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石油仪器
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PETROLEUM INSTRUMIENIS
2014年2月
°仪器设备
新技术在电法勘探中的应用
庞恒昌吴锐
东方地球物理公司物探装备事业部西安物探装备分公司陕西西安
摘要:最新研制出的恒流时领电磁仪在体积、重量、成本大大降低,使我国有源大功率电磁勘探仪器取得了突破性的
发展,在设计中使用了长稳时钟技术和伪随机码等一些新颖技术,实现了多个时钟无误差的要求,确保采样率的稳定性和
准确性,保证了采集数据的有效性,使电磁勘探的精度、效率一致性、可靠性得到了提升,应用的范圆、领域得到了扩展
关键词:恒流发射;GPS;长稳时钟;伪随机码
中图法分类号:P631.4
文献标识码:B
文章编号:1004-9134(2014)01-0054-05
引言
发射系统
获取UTC时间
时频电磁勘探在石油、地质、煤炭、找水等领域
发命会?发射
据命合景
最盒xm變
发电机
广泛应用,有小功率人工场源,也有大功率人工场
系统主机
源;有恒压式发射源,也有恒流式发射源,恒流式发
入命令表
显示并保存信息
电极
射源仅有小功率系统(30kW以下)。随着石油工业
大地(A地与地相的几公星)
的发展,勘探方法的多样化、资料多元分析、综合解
使器伊感器埋入大
释越来越多的得到市场认可,尤其是大功率人工场源
ADC效
量低類板
法在石油劫探领域的应用随着资料处理、解释、勘探
戾令
S2?显示
方法、勘探设备等方面的提高,在地质构造、层位分
传感器传感埋入大地
ADC: ER
析、油水界面确定、井位标定等各种解释方面有着无
2低频板底层命令
生M?
可替代的作用。
传感警传感埋入大地
命令下
本文介绍了实现大功率恒流电磁仪的三大技术特
离极板层命1
点:恒流发射、长稳时钟及伪随机码在电法勘探中的
应用。
妇颗板有在务
电池和系能
1恒流发射
接收系统
图1电法探系统整体结构图
电法勘探由发射和数据接收采集两个独立的系统
组成,工作时两部分通常相距10km左右,整体结构
为了解决电法勘探仪器在使用中逆变电流随负载
如图1所示。
变化的波动、电压挡位少、体积庞大、成本高等问
目前大功率人工场源(120kW以上)仪器采用题。我们设计了轻便、稳流精度高(可达1%)、电流
恒压式供电,在这种供电方式下,由于电极的发热
可任意设置(10A~150A)、电压可连续自动调节
接地电阻产生很大变化,使得供电电流产生相应波
(100VAc~1000Vac)的恒流发电逆变系统,该系统
动,采集的数据一致性变差,给后期数据归一化处理在原来设备的基础上省去了变压器(150KW,重量1り、
带来一定的困难。另外由于勘探地区的不同,接地电
切换控制器等设备,使得恒流逆变系统仪器体积小
阻差异很大,想要满足一定的电流供电,就要求发射成本低,便于野外流动式作业
系统供电范固不但要宽,而且档位要多。由于大功率
恒流逆变系统由发电机、逆变整流、主控机、励
系统换档,不但变压成本高,而且设备庞大,不利于
磁控制几个部分构成一个闭环反馈电路,原理框图如
野外作业。
图2所示
第一作者简介:庞恒昌,男,1962年生,高级工程师,1983年毕业于西南石油学院物探专业,现在东方地球物理公可西安物探装备分公司,从
事技术研发工作。邮编:710077
2014年第28卷第1期
庞恒昌等;新技术在电法勘探中的应用
能否进行一次发射,覆盖更多的频点信息,是决
发电
「,7
定电法勘探效率的关键。
逆变
B
方波中包含基波频率、3次谐波频率、5次谐波…
频率等,但是其谐波幅度是按照1/3、1/5衰减的,能
1励磁控
驱动、控制
逆变
量是按照19、1/25衰减的。也就是说,发射机发出
方波,在测量端获得的其他频率点能量是迅速下降
的,难以做到发射一次,获得多个频点信息。
集、控制
如果采用传统方法,发射机发出1W的功率,绝
主控机
大多数功率出现在基波频点一一比如10Hz,试图在谐
图2恒流系统工作原理框图
波频点30Hz、50Hz、70Hz处获得信息,难度很大
因为在接收端接收到的这些频点的能量已经非常微弱。
大功率恒流发射系统所使用的发电机与普通发电
在大功率恒流电磁仪系统中,我们为了增强系统
机的根本区别在于其输出电压不是恒定值,一但设置
的抗干扰能力,提高系统的信噪比和施工效率,在仪
好励磁电压(即发射电流),发电机的输出电压随负
器设计中,增加了伪随机码扫频
载的变化自动调节,确保负载输出的电流恒定,调节
伪随机码的关键好处在于,当伪随机码最小周期
范围100VAC~1000VAC,最大输出功率120kW。
(△tり、随机码长度周期N、采样率等参数匹配合适时,
在工作前设置好励磁电位(工作电流),系统工
次发射即可包含多个频率信息,且诸波能量的衰减
作时,电流传感器将三相取样电流和、v、与主控很小。当它的最小周期为100m,它可以使得10Hz、
机设置的励磁电压不断进行调整。励磁调节流程30Hz、50Hz、70Hz等频点的功率大致相同一一细致
控制原理如图3所示。
的频谱分析可以显现这个特点。这样,就可以做到
电流检测
次发射,获得多个频点的能量信息,而且这些能量都
励磁电位给定
例积分
可控硅
足够大,足以让远端测測量设备分辨,自然就提高了效率。
比较相触
伪随机码的种类很多,电法勘探中常用m序列
实现
取样反
电流取样
m序列为随机码的产生
图3励磁调节控制工作原理框图
移位寄存器序列可以很方便的通过一个线性反馈
移位寄存器得到如图4所示。
其中
mr是励磁电流设置电位;
Ⅴ是负载反馈电位
U是U相电流反馈信号;
是V相电流反馈信号
输出
w是W相电流反馈信号。
时钟
负载电流通过霍尔传感器测量后,回馈到励磁控
制器,经过积分运算后与电流给定信号进行比较,若
图4n级线性反馈移位寄存器
负载增大,发电机电流下降,励磁控制器里的移相触
图4中a1、…、k、an-1、an分别表示各寄存器的
发脉冲前移,增加可控硅的导通时间,使励磁电流增
状态;c分别表示各寄存器反馈线的状态,可以拥有
大,发电机输出电压升高,负载电流上升,反之发电
反馈也可以没有反馈,这些状态值经过模2运算后又
机电压降低,电流下降,确保逆变输出电压随负载电
通过co反馈到移位寄存器a1的输人端;时钟控制移位
阻的变化而变化,从而维持发电机输出负载电流恒定
寄存器的时序;an的输出端即得到移位寄存器序列。
因此,知道某时刻各级的状态a1、…、ak、an-1、an和
2伪随机码
反馈线c的状态,移位寄存器序列下一时刻的输入状
态c