是致命的，如果不能够控制温度对声波信号幅度的影响将很难达到我们所期望的测井效果。因此，在声波变密度中对换能器的温度性能要求较高。但是，即便是经过严格的筛选也很难得到满意的合格换能器。
发明内容
本发明的目的是将声波变密度的声波信号转化成数字信号，在现有的压电晶体换能器组装成的声系中，不需要对压电晶体换能器进行温度性能的筛选，通过埋设在声系中的温度传感器，将声系中的温度测量出来，对声系中压电换能器随温度的变化进行温度补偿，从而消除声波变密度声系受温度的影响。
具体实现方法：
首先，对新制造完成的声波变密度声系或者制造声系用的压电晶体换能器进行反复几次的温度老化试验，使得用于温度校正的声系随温度变化的趋势成为一个稳定曲线，对埋在声系中的温度传感器进行标准化校正。
然后，对组装好的声系进行温度性能测试，通过外部加温装置对仪器全温度范围内进行加温，将声波变密度声系接收到的长、短道声波信号的首波幅度变化量的系数和相应的声系温度值记录下来，建立声系的温度特性对照表，将该表格作为特定声系的温度补偿参数存入井下仪器中的可插拔EEPROM芯片中(该EEPROM采用DIP封装，作为跟随声系的专有参数芯片)。
由于每只声系的温度特性成为已知的，井下仪器中的DSP首先读取存在EEPROM中的声系参数表，在进行声波变密度测井时，井下仪器根据测井时不断变化的声系温度数值，对采集到的数字化声波波列信号通过声系参数表中的校正系数进行校正。这样，由于温度变化造成的声波信号的变化就被校正了，从而从根本上消除了温度对声波变密度仪器的影响。
从上面可以看出，数字声波变密度声系的非线性温度补偿方法有两个关键步骤：一个是在仪器制造完成时，必须通过专门的加温装置对声系进行老化和声系温度特性表的标定。第二是声波波列信号的数字化，经过数字化后的声波波列信号与当前温度下声系温度特性表中的校正系数相乘，就得到了不受环境温度影响的声波变密度的声波波列。
附图说明
图1是变密度测井仪结构图
其中：1电子线路，2声系统，3温度探头。
图2是变密度测井仪在高温高压模拟井中的悬挂示意图
其中：1电子线路，2声系统，3温度传感器，4高温高压模拟井
图3是变密度探头随温度变化补偿前的变密度值
图4是变密度探头随温度变化补偿后的变密度值
具体实施方式
实施例
如图1、2所示，一种数字声波变密度的非线性温度补偿测井仪器，温度传感器3安装在声系统2中，其刻度和测井过程都由变密度电子线路1内的单片机控制。将一支新装好的声波变密度测井仪放在高温高压模拟井4中，首先将模拟井的温度反复从常温升到160℃对声系用的压电晶体换能器进行反复几次的温度老化试验。当压电晶体换能器进行温度老化试验后，仪器下发刻度命令对数字声波变密度进行刻度，整个过程都是由单片机自动记录完成。具体过程如下：
1、单片机将常温常压下的声系接收到的长、短道声波信号的首波幅度变化量的系数以及相应的声系温度值记录下，如图3所示；
2、将高温高压井温度升到160℃；
3、当单片机检测到温度传感器温度达到160℃时，单片机将160℃下的声波变密度声系接收到的长、短道声波信号的首波幅度值以及相应的声系温度值记录下；
4、将高温高压井降低温度；
5、当单片机检测到温度传感器温度达到150℃时，单片机将150℃下的声波变密度声系接收到的长、短道声波信号的首波幅度值以及相应的声系温度值记录下；
6、以此类推单片机分别记录下140℃，130℃。。。。。直到常温；
7、当单片机检测到温度传感器温度达到常温时，单片机将已经记录的高温下的变密度声系长、短道声波信号的首波幅度值读出来，分别与常温下的长短道首波幅度值进行对比产生幅度变化量的系数，并通过幅度变化量的系数建立声系的温度特性对照表，并将该表格作为特定声系的温度补偿参数存入井下仪器中的可插拔EEPROM芯片中；
8、至此刻度过程全部完成
仪器刻度完成后就可以测井了，以仪器进入目的层，在某一深度进行测井为例。具体过程如下：
1、仪器下井到达目地层后，由下向上进行测井；
2、单片机检测到探头温度(例如130℃)后，单片机读取EEPROM芯片中130℃的温度补偿系数，然后用补偿系数与所测得变密度值进行相乘得到变密度所测得130度的实际值，如图4所示；
3、仪器继续向上测井，测到下个点后，单片机检测到探头温度(例如120℃)后，单片机读取EEPROM芯片中120℃的温度补偿系数，然后用补偿系数与所测得变密度值进行相乘得到变密度所测得120度的实际值，如图4所示；
4、以此类推，仪器测完整个井段，并通过每个点的温度补偿系数将该点的变密度值进行校正，得到完整的校正后的曲线。