煤礦井下隨鉆電磁波電阻率測(cè)井儀及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦井下隨鉆電磁波電阻率測(cè)井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤礦井下隨鉆電磁波電阻率測(cè)井儀及其測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦井下，目前的鉆孔鉆進(jìn)過(guò)程是:首先通過(guò)對(duì)區(qū)域地質(zhì)、地震、電法等資料的綜合研究，結(jié)合工程施工的要求設(shè)計(jì)出鉆孔軌跡，然后交由現(xiàn)場(chǎng)施工人員去實(shí)施。但是鉆前分析使用的資料具有很大的不確定性，往往會(huì)導(dǎo)致鉆進(jìn)過(guò)程中沿著設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)的鉆孔不能滿(mǎn)足瓦斯抽采及探放水的需求。而地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)的出現(xiàn)則有效解決了這一不足，地質(zhì)導(dǎo)向首先應(yīng)用在石油鉆井領(lǐng)域，是指在鉆進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)各種地質(zhì)資料，隨鉆測(cè)井及測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地調(diào)整井眼軌跡的測(cè)量控制技術(shù)。雖然地質(zhì)導(dǎo)向在石油領(lǐng)域應(yīng)用較好，但由于煤礦井下的特殊要求，石油地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)并不適用于煤礦井下。
[0003]電磁波電阻率測(cè)井是地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)中一種非常重要的技術(shù)手段，它是利用電磁波在介質(zhì)中的傳播效應(yīng)，測(cè)量電磁場(chǎng)的兩個(gè)特征參數(shù)(相位差和幅度比)的相對(duì)變化，來(lái)得到地層的電阻率，可以用來(lái)劃分地層和探查地質(zhì)異常體。目前，電磁波電阻率測(cè)井儀器及其測(cè)量方法在石油鉆井領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用，并創(chuàng)造了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益，但在煤礦井下鉆井領(lǐng)域，電磁波電阻率測(cè)井儀器及其測(cè)量方法，包括地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)還是個(gè)空白。而且，由于煤礦井下的特殊要求，例如:1)煤礦井下鉆孔孔徑一般較小，多采用Φ73πιπι以下鉆桿；2)煤礦井下儀器需要滿(mǎn)足MA要求。石油電磁波電阻率測(cè)井儀器及其測(cè)量方法并不能應(yīng)用在煤礦井下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種煤礦井下隨鉆電磁波電阻率測(cè)井儀及其測(cè)量方法
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明實(shí)施例提供一種煤礦井下隨鉆電磁波電阻率測(cè)井儀，該測(cè)井儀包括:電源電路模塊、發(fā)射模塊、接收預(yù)處理模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊；所述電源電路模塊分別與發(fā)射模塊、接收預(yù)處理模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊連接，所述發(fā)射模塊、接收預(yù)處理模塊均與接收預(yù)處理模塊連接。
[0005]上述方案中，所述電源電路模塊包括可充電鎳氫電池組、直流電壓變換電路，所述可充電鎳氫電池組與直流電壓變換電路連接；所述可充電鎳氫電池組輸出的直流電壓經(jīng)過(guò)隔離升壓或降壓，產(chǎn)生的電壓經(jīng)LDO穩(wěn)壓和兩級(jí)限壓限流后供給發(fā)射模塊、接收預(yù)處理模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊。
[0006]上述方案中，所述發(fā)射模塊包括DDS電路、功率放大電路、發(fā)射選擇網(wǎng)絡(luò)和兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈；所述DDS電路依次與功率放大電路、發(fā)射選擇網(wǎng)絡(luò)和兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈連接。
[0007]上述方案中，所述接收預(yù)處理模塊包括兩路接收線(xiàn)圈、兩路低噪聲前置放大電路、兩路混頻電路、DDS電路和兩路中頻信號(hào)濾波放大電路；每路的接收線(xiàn)圈依次與低噪聲前置放大電路、混頻電路、中頻信號(hào)濾波放大電路連接，所述DDS電路與兩路混頻電路連接；所述兩路中頻信號(hào)濾波放大電路包括程控放大電路和帶通濾波電路，兩路信號(hào)在經(jīng)過(guò)程控放大電路和帶通濾波電路后送入數(shù)字信號(hào)處理模塊。
[0008]上述方案中，所述數(shù)字信號(hào)處理模塊包括FPGA模塊、ADC模塊、DSP模塊、存儲(chǔ)模塊及通信模塊；所述FPGA模塊分別與ADC模塊、DSP模塊連接，所述存儲(chǔ)模塊及通信模塊與DSP模塊連接；所述ADC模塊接收兩路中頻信號(hào)濾波放大電路送來(lái)的信號(hào)，同時(shí)對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行AD采樣，后送入DSP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所述DSP模塊完成兩通道數(shù)據(jù)單精度浮點(diǎn)數(shù)FFT運(yùn)算、提取出相位差和幅度比后，將相位差和幅度比數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊上傳到孔口監(jiān)視器或者將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊。
[0009]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種煤礦井下隨鉆電磁波電阻率測(cè)井儀的測(cè)量方法，該方法為:電磁波電阻率測(cè)井儀收到孔口監(jiān)視器下達(dá)的測(cè)量命令后，兩路發(fā)射線(xiàn)圈交替輪流發(fā)射
0.3MHz~4MHz范圍內(nèi)2個(gè)特定頻率的電磁波信號(hào)，以它們交替完成一次發(fā)射為一個(gè)工作周期，每路發(fā)射線(xiàn)圈發(fā)射過(guò)程中，兩接收線(xiàn)圈同時(shí)接收經(jīng)地層傳播后的電磁波信號(hào)，通過(guò)兩路信號(hào)處理通道調(diào)理信號(hào)，測(cè)量幅度比和相位差，當(dāng)一個(gè)工作周期結(jié)束后，將測(cè)量結(jié)果上傳到孔口監(jiān)視器，經(jīng)過(guò)圖板反演，確定四組幅度比和相位差電阻率值，完成一次測(cè)量工作；重復(fù)上述測(cè)量改成，獲得深淺四條電阻率曲線(xiàn)。
[0010]上述方案中，該方法具體通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn):
1)開(kāi)始；
2)下達(dá)工作指令；
3)工作周期開(kāi)始；
4)發(fā)射線(xiàn)圈發(fā)射電磁波信號(hào)；
5)信號(hào)處理，測(cè)量幅度比和相位差；
6)判斷是否完成一個(gè)工作周期，是則進(jìn)入下一步，否則返回第4)步；
7)將測(cè)量值上傳到孔口監(jiān)視器；
8)根據(jù)圖板反演，生成電磁波電阻率曲線(xiàn)；
9)接收孔口監(jiān)視器指令，判斷是否繼續(xù)測(cè)量，是則返回第2)步，否則進(jìn)入下一步；
10)測(cè)量結(jié)束。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
1)本發(fā)明通過(guò)利用電磁波在介質(zhì)中的傳播效應(yīng)，測(cè)量電磁場(chǎng)的兩個(gè)特征參數(shù)(相位差和幅度比)的相對(duì)變化，它不依賴(lài)于井液作為傳導(dǎo)介質(zhì)，適用于干孔，分辨率較高，探測(cè)深度較大，得到的視電阻率較感應(yīng)測(cè)井、雙側(cè)向測(cè)井等在地層分界面上最為敏感，
2)本發(fā)明采用低功耗設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足MA要求，儀器外徑為Φ73mm，適用于煤礦井下大部分鉆孔的測(cè)量，可以用來(lái)劃分煤層和探查地質(zhì)異常體，并可與其他測(cè)井方法配合，共同完成地質(zhì)參數(shù)測(cè)量，構(gòu)成煤礦井下地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供一種煤礦井下隨鉆電磁波電阻率測(cè)井儀的連接框圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供一種煤礦井下隨鉆電磁波電阻率測(cè)井儀的測(cè)量方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]石油行業(yè)電磁波電阻率儀器通常外徑尺寸較大，在能滿(mǎn)足隨鉆強(qiáng)度要求的前提下可以在鉆鋌外壁刻槽，用來(lái)放置電路板。本發(fā)明提出的電磁波電阻率儀器為滿(mǎn)足煤礦井下大部分鉆孔的測(cè)量，設(shè)計(jì)儀器外徑為Φ 73mm，為滿(mǎn)足隨鉆強(qiáng)度要求，設(shè)計(jì)了一種測(cè)量短節(jié)，通過(guò)支架固定在鉆鋌中，測(cè)量短節(jié)為一密閉結(jié)構(gòu)，能夠承受12MPa水壓，其內(nèi)部放置電路板；在電路板設(shè)計(jì)上，選用小封裝芯片，多層板設(shè)計(jì)以減小電路板尺寸，節(jié)省空間。
[0015]本發(fā)明實(shí)施例提供一種煤礦井下隨鉆電磁波電阻率測(cè)井儀，
如圖1所示，該測(cè)井儀包括:電源電路模塊1、發(fā)射模塊2、接收預(yù)處理模塊3和數(shù)字信號(hào)處理模塊4 ;所述電源電路模塊I分別與發(fā)射模塊2、接收預(yù)處理模塊3和數(shù)字信號(hào)處理模塊4連接，所述發(fā)射模塊2、接收預(yù)處理模塊3均與接收預(yù)處理模塊3連接。
[0016]所述電源電路模塊I包括可充電鎳氫電池組11、直流電壓變換電路12，所述可充電鎳氫電池組11與直流電壓變換電路12連接；所述可充電鎳氫電池組11輸出的直流電壓經(jīng)過(guò)隔離升壓或降壓，產(chǎn)生的電壓經(jīng)LDO穩(wěn)壓和兩級(jí)限壓限流后供給發(fā)射模塊2、接收預(yù)處理模塊3和數(shù)字信號(hào)處理模塊4。
[0017]所述發(fā)射模塊2包括DDS電路21、功率放大電路22、發(fā)射選擇網(wǎng)絡(luò)23和兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈24 ;所述DDS電路21依次與功率放大電路22、發(fā)射選擇網(wǎng)絡(luò)23和兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈24連接；所述DDS電路21是數(shù)字式頻率合成器，用來(lái)產(chǎn)生發(fā)射的基準(zhǔn)頻率信號(hào)，產(chǎn)生信號(hào)的頻率和相位是通過(guò)DSP模塊43編程進(jìn)行控制。所述功率放大電路22采用D類(lèi)功率放大器，生成調(diào)諧所需的交流功率信號(hào)，經(jīng)發(fā)射選擇網(wǎng)絡(luò)23選擇調(diào)諧電容和發(fā)射線(xiàn)圈24，最后將電磁波功率信號(hào)發(fā)射到地層中，所述發(fā)射選擇網(wǎng)絡(luò)23由DSP模塊43編程進(jìn)行控制。
[0018]所述接收預(yù)處理模塊3包括兩路接收線(xiàn)圈31、兩路低噪聲前置放大電路32、兩路混頻電路33、DDS電路34和兩路中頻信號(hào)濾波放大電路35 ;每路的接收線(xiàn)圈31依次與低噪聲前置放大電路32、混頻電路33、中頻信號(hào)濾波放大電路35連接，所述DDS電路34與兩路混頻電路33連接；所述兩路中頻信號(hào)濾波放大電路35包括程控放大電路和帶通濾波電路，兩路信號(hào)在經(jīng)過(guò)程控放大電路和帶通濾波電路后送入數(shù)字信號(hào)處理