随钻测量无线短传技术的研究

发布时间：2020-04-26 19:45

【摘要】：随钻近钻头测井技术通过在紧靠钻头的位置放置多个传感器,在钻井过程中不间断检测钻孔或钻头处的地层信息,该技术能够获取未曾被泥浆介质污染侵蚀的地质参数。随钻测井技术的难点之一是绕过测传马达将钻头处采集的信息传递到随钻测量系统。采用有线传输的方式信道容易被损坏,无法保证数据传输的稳定性,无线传输方式可以获得更好的传输质量。但不同无线传输方式的传输效率受井下地层环境的影响较大,传输效率也不能得到保证,因此为提高近钻头信号传输的稳定性,研究随收发线圈无线短传技术和电信号无线短传技术在不同井下介质中的传输特性,对于提高近钻头信号的传输质量具有重要意义。本文主要研究收发线圈无线短传技术和电信号无线短传技术的基本原理,构建两种传输系统的模型,进行有限元仿真,获得两种短传技术在不同地质条件下的信号传输规律和适用条件,并进行收发线圈无线短传技术的地面试验。主要工作包括:通过电磁场的基本理论,分析井下传输介质中的电磁参数特性以及电磁波在不同介质中的衰减特性。研究收发线圈传输的基本原理,构建收发线圈传输系统的模型,确定线圈的磁环材料。研究电信号无线短传的基本原理,并分析其等效电路。根据井下设备的情况设计收发线圈的尺寸,计算收发线圈的绕线匝数,构建收发线圈短传系统的模型,并进行有限元仿真。研究发射频率、介质电导率和传输距离对接收信号的影响,发现发射频率在15KHz左右时信号的传输质量较好。进行电信号无线短传系统的仿真,分析传输距离、信号发射频率和介质电导率对接收信号的影响,发现在传输频率低于25Hz时信号的接收质量较好。通过对比两种无线短传技术的仿真结果,当介质的电导率低于5S/m时,采用收发线圈传输方式可以获得较好的接收质量,而在电导率高于5S/1n的介质中,电信号传输方式可以获得更好的接收质量。本论文搭建了无线短传测试系统,并开发测试系统的控制软件,进行收发线圈无线短传技术的地面试验。通过实验分析发现,接收信号的功率随发射功率的增大而增大,随线圈距离的增大而减小,在频率为15KHz-20KHz范围内,接收信号的功率和相位都比较稳定,是较为理想的传输频段。通过对收发线圈无线传输和电信号无线传输的仿真和实验,得到了两种无线传输技术在不同介质中的传输特性和传输频率,实现了在电导率变化的较大井况下信号的高效传输,获得了更准确的地质信息,提高了随钻测井的成功率。
【图文】：

趋肤深度,频率,硕士学位论文

ｌｊｌ东大学硕士学位论文＾邋＝９）可以看出，，当井下介质的电导率或信号的传输频率较低较小。根据式２－８和２－９可以通过ｍａｔｌａｂ得到在不同井下波的衰减系数和趋肤深度随频率的变化规律，如图２－１和２０．１４邋逦逦逦逦逦逦逦—ｒ逦ｒ逦ｒ逦逡逑—＾—邋０．００１邋Ｓ／（Ｔ５

模型图,线圈,模型,趋肤深度

从公式（２－９）可以看出，当井下介质的电导率或信号的传输频率较低时，电磁逡逑波受到的损耗较小。根据式２－８和２－９可以通过ｍａｔｌａｂ得到在不同井下介质电导率逡逑条件下，电磁波的衰减系数和趋肤深度随频率的变化规律，如图２－１和２－２所示：逡逑０．１４邋逦逦逦逦逦逦逦—ｒ逦ｒ逦ｒ逦逡逑Ｉ—＾—邋０．００１邋Ｓ／（Ｔ５１逡逑0？？逡逑Ｉ00８逡逑１邋腿逦－－’逡逑０．０４邋．邋Ｚ．逦．．．逦士－逦“逡逑ｆ逦＿一－一七一逡逑０．Ｄ２逦ｚ－Ａ邋逦－逡逑，ｒ逡逑0１逦逦逦逦逦逦逦逦逦＇逦逦逦逡逑５逦１０逦１邋５逦２０逦２５逦３０逦３５逦４０逡逑灘匈ＫＨｚ）逡逑图２－１衰减系数随频率的变化逡逑８０逦ｒ－－１逦——－－－逦逦：逦逦逦逡逑０．００１邋Ｓ／ｍ逡逑７0气逦—４—０．００ＳＳ／ｍ邋．逡逑—Ａ—邋0．0ｉｓ／ｍ逡逑６０邋－邋＇、逡逑５０逦Ｖ逦？逡逑ｉ逦、＇、逡逑0１逦■逦■逦■逦■逦■逦：逦逡逑５逦１０逦１５逦２０逦２５逦３０逦３５逦４０逡逑图２－２趋肤深度随频率的变化逡逑从上两幅图可以看出，电导率的变化对传输过程中信号的衰减系数影响很大。逡逑当传输介质的电导率较小时，趋肤深度越大，信号的穿透能力越强，同时可以看逡逑出传输信号的频率越高衰减越大。由此可以初步分析，当井下传输介质的电导率逡逑较低时，采用收发线圈无线传输方式，电磁波受到的损耗较小，接收信号的质量逡逑较好
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92;TE271

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