应用于随钻方位测井仪的全息测井方法和发射接收电路

摘要

本发明涉及随钻方位测井仪技术领域，尤其是提供了应用于随钻方位测井仪的全息测井方法和发射接收电路。该方法包括根据接收信号函数分别确定共面天线和异面天线的感应电动势，根据感应电动势确定参数变量，并由参数变量确定感应电动势的全部分量；根据感应电动势的全部分量确定磁场强度张量H，该方法在对油气地层进行勘探时，通过共点全息天线，简化了测量数据的联合处理过程，提高了仪器的性能，实现了全分量测量的功能，并紧凑化设计测井仪的结构；优化了其中的电子线路的布局，节省了占用空间，提高了数据处理的稳定性和准确性，真实、

权利要求

1.一种应用于随钻方位测井仪的全息测井方法，其特征在于，所述方法基于共点全息天线，所述共点全息天线包括一组共面倾斜交叉接收天线和一组异面倾斜交叉发射天线，两组天线的组合包括共面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线、共面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线、异面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线和异面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线四种发射‑接收通道；所述四种发射‑接收通道联合测量，用于进行全分量测量；所述方法包括：步骤一、设定单发单收天线模型，则单元仪器的接收信号函数 为：；

其中，发射磁矩MT与仪器轴的夹角为θT，发射磁矩面与 面的夹角为 ，发射磁矩的幅度为1；接收磁矩MR与仪器轴的夹角为θR，接收磁矩面与 面的夹角为 ，接收磁矩的幅度为1；发射磁矩面为发射磁矩与仪器轴形成的面；接收磁矩面为接收磁矩与仪器轴形成的面；

步骤二、根据步骤一中的接收信号函数 确定共面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线的感应电动势 以及共面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线的感应电动势 ；

步骤三、根据步骤二中的感应电动势 和 ，确定共面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线和共面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线的信号和以及信号差 ；

步骤四、根据步骤三中的信号和 ，确定参数变量 ；以及根据步骤三中的信号差 ，确定参数变量；

步骤五、根据步骤一中的接收信号函数 ，确定异面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线的感应电动势 以及异面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线的感应电动势 ；

步骤六、根据步骤五中的感应电动势 和 ，确定异面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线和异面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线的信号和以及信号差 ；

步骤七、根据步骤六中的信号和 ，确定参数变量 ；以及根据步骤三中的信号差 ，确定参数变量；

步骤八、根据步骤四中的参数变量 和参数变量；以及步骤七中的参数变量 和参数变量 ，确定感应电动势的全部分量V；

步骤九、根据步骤八中的感应电动势的全部分量V，确定磁场强度张量H；

，将其代入接收信号函数 ，确定感应电动势的公式为：

；

， ，将其代入接收信号函数 ，确定感应电动势 的公式为：

；

将感应电动势 和 相加，确定所述信号和 的公式为：

；

将感应电动势 和 相减，确定所述信号差  的公式为：

；

， ，将其代入接收信号函数 ，确定感应电动势的公式为：

；

， ，将其代入接收信号函数 ，确定感应电动势的公式为：

；

将感应电动势 和 相加，确定所述信号和的公式为：

；

将感应电动势 和 相减，确定信号差 的公式为：

；

所述根据步骤八中的感应电动势的全部分量V，确定磁场强度张量H，包括：所述感应电动势的全部分量V与磁场强度张量H的转换公式为：；

其中，为虚部单位， 为角频率， 为真空磁导率，S为接收线圈的面积，N为接收线圈的匝数；

将共点全息天线测量组合单元的4种天线组合进行联立求解，感应电动势的全部分量V的矩阵式为：；

磁场强度张量H的矩阵式为：

；

；

；

；

；

；

；

其中， ； ； ； ；

； ； 为各向异性系数； 为地层水平电导率； 为地层垂直电导率； 为发射线圈和接收线圈间距离； 为角频率； 为磁导率。

2.一种应用于随钻方位测井仪的发射接收电路，其特征在于，所述电路包括：控制电路模块（1）、发射电路模块（2）、信号采集电路模块（3）、发射天线（4）、接收天线（5）；

所述控制电路模块（1）包括数字信号处理器（DSP）（11）、直接数字频率合成电路（12）、电压调幅电路（13）；所述发射电路模块（2）包括单片机（MCU）（21）、前置放大电路（22）、多路复用器（23）、全桥电源电压控制电路（24）、驱动放大电路（25）、全桥功率放大电路（26）、阻抗匹配电路（27）；所述发射天线（4）包括轴向发射天线T1、轴向发射天线T2、倾斜45°发射天线T4、异面倾斜交叉发射天线T3和异面倾斜交叉发射天线T5；所述接收天线（5）包括轴向接收天线R1、轴向接收天线R2、倾斜+45°接收天线R3、倾斜‑45°接收天线R5、共面倾斜交叉接收天线R4和共面倾斜交叉接收天线R6；

所述数字信号处理器（11）通过SPI总线向发射电路模块（2）发送控制命令，通过串行通信接口SCI总线向信号采集电路模块（3）发送控制命令，同时SCI总线接收信号采集电路模块（3）采集的数据，通过发射电路模块（2）和信号采集电路模块（3）根据控制命令对各模块进行配置；

数字信号处理器（11）向控制电路模块（1）内直接数字频率合成电路（12）、电压调幅电路（13）发送控制信号，直接数字频率合成电路（12）根据控制信号产生100kHz、400kHz、2MHz三种频率且相位可控正弦信号，电压调幅电路（13）根据控制信号将正弦信号放大到指定的电压幅值。

3.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1所述的应用于随钻方位测井仪的全息测井方法。

4.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，所述一个或多个计算机程序包括指令，当所述指令被所述设备执行时，使得所述设备执行权利要求1所述的应用于随钻方位测井仪的全息测井方法。

说明书

应用于随钻方位测井仪的全息测井方法和发射接收电路

技术领域

[0001] 本发明涉及随钻方位测井仪技术领域，尤其涉及一种应用于随钻方位测井仪的全息测井方法和发射接收电路。

背景技术

[0002] 随钻测井与钻井导向工具的结合催生了地质导向技术。地质导向技术的基本思想是边钻进、边探测、边转向，使井眼沿着最佳的轨迹钻进，随钻测井在地质导向中起着“边探测”的作用。因地质导向技术可大幅提高油气钻探开发效益，大幅提高油气资源开采率，因此其成为了现代油气钻探和开发的核心技术。随着地质导向技术的快速发展，随钻测井的地质导向功能逐步加强，例如地层界面探测、远探、前视等功能，已开始突破了传统测井的需求。随钻方位电阻率测井仪在测量地层电阻率的同时，又可以探测地层界面，是一种重在满足地质导向功能，同时兼顾地层评价功能的随钻测井仪器。

[0003] 随钻方位电阻率测井仪从上个世纪80年代左右出现，最开始是为了测量地层电阻率，获得地层信息，到国外三大测井服务公司逐渐开发出测量地层电阻率与探测地层界面的随钻方位电阻率测井仪器。如今，对随钻方位电阻率测井仪的功能要求，不仅要实现地层电阻率、地层界面信息、还要求能够判断地层的各向异性，而且要求的探测精度高，探测距离远，因对其要求的功能复杂，在物理方法、探头概念、机械结构、电子线路和数据处理等多方面都提出了新的挑战，例如，传递信号时会受到干扰以及处理信号时会受到先验条件的制约。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种应用于随钻方位测井仪的全息测井方法和发射接收电路，在对油气地层进行勘探时，用以实现全分量测量的功能，并紧凑化设计测井仪的结构，优化电子线路的布局，节省占用空间，提高数据处理的稳定性和准确性。

[0005] 第一方面，本发明提供了一种应用于随钻方位测井仪的全息测井方法，所述方法基于共点全息天线，所述共点全息天线包括一组共面倾斜交叉接收天线和一组异面倾斜交叉发射天线，两组天线的组合包括共面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线、共面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线、异面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线和异面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线四种发射‑接收通道；所述四种发射‑接收通道联合测量，用于进行全分量测量；所述方法包括：

[0006] 步骤一、设定单发单收天线模型，则单元仪器的接收信号函数 为：

[0007] ；

[0008] 其中，发射磁矩MT与仪器轴的夹角为θT，发射磁矩面与与 面的夹角为∅T，发射磁矩的幅度为1；接收磁矩MR与仪器轴的夹角为θR，接收磁矩面与与 面的夹角为∅R，接收磁矩的幅度为1；发射磁矩面为发射磁矩与仪器轴形成的面；接收磁矩面为接收磁矩与仪器轴形成的面；

[0009] 步骤二、根据步骤一中的接收信号函数 确定共面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线的感应电动势 以及共面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收
天线的感应电动势 ；

[0010] 步骤三、根据步骤二中的感应电动势 和 ，确定共面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线和共面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线的信号和以及信号差 ；

[0011] 步骤四、根据步骤三中的信号和 ，确定参数变量 ；以及根据步骤三中的信号差 ，确定参数变量
；

[0012] 步骤五、根据步骤一中的接收信号函数 ，确定异面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线的感应电动势 以及异面倾斜发射天线‑倾斜负方向接
收天线的感应电动势 ；

[0013] 步骤六、根据步骤五中的感应电动势 和 ，确定异面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线和异面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线的信号和以及信号差 ；

[0014] 步骤七、根据步骤六中的信号和 ，确定参数变量 ；以及根据步骤三中的信号差 ，确定参数变量
；

[0015] 步 骤 八 、根 据 步 骤 四 中 的 参 数 变 量 和参 数 变 量；以及步骤七中的参数变量 和参数
变量 ，确定感应电动势的全部分量V；

[0016] 步骤九、根据步骤八中的感应电动势的全部分量V，确定磁场强度张量H。

[0017] 可选地， ，将其代入接收信号函数 ，确定感应电动势 的公式为：

[0018] ；

[0019] ， ，将其代入接收信号函数 ，确定感应电动势 的公式为：

[0020] 。

[0021] 可选地，将感应电动势 和 相加，确定所述信号和的公式为：

[0022] ；

[0023] 将 感应电 动 势 和 相 减，确定 所 述信 号 差的公式为：

[0024] 。

[0025] 可选地， ， ，将其代入接收信号函数 ，确定感应电动势 的公式为：

[0026] ；

[0027] ， ，将其代入接收信号函数 ，确定感应电动势 的公式为：

[0028] 。

[0029] 可选地，将感应电动势 和 相加，确定所述信号和的公式为：

[0030] ；

[0031] 将感应电动势 和 相减，确定信号差的公式为：

[0032] 。

[0033] 可选地，所述根据步骤八中的感应电动势的全部分量V，确定磁场强度张量H，包括：

[0034] 所述感应电动势的全部分量V与磁场强度张量H的转换公式为：

[0035] ；

[0036] 其中， 为虚部单位， 为角频率， 为真空磁导率，S为接收线圈的面积，N为接收线圈的匝数。

[0037] 第二方面，本发明提供了一种应用于随钻方位测井仪的发射接收电路，所述电路包括：控制电路模块、发射电路模块、信号采集电路模块、发射天线、接收天线；

[0038] 所述控制电路模块包括数字信号处理器（DSP）、直接数字频率合成电路、电压调幅电路；所述发射电路模块包括单片机（MCU）、前置放大电路、多路复用器、全桥电源电压控制电路、驱动放大电路、全桥功率放大电路、阻抗匹配电路；所述发射天线包括轴向发射天线T1、轴向发射天线T2、倾斜45°发射天线T4、异面倾斜交叉发射天线T3和异面倾斜交叉发射天线T5；所述接收天线包括轴向接收天线R1、轴向接收天线R2、倾斜+45°接收天线R3、倾斜‑45°接收天线R5、共面倾斜交叉接收天线R4和共面倾斜交叉接收天线R6。

[0039] 可选地，所述数字信号处理器通过SPI总线向发射电路模块发送控制命令，通过SCI总线向信号采集电路模块3发送控制命令，发射电路模块和信号采集电路模块根据控制命令对各模块进行配置；

[0040] 数字信号处理器向控制电路模块内直接数字频率合成电路、电压调幅电路发送控制信号，直接数字频率合成电路根据控制信号产生100kHz、400kHz、2MHz三种频率且相位可控正弦信号，电压调幅电路根据控制信号将正弦信号放大到指定的电压幅值。

[0041] 第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行第一方面或第一方面任一可能的实现方式中的应用于随钻方位测井仪的全息测井方法。

[0042] 第四方面，本发明提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，所述一个或多个计算机程序包括指令，当所述指令被所述设备执行时，使得所述设备执行第一方面或第一方面任一可能的实现方式中的应用于随钻方位测井仪的全息测井方法。

[0043] 本发明提供的技术方案中，该方法包括根据接收信号函数分别确定共面天线和异面天线的感应电动势，根据感应电动势确定参数变量，并由参数变量确定感应电动势的全部分量；根据感应电动势的全部分量确定磁场强度张量H，该方法在对油气地层进行勘探时，通过共点全息天线，简化了测量数据的联合处理过程，提高了仪器的性能，实现了全分量测量的功能，并紧凑化设计测井仪的结构；优化了其中的电子线路的布局，节省了占用空间，提高了数据处理的稳定性和准确性，真实、有效地呈现了探测地层的地层电阻率、地层界面方位、地层各向异性。

附图说明

[0044] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

[0045] 图1为本发明实施例提供的一种现有随钻方位测井仪天线结构的示意图；

[0046] 图2为本发明实施例提供的另一种现有随钻方位测井仪天线结构的示意图；

[0047] 图3为本发明实施例提供的另一种现有随钻方位测井仪天线结构的示意图；

[0048] 图4a为本发明实施例提供的另一种现有随钻方位测井仪天线结构的示意图；

[0049] 图4b为本发明实施例提供的另一种现有随钻方位测井仪天线结构的示意图；

[0050] 图5为本发明实施例提供的随钻方位测井仪天线结构的示意图；

[0051] 图6为本发明实施例提供的另一随钻方位测井仪天线结构的示意图；

[0052] 图7为本发明实施例提供的一种全息测井方法的流程图；

[0053] 图8为本发明实施例提供的随钻方位测井仪天线结构的理论示意图；

[0054] 图9为本发明实施例提供的一种发射接收电路的示意图；

[0055] 图10为本发明实施例提供的控制电路模块的原理示意图；

[0056] 图11为本发明实施例提供的发射电路模块的原理示意图；

[0057] 图12为本发明实施例提供的信号采集电路模块的原理示意图；

[0058] 图13为本发明实施例提供的电压调幅电路的原理示意图；

[0059] 图14为本发明实施例提供的全桥功率放大电路的原理示意图；

[0060] 图15为本发明实施例提供的阻抗匹配电路的原理示意图；

[0061] 图16为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。

具体实施方式

[0062] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0063] 应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0064] 在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

[0065] 应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，甲和/或乙，可以表示：单独存在甲，同时存在甲和乙，单独存在乙这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0066] 取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测（陈述的条件或事件）”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测（陈述的条件或事件）时”或“响应于检测（陈述的条件或事件）”。

[0067] 随钻方位测井仪中基本概念的发展概括如下：

[0068] 早期（1990年以前），随钻方位测井仪只测量地层电阻率。测量的信号只有z方向的发射和接收。

[0069] 中期（1990年‑2010年代），随钻方位测井仪既要求测量地层电阻率，又要求探测地层界面。仪器测量信号既要有z方向的发射和接收，又要有反应地层界面的信号，如z方向发射‑x方向接收。

[0070] 近期（2010年以后），随钻方位测井仪既要求测量地层电阻率，又要求探测地层界面，同时需要探测地层各向异性。仪器测量信号既要有z方向的发射和接收，又要有反应地层界面的信号z方向发射‑x方向接收，同时要有反应各向异性信号，即多个不同方向组合的测量。各向异性理想的测量信号是由全部九个方向组合的张量 。我们把能同时测量张量的九个分量的仪器称为三维全息仪器。到目前为止，如图1所示，只有斯伦贝谢的测井仪能同时测量到张量的九个分量，但是它的九个分量来自不同的发射‑接收距离（称为源距），其中R11、R12、R13、R14表示接收天线，R13、R14与仪器轴线方向呈45°倾斜；
T11、T12、T13、T14、T15、T16为发射天线，相邻两天线的间距分别为22in、12in、12in、13in、
6in、9.5in、9.5in、12in、22in，其中in表示英寸。

[0071] 图2为本发明实施例提供的另一种现有随钻方位测井仪天线结构的示意图，如图2所示，该随钻方位测井仪为法国斯伦贝谢公司的测井仪，其中，R21、R22、R23、R24表示接收天线，其中R23、R24与仪器轴线方向呈45°倾斜，并且R23与R24呈异面90°；T21、T22、T23、T24、T25、T26为发射天线，相邻两天线的间距分别为22in、12in、12in、13in、6in、9in、10in、12in、22in，水平（X）发射‑轴向（Z）接收组合的方位测量可以解析出 和 ；轴向（Z）发射‑共面斜向接收组合的方位测量可以解析出 、 和 ；水平（X）发射‑共面斜向接收组合的方位测量可以解析出 、 、 和 ；水平（X）发射‑异面斜向接收组合的方位测量可以解析出 、 、 和 。联合起来可以解析获得张量的全部九个分量。
我们把这种由多种发射‑接收组合，联合起来测量到张量的九个分量的仪器称为不共点。不共点的测量数据联合处理时非常不方便，追求共点是我们仪器设计的挑战之一。

[0072] 图3为本发明实施例提供的另一种现有随钻方位测井仪天线结构的示意图，如图3所示，该随钻方位测井仪为中国海洋石油的测井仪，其中，T31和T36均为Z方向发射天线（Z发），T32和T33均为倾斜发射天线（斜发），R31和R32均为Z方向接收天线（Z收），R33和R34均为倾斜接收天线（斜收），T33‑ R34（T32‑R33）测量组合，源距为96in，斜发‑斜收, 其方位测量数据可能解析出 、 和 ；T31‑ R34（T36‑R33）测量组合，源距为82in，Z发‑斜收, 其方位测量数据可解析出 、 和 ；T32‑R32 (T33‑ R31) 测量组合，源距为32in，斜发‑Z收，其方位测量数据可解析出 、 和 。所有测量组合联合起来还没能够解析获得张量的全部九个分量。应用测量到张量的九个分量中的多个分量，并通过反演等信号处理手段获取各向异性信息，但因没有得到张量的全部九个分量，信号处理时总是受到一些先验条件等制约。

[0073] 本发明实施例中，如图4a所示，该随钻方位测井仪为贝克休斯的测井仪，其中R41、R42表示轴向接收天线，RH1、RH2表示横向接收天线，T41、T42、T43、T44为轴向发射天线；如图4b所示，该随钻方位测井仪为胜利钻井院的测井仪，其中R51、R52表示轴向接收天线，RC表示横向接收天线，T51、T52、T53、T54、T55为轴向发射天线，该测井仪的主要发射‑接收组合为轴向发射‑轴向接收，以及轴向发射‑水平方向接收，这两种发射‑接收组合的方位测量数据只能解析出 ， 和 ，只是张量的九个分量中的三个，所以仪器只有地层电阻率测量功能和地层界面探测功能。

[0074] 现有的正弦波射频信号产生方式主要为锁相环频率合成方式和微处理器分频滤波方式，锁相环频率合成方式的电路设计和实现相对复杂，由此更加占用空间，并且微处理器分频滤波方式合成的正弦波射频信号拥有较低的稳定性和准确性。为了满足仪器可以在薄互层、断块、等复杂的油气地层的勘探，三维共点全息天线的设计需要更加紧凑不占用空间而且性能足够合适的电路配套设计。

[0075] 图5为本发明实施例提供的随钻方位测井仪天线结构的示意图，如图5所示，共点全息天线测量组合单元组成为：T1和T2均为轴向发射天线，T4为倾斜45°发射天线，T3和T5均为异面倾斜交叉发射天线，R1、R2为轴向接收天线，R3为倾斜+45°接收天线，R5为倾斜‑45°接收天线，R4和R6均为共面倾斜交叉接收天线，T3‑R6，源距为96in，为共面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线；T3‑R4，源距为96in，为共面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线；
T5‑R6，源距为96in，为异面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线；T5‑R4，源距为96in，为异面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线。相邻两天线的间距分别为：20in、18in、16in、8in、
16in、18in、20in，图中的96in、78in、38in、20in表示不同发射‑接收天线之间的源距。

[0076] 本发明实施例中，该随钻方位测井仪的功能包括：测量地层电阻率（20in源距‑8in间距，38in源距‑8in间距，87in源距‑18in间距）；探测地层界面（对称补偿）（96in源距，78in源距，42in源距和34in源距）；评价地层各向异性 （96in源距、16in源距、8in源距和其它混合联立）。如图6所示，该随钻方位测井仪的优势为三维共点全息天线，共点全息天线包括一组共面倾斜交叉接收天线和一组异面倾斜交叉发射天线，其中图6中（a）、（b）和（c）分别表示异面倾斜交叉发射天线；（d）、（e）和（f）分别表示共面倾斜交叉接收天线；两组天线的组合包括共面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线、共面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线、异面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线和异面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线四种发射‑接收通道；四种发射‑接收通道联合测量，用于进行全分量测量。共面倾斜交叉接收天线由两个共面接收天线组成，两接收天线的源点在同一位置，其中一个接收天线与仪器轴线方向呈45°，另一个接收天线与仪器轴线方向呈‑45°。异面倾斜交叉发射天线由两个异面45°发射天线组成，其中一个发射天线与仪器轴线方向呈‑45°且与接收天线共面，另一个发射天线与仪器轴线方向呈45°。

[0077] 本发明实施例中，各步骤可以由电子设备执行。例如，电子设备包括但不限于平板电脑、便携式PC、台式PC等。

[0078] 图7为本发明实施例提供的一种全息测井方法的流程图，如图7所示，该方法基于共点全息天线，共点全息天线包括一组共面倾斜交叉接收天线和一组异面倾斜交叉发射天线，两组天线的组合包括共面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线、共面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线、异面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线和异面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线四种发射‑接收通道；四种发射‑接收通道联合测量，用于进行全分量测量；该方法包括：

[0079] 步骤一、设定单发单收天线模型，则单元仪器的接收信号函数 为：

[0080] ；

[0081] 本发明实施例中，如图8所示，发射磁矩MT与仪器轴的夹角为θT，发射磁矩面与面的夹角为∅T，发射磁矩的幅度为1；接收磁矩MR与仪器轴的夹角为θR，接收磁矩面与 面的夹角为∅R，接收磁矩的幅度为1；发射磁矩面为发射磁矩与仪器轴形成的面；接收磁矩面为接收磁矩与仪器轴形成的面。

[0082] 本发明实施例中，如图8所示，发射磁矩MT在坐标系x、y、z方向上的分量，分别为MTx、MTy、MTz；接收磁矩MR在坐标系x、y、z方向上的分量，分别为MRx、MRy、MRz。

[0083] 步骤二、根据步骤一中的接收信号函数 确定共面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线的感应电动势 以及共面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收
天线的感应电动势 。

[0084] 步骤三、根据步骤二中的感应电动势 和 ，确定共面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线和共面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线的信号和以及信号差 。

[0085] 步骤四、根据步骤三中的信号和 ，确定参数变量 ；以及根据步骤三中的信号差 ，确定参数变量
。

[0086] 步骤五、根据步骤一中的接收信号函数 ，确定异面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线的感应电动势 以及异面倾斜发射天线‑倾斜负方向接
收天线的感应电动势 。

[0087] 步骤六、根据步骤五中的感应电动势 和 ，确定异面倾斜发射天线‑倾斜正方向接收天线和异面倾斜发射天线‑倾斜负方向接收天线的信号和以及信号差 。

[0088] 步骤七、根据步骤六中的信号和 ，确定参数变量 ；以及根据步骤三中的信号差 ，确定参数变量
。

[0089] 步 骤 八 、根 据 步 骤 四 中 的 参 数 变 量 和参 数 变 量；以及步骤七中的参数变量 和参数
变量 ，确定感应电动势的全部分量V。

[0090] 步骤九、根据步骤八中的感应电动势的全部分量V，确定磁场强度张量H。

[0091] 本发明实施例中， ，将其代入接收信号函数 ，确定感应电动势 的公式为：

[0092] 。

[0093] 本发明实施例中， ， ，将其代入接收信号函数，确定感应电动势 的公式为：

[0094] 。

[0095] 本发明实施例中，θR和‑θR表示正方向接收与负方向接收差一个负号。

[0096] 本发明实施例中，将感应电动势 和 相加，确定信号和的公式为：

[0097] 。

[0098] 本发明实施例中， 中含有3个项和3个参数变量 ，经过旋转测量后解析出3个参数变量 。

[0099] 本发明实施例中，将感应电动势 和 相减，确定信号差的公式为：

[0100] 。

[0101] 本 发 明实 施 例 中， 中 含 有 5个 项 和 6个 参 数 变 量，将 看作一个变量，经过旋转测量后解析
出6个参数变量 。

[0102] 本发明实施例中， ， ，将其代入接收信号函数，确定感应电动势 的公式为：

[0103] 。

[0104] 本发明实施例中， ， ，将其代入接收信 号函数，确定感应电动势 的公式为：

[0105] 。

[0106] 本发明实施例中，将感应电动势 和 相加，确定信号和的公式为：

[0107] 。

[0108] 本发明实施例中， 中含有3个项和3个参数变量 ，经过旋转测量后解析出3个参数变量 。

[0109] 本发明实施例中，将感应电动势 和 相减，确定信号差的公式为：

[0110] 。

[0111] 本发 明实施 例中 ， 中含 有5个 项和 6个参 数变 量，经过 旋转 测量 后解析 出6 个参 数变 量
。

[0112] 本发明实施例中，根据步骤八中的感应电动势的全部分量V，确定磁场强度张量H，包括：

[0113] 感应电动势的全部分量V与磁场强度张量H的转换公式为：

[0114] ；

[0115] 其中， 为虚部单位， 为角频率， 为真空磁导率，S为接收线圈的面积，N为接收线圈的匝数。

[0116] 本发明实施例中，将共点全息天线测量组合单元的4种天线组合进行联立求解，感应电动势的全部分量V的矩阵式为：

[0117]   。

[0118] 本发明实施例中，磁场强度张量H的矩阵式为：

[0119] 。

[0120] ；

[0121] ；

[0122] ；

[0123] ；

[0124] ；

[0125] ；

[0126] 其中， ； ； ； ；； ； 为各向异性系数； 为地层水平电导率； 为地层
垂直电导率； 为发射线圈和接收线圈间距离； 为角频率； 为磁导率。

[0127] 由此全分量测量和紧凑化天线设计已实现，准确的全分量测量能够真实、有效地呈现探测地层的地层电阻率、地层界面方位、地层各向异性。全分量测量的准确程度跟与天线结构配套的电路系统性能息息相关，电路系统的性能越优越，探测到的全部分量就越准确。为了能够准确测量全部分量，电路系统需要向发射天线输入规定的电流信号。为了减少信号在传输过程中产生的干扰，电路系统需要控制在同一时刻内只有一组发射‑接收天线正在工作。电路系统应能够处理负载变化，例如，当天线受到高导电性泥浆的影响时，电路系统可以进行调整，以在温度和不同泥浆形成条件下为天线提供额定电流。

[0128] 图9为本发明实施例提供的一种发射接收电路的示意图，如图9所示，该电路包括：控制电路模块1、发射电路模块2、信号采集电路模块3、发射天线4、接收天线5。

[0129] 控制电路模块1包括数字信号处理器（DSP）11、直接数字频率合成电路12、电压调幅电路13；发射电路模块2包括单片机（MCU）21、前置放大电路22、多路复用器23、全桥电源电压控制电路24、驱动放大电路25、全桥功率放大电路26、阻抗匹配电路27；如图5所示，发射天线4包括轴向发射天线T1、轴向发射天线T2、倾斜45°发射天线T4、异面倾斜交叉发射天线T3和异面倾斜交叉发射天线T5；接收天线5包括轴向接收天线R1、轴向接收天线R2、倾斜+45°接收天线R3、倾斜‑45°接收天线R5、共面倾斜交叉接收天线R4和共面倾斜交叉接收天线R6。

[0130] 本发明实施例中，控制电路模块1向发射电路模块2和信号采集电路模块3发送控制命令，实现不同发射、接收通道之间的切换；同时控制电路模块1产生100千赫兹（kHz）、400kHz和2兆赫兹（MHz）三种不同频率的正弦波射频信号，经过电压调幅处理后的正弦波射频信号发送到发射电路模块2。

[0131] 图10为本发明实施例提供的控制电路模块的原理示意图，如图10所示，数字信号处理器11、直接数字频率合成电路12和电压调幅电路13依次连接。数字信号处理器11通过SPI总线向发射电路模块2发送控制命令，通过串行通信接口（SCI）总线向信号采集电路模块3发送控制命令，同时串行通信接口（SCI）总线接收信号采集电路模块3采集的数据，通过发射电路模块2和信号采集电路模块3根据控制命令对各模块进行配置。

[0132] 数字信号处理器11向控制电路模块1内直接数字频率合成电路12、电压调幅电路13发送控制信号，直接数字频率合成电路12根据控制信号产生100kHz、400kHz、2MHz三种频率且相位可控正弦信号，电压调幅电路13根据控制信号将正弦信号放大到指定的电压幅值。

[0133] 本发明实施例中，数字信号处理器11采用TI公司的TMS320F28335型DSP对相关外设进行控制，该芯片具备快速中断响应和数据处理能力，可以实现复杂的数学算法，同时具有低功耗、低成本、高性能和丰富接口的优点，能够在高温、高压的井下环境中长时间稳定的运行。

[0134] 本发明实施例中，直接数字频率合成电路12通过型号为AD9832BRUZ的频率合成器（DDS）芯片产生100kHz、400kHz和2MHz三种不同频率的高精度正弦波射频信号。DDS芯片由32比特（bit）相位累加器、正弦查找表和集成在单个互补金属氧化物半导体（CMOS）芯片上的10位数模转换器（DAC），通过串行接口加载寄存器来实现生成信号的相位调制和频率调制。输出信号频率和相位的计算公式如下所示：

[0135] ；

[0136] ；

[0137] 式中，f表示输出信号的频率；Phase表示输出信号的相位；FREQREG表示DDS芯片的32
32bit频率控制字，其取值范围为012
字，其取值范围为0

[0138] DDS芯片通过通信接口接收数字信号处理器11发来的控制命令，并根据控制命令产生相应频率的正弦波射频信号，控制命令如表1所示：

[0139] 表1

[0140]

[0141] 本发明实施例中，发射电路模块2接收正弦波射频信号后根据控制命令将该信号发送到相应的发射通道中进行功率放大、阻抗匹配，经过处理后的正弦波射频信号在发射天线4处转换为能在地层传播的电磁波信号。电磁波信号经过地层传播后，在接收天线5处进行接收并转换为携带电磁波信号波形信息的电压信号。电压信号在信号采集电路模块3中经过滤波、放大、模数转换后转换为数字信号并进行数字信号处理，处理后的数字信号发送到控制电路模块1中进行第二次数字信号处理并对处理得到的数据进行存储。

[0142] 图11为本发明实施例提供的发射电路模块的原理示意图，如图11所示，前置放大电路22、多路复用器23、驱动放大电路25、全桥功率放大电路26、阻抗匹配电路27依次连接，全桥电源电压控制电路24与全桥功率放大电路26连接；单片机21与多路复用器23、全桥电源电压控制电路24连接，其中全桥电源电压控制电路24、驱动放大电路25、全桥功率放大电路26、阻抗匹配电路27、发射天线4共同组成发射通道支路。在随钻方位测井仪的发射接收电路中有多条不同的发射通道支路，所有发射通道支路共同组成随钻方位测井仪发射接收电路的发射通道。

[0143] 单片机21通过串行外围设备接口（SPI）总线与控制电路模块1中的数字信号处理器11连接，用于接收数字信号处理器11发送的控制命令；单片机21根据解析后的控制命令配置多路复用器23和全桥电源电压控制电路24，通过控制输入的正弦信号与全桥功率放大电路26的电源电压，实现发射通道的切换并保证通道之间的隔离度；单片机21通过同时禁用输入信号和放大电路电源电压可以保证启用与禁用的发射通道之间至少有87分贝（dB）的衰减。

[0144] 前置放大电路22与控制电路模块1连接，用于接收控制电路模块1发送的正弦波射频信号，信号进行前置放大后发送到多路复用器23。多路复用器23根据单片机21发来的控制命令，将正弦波射频信号发送到对应发射通道支路的驱动放大电路25。驱动放大电路25对正弦波射频信号进行功率放大，并将放大后满足全桥功率放大电路26运行要求的参考信号发送到全桥功率放大电路26。

[0145] 前置放大电路22、驱动放大电路25、全桥功率放大电路26对输入的正弦信号进行逐级放大，使信号拥有足够的输出功率和输出效率。阻抗匹配电路27由多个电感、电容构成，与发射天线共同组成电感‑电容（LC）谐振电路，通过调整电路中各元件的参数，使阻抗匹配电路27同时对100kHz、400kHz和2MHz三种不同频率的正弦信号进行阻抗匹配，提高信号的信噪比和能量利用效率。发射电路模块2最终向发射天线4输送不受天线负载变化影响的电流信号。

[0146] 图12为本发明实施例提供的信号采集电路模块的原理示意图，如图12所示，信号采集电路模块3中现场可编程逻辑门阵列、高速模数转换器、滤波放大电路依次连接，接收天线5与滤波放大电路连接；其中高速模数转换器、滤波放大电路、接收天线5共同组成接收通道支路。在随钻方位测井仪的发射接收电路中有多不同的接收通道支路，所有接收通道支路共同组成随钻方位测井仪发射接收电路的接收通道。

[0147] 本发明实施例中，接收天线5接收经过地层传播后的电磁波信号，并将其转换为携带电磁波信号波形信息的电压信号。滤波放大电路与高速模数转换器连接，滤波放大电路用于接收接收天线5发来的波形信号，经过滤波、放大处理后的波形信号发送到高速模数转换器进行模数转换，将携带波形信息的电压信号转换为数字信号并发送到现场可编程逻辑门阵列。

[0148] 本发明实施例中，滤波放大电路是由两个型号为THS4521HD的全差分运算放大器串联组成的带通滤波器。带通滤波器由高通滤波器和低通滤波器级联组成，在带通滤波器中，低通滤波器和高通滤波器的中心频率之间有一个带通，该带通允许频率在一定范围内的信号通过，而频率在该范围以外的信号则被滤除。可以通过调整滤波器的参数，例如截止频率和增益，可以选择性地传递所需的频率范围内的信号，实现滤除杂波、提高信噪比的功能。高速模数转换器使用采样率为65转换速率（Million Samples per Second ，MSPS）的高速流水线型数模转换器，型号为ADS6142IRHBT。

[0149] 本发明实施例中，现场可编程逻辑门阵列与控制电路模块1连接，用于接收控制电路模块1发送的控制命令，解析后的控制命令发送到高速模数转换器、滤波放大电路，用于控制不同接收通道支路的启停。现场可编程逻辑门阵列的型号为EP3C10E144C7N，用于接收高速模数转换器发来的数字信号，进行数学运算后得到的数据发送到控制电路模块1，控制电路模块1接收现场可编程逻辑门阵列发来的数据，处理后得到探测地层信息并进行存储。

[0150] 本发明实施例中，信号采集电路模块3接收控制电路模块1发来的控制命令，选择打开指定的接收通道并接收该通道发送的波形信号，之后对波形信号进行滤波、放大、数字化处理后发送数字信号给控制电路模块1；控制电路模块1对该信号处理后进行存储；能获得探测地层的常规电阻率、方位电阻率、地层界面、地层各向异性，推动了随钻方位电磁波测井仪的研发。

[0151] 本发明实施例中，正弦信号在发射天线4处转换为能在地层传播的电磁波信号，接收经过地层传播后的电磁波信号被接收天线5接收，并转换为携带电磁波信号波形信息的电压信号。

[0152] 图13为本发明实施例提供的电压调幅电路的原理示意图，如图13所示，电压调幅电路由模拟开关U1、运算放大器U2、第一电阻R10、第二电阻R20、第三电阻R30、第四电阻R40组成。模拟开关U1拥有四个控制命令输入端口（IN1、IN2、IN3、IN4），用于接收数字信号处理器11发来的控制命令，根据控制命令切换四个通道的通断状态，四个通道的输入端分别与第一电阻R10、第二电阻R20、第三电阻R30、第四电阻R40连接，其中第一、第二输出通道与运算放大器U2的反相输入端（‑引脚）连接，第三、第四输出通道与运算放大器U2的正相输入端连接（+引脚）。直接数字频率合成电路12产生的正弦波射频信号通过Iin从运算放大器U2的正向输入端输入，经过放大后从输出端Iout进行输出，电压调幅电路13根据控制命令将输入信号调整到不同的电压幅值。

[0153] 本发明实施例中，模拟开关U1的V+引脚和VLOGIC引脚分别接+3.3V电源，GND引脚与V‑引脚的公共端接地（GND）；S1A引脚连接于第一电阻R10和第二电阻R20的公共端，第一电阻R10的另一端接地（GND），S1B引脚和S2B引脚连接于运算放大器U2的第2引脚，S2A引脚连接于第二电阻R20的一端，S3A引脚连接于第三电阻R30的一端，第三电阻R30的另一端接地（GND），S3B引脚和S4B引脚连接于运算放大器U2的第3引脚，S4A引脚连接于第四电阻R40的一端，，第四电阻R40的另一端接地（GND），运算放大器U2的V+引脚接+5V电源，V‑引脚接‑5V电源。

[0154] 图14为本发明实施例提供的全桥功率放大电路的原理示意图，如图14所示，全桥功率放大电路26由第一功率晶体管Q1、第二功率晶体管Q2、第三功率晶体管Q3、第四功率晶体管Q4构成。其中第一功率晶体管Q1和第二功率晶体管Q2为一对型号为2SD1918的NPN型中等功率晶体管，第三功率晶体管Q3和第四功率晶体管Q4为一对型号为2SB1275的PNP型中等功率晶体管。第一功率晶体管Q1和第二功率晶体管Q2的公共端连接+24V电源，第三功率晶体管Q3和第四功率晶体管Q4的公共端接地（GND）。全桥功率放大电路26是在 BTL 功率放大电路的基础上设计的AB类功率放大电路，信号通过REFin+和REFin‑输入，放大后的信号通过REFout+和REFout‑输出，电路的输出级与负载间采用电桥式的连接方式，主要用于解决A类、B类功率放大电路的电源利用率低的问题。由于全桥功率放大电路26输出端和负载之间无电容连接，所以它拥有极好的频率响应特性和极高的信号保真度，在相同的工作电压和负载条件下，全桥功率放大电路26拥有比A类、B类功率放大电路更高输出功率和输出效率。

[0155] 图15为本发明实施例提供的阻抗匹配电路的原理示意图，如图15所示，阻抗匹配电路27由第一变压器T10、第二变压器T20、电感L1、电感L2、电容C1至电容C6以及第五电阻R50、第六电阻R60构成。其中，第五电阻R50、第六电阻R60为分流电阻，与第二变压器T2配合，用于提取该发射通道的发射电流，提取的电流通过Iout+端和Iout‑端输出。阻抗匹配电路27与发射天线4共同组成LC谐振电路，通过调整电路中各元件的参数，使阻抗匹配电路27分别对100kHz、400kHz和2MHz三种不同频率的正弦波射频信号进行阻抗匹配。阻抗匹配电路27通过Pin+端和Pin‑端接收全桥功率放大电路26发送的正弦波射频信号，对信号进行阻抗匹配后通过Pout+端和Pout‑端发送到发射天线4，并在发射天线4处转换成能在地层中传播的电磁波信号。

[0156] 本发明实施例中，该发射接收电路能够有效提高发射信号的稳定性和准确性，使发射信号拥有较高的信噪比，并对接收信号进行高速、高保真的信号采集，获得更加真实的地层信息。同时，由于全新的天线结构能够更加全面的测量地层各向异性。

[0157] 本发明提供的技术方案中，该方法包括根据接收信号函数分别确定共面天线和异面天线的感应电动势，根据感应电动势确定参数变量，并由参数变量确定感应电动势的全部分量；根据感应电动势的全部分量确定磁场强度张量H，该方法在对油气地层进行勘探时，通过共点全息天线，简化了测量数据的联合处理过程，提高了仪器的性能，实现了全分量测量的功能，并紧凑化设计测井仪的结构；优化了其中的电子线路的布局，节省了占用空间，提高了数据处理的稳定性和准确性，真实、有效地呈现了探测地层的地层电阻率、地层界面方位、地层各向异性。

[0158] 本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在电子设备执行上述应用于随钻方位测井仪的全息测井方法的实施例。

[0159] 图16为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图，如图16所示，电子设备9包括：处理器91、存储器92以及存储在存储器92中并可在处理器91上运行的计算机程序93，该计算机程序93被处理器91执行时实现实施例中的应用于随钻方位测井仪的全息测井方法，为避免重复，此处不一一赘述。

[0160] 电子设备9包括，但不仅限于，处理器91、存储器92。本领域技术人员可以理解，图16仅仅是电子设备9的示例，并不构成对电子设备9的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

[0161] 所称处理器91可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器  (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路 (ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列  (Field‑Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

[0162] 存储器92可以是电子设备9的内部存储单元，例如电子设备9的硬盘或内存。存储器92也可以是电子设备9的外部存储设备，例如电子设备9上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器92还可以既包括电子设备9的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器92用于存储计算机程序以及网络设备所需的其他程序和数据。存储器92还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

[0163] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0164] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。