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1、第29卷第3期声学技术Vol.29,No.32010年6月TechnicalAcousticsJun.,2010井下前视声波成像系统及电路设计丁宏宇，林伟军，苏畅，张澄宇，张海澜(中国科学院声学研究所声场与声信息国家重点实验室，北京100190)摘要：介绍了一种用于检测油井套管变形和落物等状态的前视声波扫描成像实验系统。系统采用相控阵超声波扫描技术和一维线阵声波换能器。系统由井下系统和地面系统两部分组成，详细阐述了井下系统中电子电路的实现方法。系统将FPGA+DSP+AD的数字电路框架应用于套管井检测，完成了对超声回波的高速采样以及数字信号处理。用
2、该系统进行了一系列模拟实验，结果表明：该系统在模拟井下环境的实验条件下，能够得到套管井的前视声波图像，从而检测出套管井变形、井内落物等状态。关键词：套损井检测；前视声波成像；FPGA中图分类号：TB556文献标识码：A文章编号：1000-3630(2010)-03-0285-03DOI编码：10.3969/j.issn1000-3630.2010.03.010AnacousticboreholeimagingsystemanditscircuitdesignDINGHong-yu,LINWei-jun,SUChang,ZHANGCheng-yu,Z
3、HANGHai-lan(StateKeyLaboratoryofAcoustics,InstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China)Abstract:Inordertodetectthedamageofcasingboreholes,anacousticimagingsystemusingphasedarrayscanningtechnologyisdeveloped.AnFPGA+DSP+ADbasedframeisusedinthedigitalcircuitp
4、arttosampleandprocesstheechoes.Aseriesofsimulationexperimentsareconductedtodemonstratethatthesystemcandetectdamagesincasingboreholes.Keywords:casingborehole;acousticimaging;FPGA1引言环境的实验中得到了满意的结果。本系统采用相控阵超声波扫描技术对仪器的前在油田生产中，油井的套管由于受力而引起的方进行成像测量。采用的一维线阵声波换能器如图变形和损坏对油田造成的损失越来越大。现有
5、的对1所示。相控阵探头由多个阵元组成，使用时按照套管的检测局限于下井仪器周向的测量，如井径测预定的规则和时序分别激发各个阵元，即在不同的量和井下声电视等。但变形严重的套管或井下落物时间内相继激发探头中的多个阵元，每个激发阵元将直接导致原有的套管检测仪器无法下放到检测位发射的超声波束相互干涉叠加，形成波束，波束的置，从而无法得到套损的情况。因此，对套损井进形状、偏转角度等可通过调整激发阵元的数量、时行准确的前视成像检测并采取必要防范和补救措施[2]间来控制。通过对各个阵元实施不同的延时控制对于保障油井安全、节约能源、提高油气采收率都实现声束偏转，从而
6、得到列阵下方的截面像。[1]具有重要意义。本文提出了一种用于监测套管井状态、套管内异物状态的前视声波扫描成像系统的设计方案，详细介绍了该系统的构造以及井下电子电路的功能。在电子电路部分，本系统将FPGA+DSP+AD的框架应用于套管井检测，完成了对超声回波的高速采样以及数字信号处理，在使用该系统进行的模拟井下收稿日期:2009-04-07;修回日期:2009-06-02基金项目:国家自然科学基金项目(10874202,10534040),国家高技术研究发展计划(2006AA060103)图1相控阵声波扫描原理作者简介:丁宏宇(1984-),女,黑龙
7、江人,硕士研究生,研究方向为超Fig.1Principleofthephasedarrayscanning声波信号检测。通讯作者:丁宏宇,E-mail:dinghongyu19@gmail.com286声学技术2010年[4]的其他模块进行时序控制。2系统构造在数据传输方面，由于井下数据上传的速率有限，而一幅截面图像原始数据量比较大，约11.6MB，前视声波扫描成像检测仪由井下系统和地面系若把这些原始数据都上传到PC，会消耗很多时间。统两部分组成，两者之间通过测井电缆进行通讯。故系统在井下处理数据，再将处理得到的结果上传地面系统由主控计算机和地面通
8、讯系统两部分组到PC。选用TI公司的TMS320F2812型号DSP芯成，进行命令的编码下传，解码来自井下的数据，片对原始
