本發(fā)明屬于井間電磁測(cè)井技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

井間電磁成像測(cè)井作為一種新型的測(cè)井方法，從根本上改善了橫向檢測(cè)能力的薄弱環(huán)節(jié)，在水平和垂直方向上均可進(jìn)行檢測(cè)測(cè)量，解決井孔與井間信息的不平衡，從而大大提高了描述油藏特性的能力。

測(cè)井時(shí)，將井下發(fā)射模塊置于一口井中，井下接收模塊置于另一口井中，發(fā)射模塊向地層發(fā)射電磁波，經(jīng)過地層傳播后被接收系統(tǒng)接收，將發(fā)射與接收的數(shù)據(jù)發(fā)送至地面，通過對(duì)數(shù)據(jù)的反演，獲得地層電阻率分布的相關(guān)信息，從而獲得可以反映井間油層的構(gòu)造和油、氣、水分布的二維至三維電阻率成像。

井間電磁測(cè)井儀接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)的相位差與地層電導(dǎo)率密切相關(guān)，為了準(zhǔn)確計(jì)算出井間地層電導(dǎo)率分布，需要保證相位差測(cè)量的精確，進(jìn)而必須要保證收發(fā)同步。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步系統(tǒng)及方法，以實(shí)現(xiàn)井間電磁測(cè)量井下發(fā)射模塊與井下接收模塊的時(shí)鐘收發(fā)同步。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步系統(tǒng)，包括授時(shí)模塊、地面系統(tǒng)、井下系統(tǒng)、遙傳短節(jié)和電纜；

其中，地面系統(tǒng)包括地面收發(fā)模塊、地面驅(qū)動(dòng)模塊和地面整形模塊；井下系統(tǒng)包括井下收發(fā)模塊、井下驅(qū)動(dòng)模塊和井下整形模塊；

其中，授時(shí)模塊用于為地面系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)，電纜用于連接地面系統(tǒng)與井下系統(tǒng)、并對(duì)井下系統(tǒng)進(jìn)行供電；遙傳短節(jié)用于實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)與井下系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，包括地面對(duì)井下延時(shí)的傳輸，以及井下發(fā)射數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)的上傳；

其中，地面收發(fā)模塊用于對(duì)授時(shí)模塊提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)的占空比進(jìn)行展寬，并用于根據(jù)地面整形模塊輸出的時(shí)鐘信號(hào)與所述標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)對(duì)比獲取地面信號(hào)到井下的傳輸延時(shí)；

地面驅(qū)動(dòng)模塊用于對(duì)上述預(yù)處理后的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，獲得第一時(shí)鐘放大信號(hào)；地面整形模塊用于對(duì)井下驅(qū)動(dòng)模塊輸出的、經(jīng)過電纜傳輸?shù)牡诙r(shí)鐘放大信號(hào)進(jìn)行整形處理；

井下整形模塊用于對(duì)經(jīng)電纜傳輸后的第一時(shí)鐘放大信號(hào)進(jìn)行整形；井下驅(qū)動(dòng)模塊用于將井下整形模塊輸出的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，獲得第二時(shí)鐘放大信號(hào)，并發(fā)送到地面整形模塊；

井下收發(fā)模塊用于以井下整形模塊輸出的時(shí)鐘信號(hào)為基準(zhǔn)生成同步時(shí)鐘。

按照本發(fā)明的另一方面，基于上述井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步系統(tǒng)，提供了一種井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步方法，包括如下步驟：

(1)控制地面系統(tǒng)接收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)，以使得地面系統(tǒng)達(dá)到與授時(shí)模塊的時(shí)鐘同步；其中，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)由授時(shí)模塊提供；

(2)由地面系統(tǒng)通過將上述標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大后發(fā)送給井下系統(tǒng)來對(duì)井下系統(tǒng)授時(shí)；

(3)由井下系統(tǒng)將收到的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行整形，并將整形后的信號(hào)分成兩路，將其中一路再次驅(qū)動(dòng)放大后反饋到地面系統(tǒng)，將其中另一路作為基準(zhǔn)生成井下系統(tǒng)同步時(shí)鐘；

(4)由地面系統(tǒng)通過比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘與井下系統(tǒng)反饋的時(shí)鐘信號(hào)獲得地面到井下的傳輸延時(shí)；

(5)由井下系統(tǒng)根據(jù)上述傳輸延時(shí)校準(zhǔn)井下系統(tǒng)同步時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)井下系統(tǒng)的收發(fā)同步。

優(yōu)選地，上述井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步方法，其步驟(1)包括如下子步驟：

(1.1)通過地面發(fā)射模塊與地面接收模塊接收授時(shí)模塊提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)；

(1.2)以所述標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)為基準(zhǔn)生成地面本地同步時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)地面發(fā)射模塊與地面接收模塊間的時(shí)鐘同步。

優(yōu)選地，上述井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步方法，其步驟(2)包括如下子步驟：

(2.1)通過地面收發(fā)模塊對(duì)授時(shí)模塊提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)進(jìn)行占空比展寬；

(2.2)將展寬后的時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大后發(fā)送到井下系統(tǒng)。

通過信號(hào)占空比展開以及驅(qū)動(dòng)放大，獲得高幅值、具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的驅(qū)動(dòng)放大信號(hào)，以克服經(jīng)電纜遠(yuǎn)距離傳輸后對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的衰減。

優(yōu)選地，上述井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步方法，其步驟(3)包括如下子步驟：

(3.1)通過井下整形模塊對(duì)接收到的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行整形；

(3.2)將整形后的時(shí)鐘信號(hào)分為兩路，將一路時(shí)鐘信號(hào)通過井下驅(qū)動(dòng)模塊再次驅(qū)動(dòng)放大后回傳到地面整形模塊；

(3.3)將另一路時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送至井下收發(fā)模塊，井下收發(fā)模塊以該時(shí)鐘信號(hào)為基準(zhǔn)生成井下本地同步時(shí)鐘。

優(yōu)選地，上述井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步方法，其步驟(4)包括如下子步驟：

(4.1)通過地面整形模塊將井下驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)放大后的、經(jīng)電纜傳輸后的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行整形；

(4.2)通過地面收發(fā)模塊將整形后的時(shí)鐘與授時(shí)模塊提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)對(duì)比，計(jì)算偏差，獲得地面到井下的傳輸延時(shí)。

優(yōu)選地，上述井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步方法，其步驟(5)包括如下子步驟：

(5.1)地面收發(fā)模塊將測(cè)得的延時(shí)信息經(jīng)電纜通過遙傳短節(jié)發(fā)送至井下收發(fā)模塊；

(5.2)井下收發(fā)模塊根據(jù)延時(shí)校準(zhǔn)之前生成的井下本地同步時(shí)鐘，最終實(shí)現(xiàn)井下發(fā)射模塊與井下接收模塊間的時(shí)鐘同步。

在井間電磁測(cè)井儀系列內(nèi)需要實(shí)現(xiàn)的是井下發(fā)射模塊與井下接收模塊的時(shí)鐘同步；而井下系統(tǒng)通過數(shù)千米的電纜與地面系統(tǒng)連接，無法直接參考授時(shí)模塊提供的時(shí)鐘；本發(fā)明提供的這種系統(tǒng)及方法，通過地面系統(tǒng)對(duì)井下系統(tǒng)進(jìn)行授時(shí)，通過回傳信號(hào)確定地面與井下的延時(shí)，依據(jù)該延時(shí)來對(duì)井下收發(fā)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)收發(fā)同步；總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明提供的井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步系統(tǒng)及方法，通過授時(shí)模塊提供標(biāo)準(zhǔn)參考時(shí)鐘以保證地面系統(tǒng)的精確時(shí)鐘同步；通過地面向井下發(fā)送時(shí)鐘信息實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)對(duì)井下系統(tǒng)的同步授時(shí)；實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離時(shí)鐘信號(hào)的傳輸，在沒有統(tǒng)一參考時(shí)鐘的環(huán)境條件下，實(shí)現(xiàn)了兩節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步；通過地面系統(tǒng)測(cè)量傳輸延時(shí)并將延時(shí)信息傳遞至井下，由井下系統(tǒng)根據(jù)延時(shí)校準(zhǔn)同步時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)了井下收發(fā)同步；

(2)本發(fā)明提供的井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步系統(tǒng)及方法，通過對(duì)經(jīng)電纜傳輸后的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行整形處理，使得時(shí)鐘信號(hào)的上升沿信息得以恢復(fù)，地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)可以有效識(shí)別傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了地面與井下的實(shí)時(shí)通信；

(3)本發(fā)明提供的井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步及方法，在地面與井下分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)和井下整形時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大處理，克服了遠(yuǎn)距離通信導(dǎo)致的衰減。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步系統(tǒng)的功能框圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的收發(fā)同步的時(shí)鐘信號(hào)處理示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的井下收發(fā)模塊的同步時(shí)鐘對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1所示為實(shí)施例提供的井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步系統(tǒng)示意圖；包括授時(shí)模塊、地面系統(tǒng)、井下系統(tǒng)、遙傳短節(jié)以及電纜；

地面系統(tǒng)通過接收授時(shí)模塊提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)間的時(shí)鐘同步，并將時(shí)鐘信號(hào)通過電纜發(fā)送至井下系統(tǒng)，井下系統(tǒng)輸出同步時(shí)鐘，并將時(shí)鐘信號(hào)回傳給地面；其中，授時(shí)模塊用于為地面系統(tǒng)提供高精度的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)；地面系統(tǒng)接收授時(shí)模塊輸出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)并進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)進(jìn)行占空比展寬，并根據(jù)井下系統(tǒng)反饋的時(shí)鐘信號(hào)與授時(shí)模塊提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)的偏差，計(jì)算地面到井下的傳輸延時(shí)；井下系統(tǒng)用于接收經(jīng)電纜傳輸后的時(shí)鐘信號(hào)，并以此為基準(zhǔn)輸出同步時(shí)鐘；電纜用于連接地面系統(tǒng)與井下系統(tǒng)，并對(duì)井下系統(tǒng)進(jìn)行供電；遙傳短節(jié)用于傳輸延時(shí)信息。

在本實(shí)施例中，授時(shí)模塊采用GPS或北斗系統(tǒng)；實(shí)施例提供的井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步系統(tǒng)還包括天線和接收機(jī)，天線用于接收衛(wèi)星發(fā)射的衛(wèi)星信號(hào)；接收機(jī)用于解碼衛(wèi)星信號(hào)，輸出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)；

地面系統(tǒng)將時(shí)鐘信息驅(qū)動(dòng)放大后發(fā)送給井下，井下收到信號(hào)后首先進(jìn)行整形，然后分成兩路，一路再次驅(qū)動(dòng)放大發(fā)送回給地面，地面再次整形接收，將其與授時(shí)模塊輸出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)進(jìn)行對(duì)比測(cè)量地面到井下的傳輸延時(shí)；另一路發(fā)送給井下系統(tǒng)，井下系統(tǒng)以收到的時(shí)鐘信號(hào)為基準(zhǔn)輸出同步時(shí)鐘；地面系統(tǒng)在測(cè)得地面到井下的傳輸延時(shí)后經(jīng)電纜通過遙傳短節(jié)將延時(shí)信息發(fā)送給井下系統(tǒng)；井下系統(tǒng)在收到地面系統(tǒng)發(fā)送過來的延時(shí)信息后，校準(zhǔn)輸出的同步時(shí)鐘，最終保證井下系統(tǒng)間的時(shí)鐘同步。

井下系統(tǒng)在收到時(shí)鐘信號(hào)后，通過鎖相環(huán)電路(PLL)以其為基準(zhǔn)生成高頻同步時(shí)鐘；實(shí)施例中，鎖相環(huán)電路包括鑒相器、低通濾波器、壓控振蕩器；PLL通過比較外部信號(hào)的相位和壓控振蕩器的相位來實(shí)現(xiàn)同步；在比較的過程中，鎖相環(huán)電路不斷根據(jù)外部信號(hào)的相位來調(diào)整本地晶振的時(shí)鐘相位，直到兩個(gè)信號(hào)的相位同步，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對(duì)輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤。

圖2是實(shí)施例提供的井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步系統(tǒng)的功能框圖，該系統(tǒng)具體包括授時(shí)模塊、地面收發(fā)模塊、地面驅(qū)動(dòng)模塊、地面整形模塊、井下收發(fā)模塊、井下驅(qū)動(dòng)模塊、井下整形模塊、遙傳短節(jié)和電纜；

其中，地面收發(fā)模塊、地面驅(qū)動(dòng)模塊和地面整形模塊構(gòu)成地面系統(tǒng)；井下收發(fā)模塊、井下驅(qū)動(dòng)模塊和井下整形模塊構(gòu)成井下系統(tǒng)；

地面收發(fā)模塊對(duì)授時(shí)模塊提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)進(jìn)行占空比展寬，由地面驅(qū)動(dòng)模塊將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大，經(jīng)電纜傳輸至井下整形模塊，井下整形模塊將收到的信號(hào)進(jìn)行整形，并分成兩路；一路通過井下驅(qū)動(dòng)模塊再次放大經(jīng)電纜回傳至地面整形模塊進(jìn)行整形；地面收發(fā)模塊根據(jù)整形后的時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)比授時(shí)模塊提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)測(cè)量地面到井下的傳輸延時(shí)；另一路給井下收發(fā)模塊，井下收發(fā)模塊以收到的時(shí)鐘信號(hào)為基準(zhǔn)輸出同步時(shí)鐘；地面收發(fā)模塊將測(cè)得傳輸延時(shí)的信息經(jīng)電纜通過遙傳短節(jié)發(fā)送給井下收發(fā)模塊，井下收發(fā)模塊根據(jù)延時(shí)校準(zhǔn)輸出的同步時(shí)鐘。

圖3所示為實(shí)施例提供的井間電磁測(cè)井儀收發(fā)時(shí)鐘同步方法的處理流程，具體包括如下步驟：

(1)發(fā)射端與接收端地面收發(fā)模塊均接收衛(wèi)星接收機(jī)輸出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行占空比展寬的預(yù)處理；

(2)地面驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)上述預(yù)處理后的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大，獲得高幅值、具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的第一時(shí)鐘放大信號(hào)，通過電纜將該信號(hào)傳輸至井下整形模塊；

(3)井下整形模塊對(duì)經(jīng)電纜傳輸后的第一時(shí)鐘放大信號(hào)進(jìn)行整形，具體包括時(shí)鐘信號(hào)上升沿的恢復(fù)和電平轉(zhuǎn)換，隨后將整形后的時(shí)鐘信號(hào)分兩路；

(4)井下驅(qū)動(dòng)模塊將上述兩路信號(hào)的其中一路進(jìn)行再次驅(qū)動(dòng)放大，獲得第二時(shí)鐘放大信號(hào)，并發(fā)送到地面整形模塊；

(5)井下收發(fā)模塊將上述兩路信號(hào)的另外一路作為基準(zhǔn)，生成同步時(shí)鐘。

(6)地面整形模塊對(duì)井下驅(qū)動(dòng)模塊輸出的、經(jīng)過電纜傳輸?shù)牡诙r(shí)鐘放大信號(hào)進(jìn)行整形處理，地面收發(fā)模塊根據(jù)地面整形模塊輸出的時(shí)鐘信號(hào)與衛(wèi)星接收機(jī)輸出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考信號(hào)對(duì)比，分別獲取發(fā)射端與接收端地面到井下的傳輸延時(shí)；

(7)地面收發(fā)模塊將各自的延時(shí)信息經(jīng)電纜通過遙傳短節(jié)發(fā)送至井下收發(fā)模塊，井下收發(fā)模塊根據(jù)延時(shí)信息校準(zhǔn)之前生成的同步時(shí)鐘，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)井下發(fā)射模塊與井下接收模塊之間的時(shí)鐘同步。

在實(shí)施例中，考慮到實(shí)際測(cè)井時(shí)連接地面與井下的電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，在時(shí)鐘信號(hào)的傳輸過程中會(huì)對(duì)其造成很大程度的衰減，因此采用驅(qū)動(dòng)模塊將時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大；在本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)模塊的輸出為差分信號(hào)。

采用整形模塊恢復(fù)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過電纜傳輸后的上升沿信息；在本實(shí)施例中，整形模塊包括運(yùn)放模塊，用于從電纜接收時(shí)鐘信號(hào)，調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)的高低電平；觸發(fā)器模塊，用于恢復(fù)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿；電平轉(zhuǎn)換模塊，用于將時(shí)鐘信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換為地面系統(tǒng)與井下系統(tǒng)可接收的電平。

圖4所示為實(shí)施例提供的井下收發(fā)模塊的同步時(shí)鐘對(duì)比圖，從該圖可以看出，通過實(shí)施例提供的這種同步系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)了井下收發(fā)時(shí)鐘的同步。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。