专利名称:微机声速测井自动防跳系统的制作方法本发明论及一种带有微机控制的石油地质勘探声速测井自动防跳系统。公众所知，无论怎样的声速测井，关键在于正确无误地捕捉到地层声波信号的首波时间，从而得出准确的声速时差△T的结果。但是由于各种因素的干扰(如电干扰、机械碰撞干扰等)，使时差测量产生跳动，当然，由于首波幅度过小检测不到而产生的周波跳跃也属这一类。这种跳动使记录的时差△T产生跳变异常。为了解决此类问题许多防跳方案相继问世。如窗口滤波电路、时差比较电路、跟踪延迟电路等等。它们的缺点是电路复杂、硬件多、效果不明显，并且比较窗口值是定值(△W＝20～22微秒)，不能根据当时测井实际地层而变动。这样，时差测井曲线的重复性和一致性是难以保证的。美国德莱赛(DRESSER)公司3600系列双发双收(补偿)声速测井仪就是采取这种方法。为了克服上述缺点，西安石油学院屈维章、张家田撰写一篇题为“单板机在声速测井仪的防跳电路中的应用”一文中，论述了在3600系列双发双收声速测井仪硬件电路的基础上，应用Z80-TP801单板机及其软件来完成防跳电路的记数、比较等功能，但是基础数据还是依靠上述电路，仍不准确。上述资料刊登在《测井技术》杂 一九八四年第六期中，其附图刊登在《测井技术》杂 一九七九年第四期增刊上。另外，美国斯仑贝谢(SCHLUMBERGER)公司生产的CSU-D型仪器中，其补偿效能由软件程序完成，其程序复杂，难以掌握。本发明的目的是提件一种既简单可靠，又易于普通专业人员掌握的自动防跳系统电路，即在现有的普通双发双收补偿声速测井仪的基础上，设计几级具有专用功能的电路，将接收到的声波信号规范化，准确地捕捉到表征声波传播时间的波形，便于检测出准确的声波时差防止不应有的记录跳变，提高测量值的重复性和一致性。本发明是这样实现的由声波远、近道信号自动切换电路、信号鑑别电压自动跟踪电路和信号首、次波时间检测与数据传送接口电路构成一完整的防跳系统，在远、近接收信号交替变换的实际测井中，在下井发射逻辑的控制下，由声波远、近道信号自动切换电路将远、近道信号分离，以便分别鑑别比较、放大;利用微机跟踪延迟脉冲驱动鑑别电压自动跟踪电路，使其输出的鑑别电压值始终跟踪接收信号首波幅度值按比例变化;为了防止在某一道信号首波时间无法检测到时而产生的周波跳跃，由信号首、次波时间检测电路及微机系统的数据传送接口电路处理后，同样能由两道信号的次波时间测得准确的时差。本发明的解决方案，以下结合附图1至3作进一步说明。有关专业人员熟知，当前声速测井仪选用的下井仪声系结构，均为双发双收井眼补偿型，远发与近发(亦称上发与下发)接收到的远近两道声波信号，均经地面仪的同一个放大器放大，送至同一电压比较器进行鑑别比较，以得到信号形成脉冲，这种电路结构的缺点是由于两道接收信号的幅度不同，采取同一电路进行处理与转换，难以得到比较满意的信号形成脉冲。本发明的远、近道信号自动切换电路工作原理如图1所示，在两道信号的“跟随器1”和“跟随器2”之后，加一双向“模拟开关3”，其“通”、“断”选择分别由下井发射逻辑脉冲控制，使加至“跟随器4”的仅是近道信号，而加至“跟随器5”的仅是远道信号。因此，只须调整“放大器6”和“放大器7”的不同放大倍数，就可以保证信号幅度衰减较大的远道信号幅度与信号幅度衰减较小的近道信号幅度相同或相近，以便鑑别比较提高测量精度;鑑别电压自动跟踪电路原理如图2所示(图中只示出近道，远道与此相同，不另附图与说明)，当双道信号自动切换后，近道信号经“放大器6”加至“门13”一输入端，“门13”的另一输入端同时输入由“微机CTC1-8”产生的近道跟踪延迟脉冲触发“延迟门I12”后输出的近延迟门I脉冲，这样，“门13”输出的包括首波在内的近道声波信号分别加至“低电平比较器16”、“高电平比较器17”和“门15”，与此同时，由“CTC1-8”产生的近道跟踪延迟脉冲触发“近道延迟门Ⅱ14”。使其输出近道延迟门Ⅱ脉冲，此脉冲也输至“门15”，选通出仅有近道首波的信号脉冲，经“跟随器22”、二极管V6，加至“电容器C2”进行脉冲展宽，积分成脉动直流电压，经“功放器23”后，由“电位器RP3”选取一定的电压比加至“高电平比较器17”，作为下一次测井信号到来时刻比较器的鑑别电压。可见，由此获得的鑑别电压值是随信号首波幅度的大小而按比例变化的，因而实现了比较器鑑别电压自动跟踪信号首波幅度的目的。最后，由比较器输出的近道声波信号分别通过“延迟单稳18”和“保持单稳19”、“门20”经“形成器21”形成近道信号形成脉冲;信号首、次波时间检测及微机系统的数据传送接口电路工作原理如图3所示(图中只示出近道，远道与此相同，不另附图与说明)，地面同步脉冲同时加至“首波时间形成器24”和“次波时间形成器26”，由近道鑑别跟踪电压比较出的近道信号形成脉冲分别输至“首波时间形成器24”和“分频器25”，此时“首波时间形成器24”输出的首波时间门脉冲经“反相器27”后，分别加至“8D锁存器34”和“8D锁存器35”的使能端G，而“分频器25”将近道首波信号形成脉冲二分频后加至“次波时间形成器26”，由“次波时间形成器26”输出的次波时间门脉冲经反相器28，分别加至“8D锁存器32”和“8D锁存器33”的使能端G，当频率为5兆赫的定时脉冲输至“与非门29”时，其输出填有0.2微秒脉宽的信号次波时间数加至串行“计数器30”(属低8位)和“计数器31”(属高8位)，然后并行输出至“8D锁存器32”和“8D锁存器33”。至此，由8D锁存器的功能表得知，当其输出控制端OUC为低电位、使能端G为高电位时，输出端Q保持输入端D的状态，因此，当次波时间门正脉冲加至“8D锁存器32”和“8D锁存器33”的使能端G时，“计数器30”和“计数器31”所计的次波时间数即加至“8D锁存器34”和“8D锁存器35”的输入D端，而“8D锁存器34”和“8D锁存器35”的输出控制端OUC分别被微机系统的地址口Y6和Y7所控制，使能端G则由首波时间门正脉冲控制，而微机程序编制的取数“中断”时间始终保证首波数在前、取次波数在后，这样，由两个地址口径“D0～D7”8位数据线即可将首波数和次波数的低8位与高8位送至内存的指定单元，以便整机各服务程序的运行和计祘。本发明所称的“微机声速测井自动防跳系统”，其优点在于上述三种电路以及数据传输接口电路是相互有机相连的完整系统，但又可根据不同信号特征要求进行分别引用，与现有技术相比，具有使声速测井时差记录准确、重复性好、稳定性好、电路结构简单、操作方便、容易掌握等优点。正如上文所述，信号输入部分采用远、近道信号自动切换电路后，使两道衰减不同的测井信号各自得到不同的放大倍数，尤其是井径扩大和薄互层较多的井段，不会因远道信号衰减大而检测不到首波时间，使测井曲线记录出现跳变;在选用了信号鑑别电压自动跟踪电路后，不但解决了远道信号人工难以调准鑑别电压的老问题，增强了仪器的防跳能力，使曲线具有良好的一致性和重复性，而且电路结构简单，操作方便，排除了人为因素对曲线质量的影响;信号首、次波时间检测电路及微机系统的数据传送接口电路的应用，进一步保证了在信号幅度很小，以致有一道信号首波时间检测不到时，可以保证用检测到的信号次波时间完成时差测量，由程序识别输出，再一次防止了测井曲线不应有的跳变。数据传送接口电路的特点在于保证在较少位数(8位)的数据线上，传送较多的位数(16位)两种不同数据的传送，并不影响测井速度。以下结合附图4至9所表示的实施例，对本发明作详细说明。
图4是远、近道信号自动切换电路图;
图5是远、近道信号自动切换电路工作波形时序图;
图6是信号鑑别电压自动跟踪电路图;
图7是信号鑑别电压自动跟踪电路工作波形时序图;
图8是信号首、次波时间检测及数据传送接口电路图;
图9是信号首、次波时间检测及数据传送接口电路波形时序图。
由图4(并参照图5)表示出由微机电路系统CTC1-7输出的周期为10毫秒的主控脉冲(图5的CTC1-7示出)，通过反向器D1(SN7404)加至由十进计数器连成的五分频器D2(SN7490)的B端，其QB端输出周期为50毫秒的正脉冲(由图5的D2-QB示出)去触发J-K触发器D3(SN7473)的时钟端CK，其J、K端接电源VCC(高电位)，Q端和
Q端分别输出上发射和下发射逻辑信号(由图5的D3-Q和D3-
Q示出)，又分别通过反相器D4(SN7404)和D5(SN7404)、二极管V3(IN914)和V4(IN914)加至放大器N8(MC1536)放大5倍，再由功放大器N9(823)输出后分别加至模拟开关N3(AD7512DI)的3、4端和信号变压器T2初级的中心抽头(由图5的N3-3、4示出)，由变压器T2的2、5端子经相应的电缆芯送至井下仪器，触发下井仪上、下发射器，向井壁发射声波信号。接收到的声波信号经相应的电缆芯馈送到变压器T1的1、3端子，经跟随器N1(LM302H)加至模拟开关N3的13端的声波信号则为上发射的远道信号和下发射的近道信号(由图5的N3-10示出)。当加至模拟开关N3的3、4端的发射逻辑电压输入时，在下发射时刻模拟开关N3的13端与14端相接通，10端与11端相接通，跟随器N4(LM302H)和N5(LM302H)分别接收的是近道信号和远道信号，而下发射时刻模拟开关N3的13端与12端接通，10端与9端接通，跟随器N4和N5分别接收的也是近道信号和远道信号，即放大器N6(LM313H)的输入端3接收到的测井信号永远保持为近道信号(由图5的N6-3示出)，而放大器N7(LM318H)的输入端3接收到的测井信号永远是远道信号(由图5的N7-3示出)，这就实现了远、近信号的自动切换，根据实际测井需要，可将放大器N7的放大倍数调至50倍，将放大器N6的放大倍数调至10倍即可，使远、近道信号经不同的放大后具有相同(或相近)的幅度，以利于后级电路的鑑别比较和检测，为防跳创造了条件。
由图6(并参照图7)表示出了经过放大的近道信号(由图7的N6-6示出)输至模拟开关D9(AD7512)的14端时，由微机程序控制从CTC1-8输出的近道跟踪延迟正脉冲(由图7的CTC1-8示出)同时触发双单稳态门D8(MC9602)的4端和12端，其6端输出一宽为1000微秒的延迟门工正脉冲(由图7的D8-6示出)，加至模拟开关D9的3端，由其选通后，其13端输出近道信号分别输给低电平比较器N10(LM319 1/2 )、高电平比较器N11(LM319 1/2 )、模拟开关D10(AD7512)的11端。比较器N10和N11俗称“双过零比较电路”，N10低电平比较电压一般固定在50～100毫伏的某一个值，以保证信号时间检测的准确，N11高电平比较电压要求高于干扰信号电压，并等于被检测信号幅度的90%为最佳，然而在实际测井过程中，因被检测的信号幅度随不同的地层而变化，所以比较器N11的高电平比较电压，即鑑别电压应随被检测的信号电压幅度变化而自动跟踪，当近道信号输至模拟开关D10的11端时刻，由双单稳态D8的10端输出的宽为100微秒的近延迟门Ⅱ正脉冲(由图7的D8-10示出)加在模拟开关D10的4端，由模拟开关D10选通出仅有近道信号首波的正信号(由图7的D10-10示出)，由跟随器N12(LM302)输出，经电容器C1(47微法)和二极管V6(2CK19)在电容器C2(0.022微法)上进行脉冲展宽，积分成脉动直流电压(由图7的N13-3示出，经跟随器N13(LM302)输出后由电位器RP3(100千欧)调节一定的电压比，加至高电平比较器N11)作为下一次测井信号到来时刻高电平比较
别电压，可见，这一电压的变化是跟随近道信号首波幅度变化而变化的，同理，也可以获得远道信号鑑别电压的跟踪。双单稳态D11(MC9602)和D13(MC9602)分别实现低电平比较信号的两次延迟和高电平比较信号的“保持”，经与非门D12(SN7400 1/2 )触发D13的11端，由D13的9端输出信号形成脉冲(由图7中D13-9示出)，供首、次波时间检测。
由图8(并参照图9)表示出当地面同步脉冲(由图9的D7-6示出)加至锁存器D14(SN74279 1/4 )和D17(SN74279 1/4 )的R端时刻(地面同步脉冲还将作为清零脉冲加至除2计数器D15、计数器D21、D22、D23、D24的清零端)，跟踪鑑别电压比较后形成的近道信号形成脉冲也加至锁存器D14的S端和除2计数器D15(SN7493)的A端，此时，锁存器D14的Q端则输出首波时间门脉冲，经反相器D18(SN7404 1/6 )反相后(由图9的D18-4示出)，同时加至三态的8D销存器D27(SN74373)和D28(SN74373)的使能端G。当次波时间门脉冲加至与非门D19(SN7404 1/6 )的5端和D20(SN7404 1/6 )的4端时，与非门D20的5端输入频率为5兆周(周期为0.2微秒)的标准时钟脉冲(由图9的D20-5示出)，其6端输出的则是在次波时间门内填有周期为0.2微秒的标准时钟脉冲个数，加至串行计数器D21、D22、D23、D24(均为SN74393 1/2 )进行计数(由图9的D21-1示出)，并行输出至8D锁存器D25(SN74373)和D26(SN74373)的对应D端，由于锁存器D25和D26的输出控制端OUC均接地，故只要它们的使能端G加入次波时间正脉冲时，次波时间数的低8位数和高8位数即可加至锁存器D27(SN74373)和D28(SN74373)，由于锁存器D27和D28的输出控制端OUC分别由地址口Y6和Y7控制，所以，只要它们的使能端G加入首波时间正脉冲时，首波时间数的低8位数和高8位数即可经数据线CPU“D0～D7”加至内存的指定单元，由于程序的设置始终保证两道首波数的取数“中断”在次波数的取数“中断”之前，故数据的运行，时差、孔隙度和累计时间的计祘，以及其辅助功能的发挥均能正常工作。


本发明在评述现行声速测井仪由于“防跳”性能不佳，致使声波时差(尤其是在信号衰减较大的井段)记录不准，曲线重复性差，现场操作不方便的基础上，提出了解决以上问题而设计的远、近道自动切换电路；信号鉴别电压自动跟踪电路；信号首次波时间检测及数据传送接口电路等组成的“防跳”系统。该系统电路结构简单，记录准确稳定、现场操作方便、性能价格比高，并在描述各电路的工作原理的基础上，叙述了本“防跳”系统在WS85型微机声速测井仪中的应用。