井下数据电磁感应传输方法的研究

论文摘要

在油气勘探与钻井业,传统的泥浆脉冲法是随钻数据采集的工业标准,其典型传输速率是3~6bit/s,理想状态下能达到12bit/s。但是对于高分辨率数据采集以及高密度数据的作业,如随钻地震或者井下成像,这一速度实在太低。现有的随钻数据传输技术还有电插头法、湿接头法、无线电遥传法等,但这些方法均有一定的局限性。电磁感应随钻数据传输是一种新兴的随钻数据传输技术。它利用电磁感应原理,通过在钻杆两端安装感应线圈来感应电信号,实现了数据的高速、实时传输。本文旨在建立一套完整的实验系统来模拟实际的电磁感应随钻数据传输系统的工作过程。通过实验系统的研究来发现和解决各种技术难题,为该项技术走向实用化打下基础。本文的主要工作包括:实验系统的总体方案设计、感应耦合器的特性分析及参数设计、信号的调制解调器设计、中继节电路以及相关应用程序设计。本文搭建的实验系统能够达到的最高数据传输速率为57600bit/s,可以模拟井下和地面的通信模块进行半双工通信。在不加中继节电路的情况下,信号可以经过4节模拟钻杆被接收,并且数据传输正确率高于99.9%。本文利用感应耦合器来模拟钻杆的感应接头,实现信号的耦合;以二进制频移键控方式进行信号的调制和解调,载波信号的中心频率约为260kHz。中继节电路能对衰减的信号进行中继处理,并利用模拟开关切换信号通道,实现了数据的双向传输功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 随钻测井技术
• 1.3 随钻数据传输技术
• 1.4 本课题的国内外研究现状及应用前景
• 1.4.1 国内外研究现状
• 1.4.2 应用前景
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 电磁感应接头的特性分析及参数设计
• 2.1 引言
• 2.2 电磁感应随钻数据传输系统
• 2.2.1 系统总体结构
• 2.2.2 实验系统总体方案
• 2.3 电磁感应信号传输原理
• 2.3.1 信号耦合原理
• 2.3.2 信号耦合等效模型
• 2.4 磁芯材料的选择
• 2.5 电磁场仿真
• 2.5.1 有限元分析的基本原理
• 2.5.2 Maxwell 3D涡流场仿真
• 2.6 线圈参数设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 硬件电路设计
• 3.1 引言
• 3.2 调制解调方式选择
• 3.3 调制解调器设计
• 3.3.1 调制电路设计
• 3.3.2 解调电路设计
• 3.4 中继节电路设计
• 3.4.1 放大电路
• 3.4.2 滤波电路
• 3.4.3 峰值检测电路
• 3.4.4 数据双向传输控制
• 3.5 本章小结
• 第4章 实验结果及分析
• 4.1 引言
• 4.2 实验数据统计
• 4.3 实验分析
• 4.3.1 前端阻抗匹配
• 4.3.2 三次谐波分析
• 4.3.3 滤波分析
• 4.4 钻杆结构设计
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢