一種異常井口τ值處置裝置的制作方法

本發明涉及石油勘探領域，是UH井口道信號τ值的處置裝置。

背景技術：

在地震勘探施工中，UH井口道信號是地震勘探不可缺少的重要信息。所謂UH井口道信號，就是指震源起爆后所激發的地震波到達埋置在井口的檢波器的時間值，也就是井口檢波器接收到的第一個起跳振動，在地震勘探中，此作為重要信號，其主要作用之一就是監測激發井(實際是指震源鉆孔，下同)的深度，以及提高地震資料成像效果靜校正的重要參數，如圖1所示。

圖1中，O為起爆震源，D為井口，UH為井口檢波器，A為井的深度，B為井口檢波器到井口的距離，C為起爆震源到井口檢波器的距離，根據勾股定理：V為地震波速度，由此可知，井口的時間值τ＝C/V。通常在某個地震作業工區范圍內地表變化不大的情況下，表層直達波速度變化不大，井口檢波器到井口的距離也是基本不變的，激發井的深度也是基本不變的，因此通常情況下，UH井口道信號τ值也是基本保持不變的，最多也只是在一個極小的范圍內波動。而當UH井口道信號τ值小于正常值時，通常情況下，則表示激發井的深度不夠，這樣的地震記錄就是次、廢品。按照地震勘探行業的相關規定，廢品記錄必須重新補炮重新采集，次品記錄超過一定的數量后也必須重新補炮重新采集。重新補炮重新采集地震數據的野外作業，費時、費事，生產效率和經濟效益大大降低。

2、UH井口道信號τ值目前現狀

目前的現狀是，在地震勘探野外作業中，UH井口道信號τ值異常的幾率還是比較高的，甚至在某些工區達到了30％左右。按照地震勘探規范規定，UH井口道信號τ值異常的記錄連續4張內是次品，從第5張起則為廢品。它不僅直接影響到地震記錄的質量，還直接影響到生產的效率，因為一旦出現廢品記錄，則必須重新補炮重新采集地震數據。在地震勘探野外作業中，重新補炮重新采集地震數據費時費事，這需要：重新鉆震源孔、重 新下震源炸藥、施工測線不能正常滾動。因此，尋求確保UH井口道信號τ值正常的方法一直沒有停止過。當然，引起UH井口道信號τ值異常的因素的確也很多，實際情況也很復雜，解決此問題的難度大。

以某地震勘探作業區為例，UH井口道信號τ值異常的記錄所占比例較大，約有30％左右。其異常現象是：UH井口道信號τ值偏小。該工區的井深為26米，這里的地表層直達波速度約為1500米/秒。因此根據理論計算可知，正常的UH井口道信號τ值應為18ms左右。而異常的UH井口道信號τ值僅為幾個ms，造成大量次品、廢品記錄。如前所述，廢品記錄必須重新補炮生產重新采集地震數據，次品記錄達到一定數量后也必須重新補炮生產重新采集地震數據。費時、費事、費錢。通常情況下保守的估算，地震勘探一個物理點的費用至少5000元以上，更為糟糕的是，一旦重新補炮生產，就中斷了正常的野外作業，重新鉆孔、重新下炸藥、重新定義地震測線，重新爆炸、重新采集與記錄地震數據。并且在重新補炮生產重新采集地震數據期間，地震測線不能正常滾動，大大降低了野外采集地震數據的生產效率。而對于擁有數百人、數十臺車輛、數千萬元地震勘探裝備的野外生產作業隊伍而言，時間就是金錢的的確確是實實在在的。

3、引起UH井口道信號τ值異常的原因分析

野外作業過程中，各種震動干擾源，如大風、動物、車輛行走、機械振動等等，隨時存在，一旦這些振動干擾出現在井口檢波器收到真實爆炸震動之前，爆炸機就誤以為已經接收到真實的爆炸震動信號，所以在這種情況下，UH井口道信號τ值就提前了，其時間值偏小了，約為幾個ms，從而產生了大量的廢、次品，如圖6所示。

技術實現要素：

本發明的目的是針對地震勘探野外作業中井口道信號τ值異常偏小的問題，提出一種降低、減少井口道信號τ值異常偏小的處置裝置。本發明根據地震勘探作業區的實際情況，設置合適的時間門坎值,以排除真實的UH井口道信號到達之前的某些干擾，降低、減少因井口信號τ值異常而產生的廢、次品的幾率，提高野外生產效率與經濟效益。

本發明的技術方案是：

一種異常井口τ值處置裝置，它包括UH信號放大器、時基選擇器、電控門磁保持繼電器、調制器、電臺以及天線，所述的UH信號放大器與井口檢波器的信號輸出端相連，用于接收震源振動信號，UH信號放大器的信號輸出端與電控門磁保持繼電器的數據信號輸 入端相連，時基選擇器的信號輸入端與時基電路的輸出端相連，用于進行時基選擇，其信號輸出端與電控門磁保持繼電器的控制信號輸入端相連，電控門磁保持繼電器根據時基選擇器發出的開門控制信號，選擇電子控制門的狀態，電控門磁保持繼電器的輸出端連接調制器的信號輸入端，調制器的信號輸出端連接電臺，由電臺發送到地震數據采集系統中的編碼器，由編碼器將UH井口信號解調出來，送至地震數據采集系統記錄。

本發明的UH信號放大器包括依次串接的濾波單元、限幅單元、一級放大單元和二級放大單元；前述濾波單元、限幅單元、一級放大單元和二級放大單元均采用雙向電路，濾波單元包括電阻器R1、R2和電容器C1、C2，限幅單元包括二極管D1-D4，一級放大單元包括電阻器R3-R10、放大器A1、A2和電容器C3-C6，二級放大單元包括電阻器R11-R14、放大器A3和電容器C7-C8。

本發明的濾波單元包括電阻器R1、R2和電容器C1、C2，信號中的高頻成分將被電容器C1、C2旁路到地，電容器C1與電阻器R1并聯連接，電容器C2與電阻器R2并聯連接，電容器C1與電阻器R1的一個連接點接UH井口檢波器的UH+端，電容器C1與電阻器R1的另一個連接點接地；電容器C2與電阻器R2的一個連接點接UH井口檢波器的UH-端，電容器C2與電阻器R2的另一個連接點接地。

本發明的限幅單元包括二極管D1-D4，其中二極管D1、D2組成正限幅器，二極管D1的正端接UH井口檢波器的UH+端，二極管D2的正端接UH井口檢波器的UH-端；二極管D1、D2的負端相連接并接+VE正參考電源；當信號的正幅度值不大于+VE正參考電源電壓時，則二極管D1、D2截止，信號則傳輸到下一級；而當信號的正幅度值大于+VE正參考電源電壓時，則二極管D1、D2導通，信號則被限制在某一幅度值，二極管D3、D4組成負限幅器，二極管D3的負端接UH井口檢波器的UH+端，二極管D4的負端接UH井口檢波器的UH-端，二極管D3、D4的正端相連接并接-VE負參考電源，當信號的負幅度值不大于-VE負參考電源電壓時，則二極管D3、D4截止，信號則傳輸到下一級；而當信號的負幅度值低于-VE負參考電源電壓時，則二極管D3、D4導通，信號則被限制在某一幅度值；通過使用雙向限幅器，使所接收到的井口信號的幅度值限制在+VE正參考電源和-VE負參考電源之間，從而使后續的一級放大器和二級放大器不至于因信號太大而飽和阻塞。

本發明的一級放大單元是由運算放大器A1及電阻器R3-R6和運算放大器A2、及電阻器R7-R10組成雙向的一級放大器，用于將經過濾波、限幅的UH井口信號進行放大，運算放大器A1的負輸入端接電阻器R3，電阻器R3的另一端接UH井口檢波器的UH+端，運算放大器A1的正輸入端接電阻器R4，電阻器R4的另一端接UH井口檢波器的UH-端； 同理：運算放大器A2的負輸入端接電阻器R7，電阻器R7的另一端接UH井口檢波器的UH-端。運算放大器A2的正輸入端接電阻器R8，電阻器R8的另一端接UH井口檢波器的UH+端；

二級放大單元是由運算放大器A3及電阻器R11-R14組成雙向的二級放大器，將經過濾波、限幅和一級放大的UH井口信號進行二級放大，運算放大器A3的負輸入端接電阻器R11，電阻器R11的另一端接運算放大器A1輸出端。運算放大器A3的正輸入端接電阻器R12，電阻器R12的另一端接運算放大器A2輸出端，運算放大器A3輸出端接電子控制門磁保持繼電器的動觸點K，這樣，將經過濾波、限幅、一級放大和二級放大的UH井口信號傳輸到電子控制門磁保持繼電器的動觸點K，當時基選擇器調整電控門磁保持繼電器的動觸點K處于接通狀態時，信號通過，若時基選擇器調整電控磁保持繼電器的動觸點K處于斷開狀態，則該信號不能通過。

本發明的時基選擇器包括由十進制計數器Z1、Z3、比較器Z2、Z4構成的時基選擇單元，以及由驅動器Z5、Z6、三極管T1和二極管D5構成的驅動單元，所述的時基選擇單元和驅動單元依次串接，驅動單元的輸出端連接至電子控制門磁保持繼電器的線圈端，常開點吸合，控制電控門磁保持繼電器的動觸點K接通，井口信號得以通過，其中；

個位數十進制計數器Z1的輸入端接計時脈沖，進位輸出端接十位數十進制計數器Z3的輸入端，計數脈沖的輸出端組1A0-1A3接比較器Z2相應的輸入端組，比較器Z2的進位輸出端接十位數十進制比較器Z4的輸入端，比較器的另一組輸入端組A0-A3分別選接高電平+5V或低電平接地(高電平為選中，例如，A0接地、A1接高電平、A2接高電平、A3接地，則其時間值便為6mS)。

十位數十進制計數器Z3的輸入端接個位數十進制計數器Z1的進位輸出端，十位數比較器Z4的輸入端接個位數比較器Z2的進位輸出端，比較器Z4進位輸出端接驅動單元的輸入端；比較器Z4的計數脈沖的輸出端組2B0-2B3接比較器Z4相應的輸入端組，比較器Z4的另一組輸入端組B0-B3分別選接高電平+5V或低電平接地。(高電平為選中，例如，B0接高電平、B1接接地、B2接地、B3接地，則其時間值便為10mS(因為其權為十位數)。這樣，個位選中6，十為選中1即是10，其總值就是16。又由于時基為1mS的計時脈沖，所以總時間值就是16mS。)

此經驅動器的功率驅動后，送至電子控制門磁保持繼電器的線圈端，常開點吸合，控制該門磁保持繼電器的動觸點K接通，井口信號得以通過。由此可知：例如某工區的UH井口道信號τ值正常應為18mS，而在16mS之前的時間段，門是處于斷開狀態的，因此 就關閉了16mS之前的各種振動干擾，從根本上徹底杜絕了UH井口道信號τ值小于正常值的情況發生，確保了UH井口道信號τ值正常。大大降低了因過小的時間值而引起的UH井口道信號τ值異常而產生的次、廢品，大大減少了補炮重新采集地震數據。由此大大提高了生產效率、經濟效益。從理論上講，例如在選定的真實UH井口信號到來之前的2mS開門，則次、廢品產生的幾率僅為原來的1/9。當然所選定的開門時間，視各個作業工區的具體情況而定，即依據該工區井的深度和該工區表層直達波的速度而定。井的深度越深，則井口時間τ值越大，反之，若井的深度越淺，則井口時間τ值越小。同理，表層直達波的速度越低，則井口時間τ值越大，反之，若表層直達波的速度越高，則井口時間τ值越小。建議：將開門時間選定在真實井口信號到達之前的2mS開門為宜。這樣既杜絕了異常小的UH井口道信號τ值的產生，又確保了真實井口信號通道的暢通無阻。

本發明的Z1、Z3為計數器，Z2、Z4為比較器，Z5、Z6為驅動器，T1為三極管，D5為二極管，磁保持繼電器為雙線圈繞組的磁保持繼電器。

本發明的電控門磁保持繼電器包括線圈和動觸點K，時基選擇器輸出脈沖驅動信號實現繼電器工作狀態的轉換，電控門磁保持繼電器的一個線圈繞組接時基選擇電路中驅動單元的輸出端，其動觸點K的一端接UH井口信號放大器的輸出端，觸點的另一端接調制器的輸入端；當未到時基選擇器所選定的時間窗口時，對應于真實的UH井口道信號尚未到達的時間段，其觸點斷開，UH井口信號放大器所輸出的相關干擾不傳遞；當到了時基選擇電路所選定的時間窗口時，對應于真實UH井口道信號即將到達的時間段，觸點接通，UH井口信號放大器所輸出的真實UH井口信號則傳輸過去；磁保持繼電器的另一個線圈繞組接井口震源同步系統的RS總復位信號，利用原有的RS作為總復位信號，將電子控制門磁保持繼電器等相關電路復位至初始狀態。

本發明的有益效果：

本發明使用時，通過設置合適的時間窗口，降低UH(Up-Hole)井口道信號τ值異常現象。根據地震勘探作業區的實際情況，設置合適的時間門坎值；該時間窗口的設置使得在FIRE點火爆炸信號之后到真實的井口道信號UH(井口檢波器因震源起爆所接收到的第一個振動信號)到達之前的這段時間，井口道信號UH檢測電路不工作，以排除真實的UH井口道信號到達之前的某些干擾，使其只能檢測到真實的UH井口道信號，確保UH井口道信號τ值正常。

附圖說明

圖1是本發明的UH井口道信號示意圖。

圖2是本發明的結構示意圖。

圖3是本發明的UH井口信號放大器的電路圖。

圖4是本發明的時基選擇電路的電路圖。

圖5是本發明的電子控制門磁保持繼電器的電路圖。

圖6是干擾造成井口道信號時間值τ值提前的示意圖。

圖7是電子門控時間關系示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。

如圖6所示，在激發井深度正常的情況下所出現的UH井口道信號τ值小于正常值。大量實踐證實：在真實井口信號到達之前，井口周圍就存在著多種振動干擾，諸如：風吹草動、動物走動、機械振動等。只要振動干擾達到一定的幅度，便誤以為井口信號已經到達，因此出現了UH井口道信號τ值小于正常值的情況。

本專利裝置設置合適的時間窗口，解決UH井口道信號τ值異常問題。其基本原理是：設置一個電子門控，在真實的井口信號到達之前，該電子門是關閉的，誤以為井口信號的其他振動干擾過不去，而只有在真實的井口信號到達之前，電子門略微提前開門，迎接真實井口信號的到來，從而有效杜絕了UH井口道信號τ值小于正常值的情況。時間關系示意圖如圖7所示。

如圖2所示，本發明中，UH井口信號放大器在接收到震源振動的信號后經濾波、限幅、放大后送至電子控制門，但該電子控制門是否打開，則取決于時基選擇電路的控制。當時基選擇電路發出開門的控制信號后，該電子控制門才能打開，只有在此時，UH井口信號才能傳輸到調制器，經過調制器的調制后，再經由電臺發送到地震數據采集系統中的編碼器，由編碼器將UH井口信號解調出來，送至地震數據采集系統記錄下來。

如圖3所示，震源起爆后，UH井口檢波器所接收到的第一個振動信號可能是正跳(往上跳)，也有可能是負跳(往下跳)，是雙向的信號。因此UH井口信號放大器中的電路均為雙向的，即雙向的濾波器、雙向的限幅器、雙向的一級放大器、雙向的二級放大器。

電容器C1、C2和電阻器R1、R2組成濾波器，其目的是濾除掉不需要的頻率成分。眾所周知：容抗是頻率的函數，即頻率越高則容抗越小，信號中的高頻成分將被電容器C1、C2旁路到地。電容器C1與電阻器R1并聯連接，電容器C2與電阻器R2并聯連接。電容 器C1與電阻器R1一個連接點接UH井口檢波器的UH+端，電容器C1與電阻器R1的另一個連接點接地；電容器C2與電阻器R2的一個連接點接UH井口檢波器的UH-端，電容器C2與電阻器R2的另一個連接點接地。

二極管D1、D2、D3、D4組成限幅器。二極管D1、D2組成正限幅器，二極管D1的正端接UH井口檢波器的UH+端，二極管D2的正端接UH井口檢波器的UH-端。二極管D1、D2的負端相連接并接+VE正參考電源。當信號的正幅度值不大于+VE正參考電源電壓時，則二極管D1、D2截止，信號則傳輸到下一級；而當信號的正幅度值大于+VE正參考電源電壓時，則二極管D1、D2導通，信號則被限制在某一幅度值。二極管D3、D4組成負限幅器，二極管D3的負端接UH井口檢波器的UH+端，二極管D4的負端接UH井口檢波器的UH-端。二極管D3、D4的正端相連接并接-VE負參考電源。當信號的負幅度值不大于-VE負參考電源電壓時，則二極管D3、D4截止，信號則傳輸到下一級；而當信號的負幅度值低于-VE負參考電源電壓時，則二極管D3、D4導通，信號則被限制在某一幅度值。通過使用雙向限幅器，使所接收到的井口信號的幅度值限制在+VE正參考電源和-VE負參考電源之間，從而使后續的一級放大器和二級放大器不至于因信號太大而飽和阻塞。

運算放大器A1、及電阻器R3、R4、R5、R6和運算放大器A2、及電阻器R7、R8、R9、R10組成雙向的一級放大器，其目的是將經過濾波、限幅的UH井口信號適當放大。運算放大器A1的負輸入端接電阻器R3，電阻器R3的另一端接UH井口檢波器的UH+端。運算放大器A1的正輸入端接電阻器R4，電阻器R4的另一端接UH井口檢波器的UH-端。同理：運算放大器A2的負輸入端接電阻器R7，電阻器R7的另一端接UH井口檢波器的UH-端。運算放大器A2的正輸入端接電阻器R8，電阻器R8的另一端接UH井口檢波器的UH+端。

運算放大器A3、及電阻器R11、R12、R13、R14組成雙向的二級放大器，將經過濾波、限幅和一級放大的UH井口信號進行二級放大。運算放大器A3的負輸入端接電阻器R11，電阻器R11的另一端接運算放大器A1輸出端。運算放大器A3的正輸入端接電阻器R12，電阻器R12的另一端接運算放大器A2輸出端，運算放大器A3輸出端接電子控制門磁保持繼電器的動觸點K。這樣，將經過濾波、限幅、一級放大和二級放大的UH井口信號傳輸到達了電子控制門磁保持繼電器的動觸點K。但該信號能否通過電子控制門，則取決于該門的開關狀態。若該門磁保持繼電器的動觸點K處于接通狀態，則該信號通過。若該門磁保持繼電器的動觸點K處于斷開狀態，則該信號不能通過。該門何時能打開，則是由時基選擇電路控制的。只有在選定的時間窗口才能打開，UH井口信號通過；而在非選定的時間段，門是處于關閉狀態，相關信號不能通過。

如圖4所示，時基選擇電路由二部分電路構成，分別為十進制計數器Z1、Z3和比較器Z2、Z4構成，同時又分別為個位數的十進制計數器Z1、比較器Z2以及十位數的十進制計數器Z3、比較器Z4構成。利用原有的1mS的計時脈沖作為時基，利用原有的RS作為總復位信號，將時基選擇電路、電子控制門磁保持繼電器等相關電路復位至初始狀態。

個位數十進制計數器Z1的輸入端接計時脈沖，進位輸出端接十位數十進制計數器Z3的輸入端。1A0～1A3計數脈沖的輸出端組接比較器Z2相應的輸入端組，比較器Z2的進位輸出端接十位數十進制比較器Z4的輸入端。，比較器的另一組輸入端組A0～A3分別選接高電平+5V或低電平接地。高電平為選中，例如，A0接地、A1接高電平、A2接高電平、A3接地，則其時間值便為6mS。

十位數十進制計數器Z3的輸入端接個位數十進制計數器Z1的進位輸出端，十位數比較器Z4的輸入端接個位數比較器Z2的進位輸出端，比較器Z4進位輸出端接驅動器的輸入端。2B0～2B3計數脈沖的輸出端組接比較器Z4相應的輸入端組，比較器Z4的另一組輸入端組B0～B3分別選接高電平+5V或低電平接地。高電平為選中，例如，B0接高電平、B1接接地、B2接地、B3接地，則其時間值便為10mS(因為其權為十位數)。這樣，個位選中6，十為選中1即是10，其總值就是16。又由于時基為1mS的計時脈沖，所以總時間值就是16mS。此經驅動器的功率驅動后，送至電子控制門磁保持繼電器的線圈端，常開點吸合，控制該門磁保持繼電器的動觸點K接通，井口信號得以通過。由此可知：例如某工區的UH井口道信號τ值正常應為18mS，而在16mS之前的時間段，門是處于斷開狀態的，因此就關閉了16mS之前的各種振動干擾，從根本上徹底杜絕了UH井口道信號τ值小于正常值的情況發生，確保了UH井口道信號τ值正常。大大降低了因過小的時間值而引起的UH井口道信號τ值異常而產生的次、廢品，大大減少了補炮重新采集地震數據。由此大大提高了生產效率、經濟效益。從理論上講，例如在選定的真實UH井口信號到來之前的2mS開門，則次、廢品產生的幾率僅為原來的1/9。當然所選定的開門時間，視各個作業工區的具體情況而定，即依據該工區井的深度和該工區表層直達波的速度而定。井的深度越深，則井口時間τ值越大，反之，若井的深度越淺，則井口時間τ值越小。同理，表層直達波的速度越低，則井口時間τ值越大，反之，若表層直達波的速度越高，則井口時間τ值越小。建議：將開門時間選定在真實井口信號到達之前的2mS開門為宜。這樣既杜絕了異常小的UH井口道信號τ值的產生，又確保了真實井口信號通道的暢通無阻。

本發明的Z1、Z3為計數器，Z2、Z4為比較器，Z5、Z6為驅動器，T1為三極管， D5為二極管，磁保持繼電器為雙線圈繞組的磁保持繼電器。

如圖5所示，電子控制門為磁保持繼電器，其特點是線圈中只要通過一個脈沖驅動信號便可實現其工作狀態的轉換，無需長期通電而保持在接通或斷開的穩定狀態，體積小、重量輕、耗電省、動作快、免維護。

磁保持繼電器的一個線圈繞組接時基選擇電路中驅動器的輸出端。其動作觸點的一端接UH井口信號放大器的輸出端，觸點的另一端接調制器的輸入端。當未到時基選擇電路所選定的時間窗口時，此時正好對應于真實的UH井口道信號尚未到達的時間段，其觸點斷開，UH井口信號放大器所輸出的相關信號傳輸不過去，從而徹底杜絕了UH井口道信號τ值異常(過小的UH井口道信號τ值)。而當到了時基選擇電路所選定的時間窗口時，此時正好對應于真實UH井口道信號即將到達的時間段，其觸點接通，UH井口信號放大器所輸出的真實的UH井口信號則傳輸過去。換言之，本專利裝置既徹底杜絕了因其他干擾振動而引起的異常小的UH井口道信號τ值，又確保了真實井口信號的暢通無阻。

磁保持繼電器的另一個線圈繞組接RS總復位信號，利用原有的RS作為總復位信號，將電子控制門磁保持繼電器等相關電路復位至初始狀態；磁保持繼電器為雙線圈繞組的磁保持繼電器。

本發明具體實施時：

如前所述，從震源起爆，地震波由震源傳到井口檢波器的時間為18ms，只要在此時間窗口內存在某種振動干擾，就有可能產生異常小的UH井口道信號τ值，造成廢次品。在某工區將開門時間選定在真實UH井口信號到達之前的2ms，即16ms時將電子控制門打開。實際結果是：由UH井口道信號τ值異常造成的廢次品下降到了原來的1/9。重新補炮重新采集地震數據的工作量減少了8/9。按照目前地震勘探一個物理點的費用至少是5000元以上計算，每天所取得的直接的經濟效益數以萬計，極為可觀。更為關鍵的是，徹底杜絕了由于重新補炮重新采集地震數據而中斷了的正常野外作業(因為在重新補炮重新采集地震數據期間，地震測線不能正常移動)，故大大提高了野外采集地震數據的生產效率、經濟效益。

本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。