一種用于有桿采油井的井下參數(shù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于計(jì)量測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種有桿采油井井下參數(shù)傳輸系統(tǒng)，利用瞬變電磁傳輸井下參數(shù)的方法，提供一種高速、實(shí)時(shí)傳輸有桿采油井井下參數(shù)的傳輸系統(tǒng)，解決深井條件下井下傳感器參數(shù)無(wú)法實(shí)時(shí)傳輸?shù)膯?wèn)題。井下發(fā)射部分由井下發(fā)射控制組件、長(zhǎng)接頭艙、發(fā)射線圈、鐵芯和短接頭艙組成，井下發(fā)射部分包含井下發(fā)射控制組件、長(zhǎng)接頭艙、發(fā)射線圈、鐵芯和短接頭艙；地面接收處理部分包含接收線圈、前置放大器、可變?cè)鲆娣糯笃?、瞬變電磁信?hào)取樣積分電路、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波器和數(shù)據(jù)分析處理終端；系統(tǒng)的設(shè)備組成簡(jiǎn)單、容易制造和安裝，能夠在超過(guò)4000米深油井實(shí)現(xiàn)井下參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸，且傳輸速度大于1kb/s。
【專利說(shuō)明】一種用于有桿采油井的井下參數(shù)傳輸系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)量測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種有桿采油井井下參數(shù)傳輸系統(tǒng)，可將油井地層以下指定部位諸如溫度、壓力以及抽油桿受力狀況等參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸至井口，滿足地面實(shí)時(shí)分析、處理需求。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)今采油工程中，有桿采油井在機(jī)械采油中所占比例高達(dá)90%以上，雖然近些年來(lái)出現(xiàn)了無(wú)桿采油井，但是依然難以撼動(dòng)有桿采油井的主導(dǎo)地位。隨著石油消耗劇增，石油資源開發(fā)加快，并且向著深層、復(fù)雜地層掘進(jìn)，復(fù)雜工況導(dǎo)致有桿采油系統(tǒng)故障率大大增力口。近些年來(lái)，伴隨油田勘探開發(fā)的不斷深入，油井深度不斷刷新，目前已經(jīng)出現(xiàn)達(dá)萬(wàn)米的深油井，這種情況下井下采油設(shè)備工況變得更加惡劣，出現(xiàn)故障幾率增大，以抽油桿為例，深井條件下抽油桿遇到的大斜度、大深度和高磨損加劇其磨損，其發(fā)生腐蝕、磨蝕、脫和疲勞斷裂的幾率較一般油井高出40%以上，雖然目前關(guān)于抽油桿力學(xué)參數(shù)與磨損檢測(cè)裝置不少，并且都能很好的反應(yīng)抽油桿狀況變化，但由于油井深度和環(huán)境的局限，這些寶貴數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)傳到井口，通用做法是將油井停產(chǎn)，然后取出位于數(shù)千米深處的測(cè)量裝置，連接上位機(jī)，導(dǎo)出存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這使得每次檢測(cè)都要耗費(fèi)大量的資金，另外是否要停產(chǎn)導(dǎo)出檢測(cè)數(shù)據(jù)完全靠技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)判斷，這種情況下錯(cuò)過(guò)發(fā)現(xiàn)故障的最佳時(shí)間也就不足為怪。因此努力找到一種可靠的實(shí)時(shí)井下數(shù)據(jù)傳輸辦法是眾多國(guó)內(nèi)外石油公司研發(fā)部門夢(mèng)寐以求的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]有線傳輸本應(yīng)是傳輸數(shù)據(jù)最可靠的方式，但是由于抽油桿是套在油管內(nèi)，且油管內(nèi)徑通常小于52mm，桿外徑為48mm左右，油管與油桿之間縫隙很小，并且抽油桿在工作時(shí)上下沖程運(yùn)動(dòng)距離通常為2?3米，并且伴有強(qiáng)烈摩擦，這種工況下傳輸線很容易被磨斷，所以布置信號(hào)線傳輸參數(shù)的方案是不可靠的。
[0004]無(wú)線傳輸被認(rèn)為解決抽油桿井下測(cè)量信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)淖罾硐胪緩?，目前有關(guān)井下無(wú)線傳輸?shù)某Ｓ梅椒ㄓ卸N:一種為泥漿或水脈沖遙測(cè)技術(shù)，另一種為電磁波隨鉆遙測(cè)技術(shù)。其中泥漿或水脈沖技術(shù)是用機(jī)械的方法瞬時(shí)堵塞或開啟泥漿或水流流動(dòng)通道產(chǎn)生液壓脈沖，通過(guò)液壓脈沖來(lái)傳遞數(shù)據(jù)，該技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用于鉆井?dāng)?shù)據(jù)傳輸，該技術(shù)的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速度慢，并且只有在泥漿或水正常流動(dòng)時(shí)才能工作，而現(xiàn)實(shí)條件部分油井無(wú)法產(chǎn)生流動(dòng)泥漿或液體，進(jìn)而無(wú)法在所有采油井中推廣，且目前該方式在油井中的可靠傳輸距離小于2000m ;就電磁波隨鉆遙測(cè)技術(shù)而言,其單一電磁信號(hào)傳輸井下抽油桿測(cè)量信息時(shí)，由于受到衰減、噪聲和多徑效應(yīng)等因素影響，信號(hào)出現(xiàn)失真或差錯(cuò)現(xiàn)象嚴(yán)重，在大斜度井和水平井中這種影響尤為顯著，目前該方式的可靠傳輸距離不足1000m。
[0005]總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外在有桿采油井井下參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸方面還處于起步階段，急需出現(xiàn)新的解決方案。關(guān)于油井井下參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題已是眾多采油技術(shù)人員亟待解決的一項(xiàng)技術(shù)難題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]1、本發(fā)明的目的是:以地層為信號(hào)傳播導(dǎo)體，利用瞬變電磁傳輸井下參數(shù)的方法，提供一種高速、實(shí)時(shí)傳輸有桿米油井井下參數(shù)的傳輸系統(tǒng)，解決深井條件下井下傳感器參數(shù)無(wú)法實(shí)時(shí)傳輸?shù)膯?wèn)題。
[0007]2、本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于有桿采油井井下參數(shù)傳輸系統(tǒng)，由井下發(fā)射部分和地面接收處理部分組成。井下發(fā)射部分由井下發(fā)射控制組件、長(zhǎng)接頭艙、發(fā)射線圈、鐵芯和短接頭艙組成，地面接收處理部分包含接收線圈、前置放大器、可變?cè)鲆娣糯笃?、瞬變電磁信?hào)取樣積分電路、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波器和數(shù)據(jù)分析處理終端，它們之間的關(guān)系是:長(zhǎng)接頭艙和短接頭艙通過(guò)螺紋密封連接形成井下發(fā)射部分的機(jī)體，然后通過(guò)螺紋與抽油桿連接，使井下發(fā)射部分在深井中具有穩(wěn)定和可靠的工作環(huán)境，長(zhǎng)接頭艙和短接頭艙內(nèi)部所組成的穩(wěn)定空腔用于安裝對(duì)工作環(huán)境要求較高的井下發(fā)射控制組件、發(fā)射線圈和鐵芯，井下發(fā)射控制組件從傳感器獲取參數(shù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)理、轉(zhuǎn)換處理，形成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于井下大容量存儲(chǔ)器以備份，同時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行載頻、調(diào)理、信號(hào)放大等處理，形成雙極性矩形波激勵(lì)信號(hào)并傳輸給發(fā)射線圈，發(fā)射線圈纏繞在鐵芯外部，鐵芯未繞線端經(jīng)過(guò)絕緣處理后插入短接頭艙內(nèi)，組成可靠的地下低頻發(fā)射構(gòu)成，將井下發(fā)射控制組件產(chǎn)生的雙極性矩形波的激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)化為有用電磁信號(hào)發(fā)射出去，電磁信號(hào)穿過(guò)油管和套管傳輸至地層，以地層為導(dǎo)體傳輸至地面，地面接收處理部分通過(guò)埋藏在地表油井口附近的接收線圈，捕獲來(lái)自地層深處的低頻瞬變電磁信號(hào)，依次經(jīng)過(guò)前置放大器、可變?cè)鲆娣糯笃?、積分采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波器和數(shù)據(jù)分析處理終端等處理后，得到井下傳輸?shù)膮?shù)。
[0008]所述的井下發(fā)射部分包含井下發(fā)射控制組件、長(zhǎng)接頭艙、發(fā)射線圈、鐵芯和短接頭艙，長(zhǎng)接頭艙和短接頭艙通過(guò)螺紋密封連接形成井下發(fā)射部分的機(jī)體，其內(nèi)腔涂隔熱層，減小油井高溫對(duì)機(jī)體內(nèi)部空腔的影響；機(jī)體通過(guò)螺紋與抽油桿連接，為井下發(fā)射部分在深井中創(chuàng)造穩(wěn)定和可靠的發(fā)射環(huán)境，機(jī)體內(nèi)部空腔安裝井下發(fā)射控制組件、發(fā)射線圈和鐵芯；井下發(fā)射控制組件從傳感器獲取參數(shù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)理、轉(zhuǎn)換處理，形成數(shù)組信號(hào)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于井下大容量存儲(chǔ)器以備份，同時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行載頻、調(diào)理、信號(hào)放大等處理，形成雙極性矩形波的激勵(lì)信號(hào)；發(fā)射線圈主要作用是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，為了增強(qiáng)發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，采用多匝數(shù)小線圈，安裝時(shí)要求在發(fā)射線圈內(nèi)部放置鐵芯，并發(fā)射線圈纏繞在鐵芯上，鐵芯一段經(jīng)過(guò)絕緣處理后插入短接頭艙，形成可靠的地下發(fā)射構(gòu)成，將井下發(fā)射控制組件產(chǎn)生的雙極性矩形波的激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)化為有用信號(hào)并發(fā)射至地層中。
[0009]所述的井下發(fā)射控制組件由FPGA控制器、大容量存儲(chǔ)器、大容量蓄電池、電源控制電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換、功率放大器和發(fā)射開關(guān)電路組成。FPGA控制器為井下發(fā)射部分的中樞神經(jīng)，負(fù)責(zé)向大容量存儲(chǔ)器備份要發(fā)射傳感器參數(shù)、協(xié)調(diào)大容量蓄電池滿足系統(tǒng)組成部分的電力需求以及控制井下發(fā)射部分與外界的數(shù)據(jù)交換，另外其還負(fù)責(zé)設(shè)定井下發(fā)射部分的發(fā)射頻率和待機(jī)時(shí)間，并且依據(jù)地層電阻率調(diào)節(jié)發(fā)射頻率以及發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度；大容量存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)已經(jīng)或是將要發(fā)射傳輸?shù)膮?shù)，起數(shù)據(jù)備份的作用，當(dāng)抽油桿從油井中取出檢修的時(shí)候，可從井下發(fā)射部分導(dǎo)出已經(jīng)傳輸數(shù)據(jù)，與已經(jīng)接受數(shù)據(jù)比對(duì)，修正接受的數(shù)據(jù)并依此判斷傳輸系統(tǒng)的狀況；大容量蓄電池為井下發(fā)射部分的能量源，負(fù)責(zé)提供各個(gè)組成部分的電力供應(yīng)，宜使用容量大、體積小的鋰電池；電源控制電路依據(jù)各個(gè)部分的電壓需求，負(fù)責(zé)提供需求的電力供應(yīng)，另外對(duì)井下發(fā)射部分的工作電源應(yīng)嚴(yán)格管理以實(shí)現(xiàn)低功耗、長(zhǎng)時(shí)間工作；信號(hào)調(diào)理電路負(fù)責(zé)將來(lái)自井下傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為FPGA控制器要求的范圍，之后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，傳輸至FPGA控制器共處理；發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換將FPGA控制器輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；功率放大器用于增大激勵(lì)信號(hào)強(qiáng)度，系統(tǒng)具有較深的傳輸能力的保證來(lái)源于發(fā)射線圈產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度，本系統(tǒng)解決這一問(wèn)題的方法之一就是加大發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射電流強(qiáng)度，而這正是設(shè)置功率發(fā)達(dá)器的目的；發(fā)射開關(guān)電路是瞬變電磁傳輸法的核心部分，由四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管及發(fā)射線圈組成控制橋路組成，主要進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換、實(shí)現(xiàn)雙極性矩形波的輸出。
[0010]所述的發(fā)射線圈在本系統(tǒng)中的主要作用是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，將激勵(lì)源產(chǎn)生的瞬變信號(hào)轉(zhuǎn)化為有用信號(hào)并發(fā)射至地層中；發(fā)射線圈材料選用線直徑為0.3_左右的銅導(dǎo)線，用漆包線繞制；發(fā)射線圈設(shè)計(jì)為多匝小線圈，匝數(shù)為50?100匝；在發(fā)射線圈內(nèi)部放置鐵芯增強(qiáng)發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，鐵芯一端經(jīng)過(guò)絕緣處理后插入短接頭艙小孔內(nèi)，形成可靠的地下發(fā)射單元。所述的長(zhǎng)接頭艙與短接頭艙的兩端都具有螺紋用于他們之間相互組合以及與抽油桿連接，形成井下發(fā)射部分的機(jī)體，由于井下發(fā)射部分需要長(zhǎng)期工作于井下，并且井下工作空間有限、工作環(huán)境十分惡略，有高溫、高壓以及較強(qiáng)的腐蝕性等，所以機(jī)體的好壞直接影響井下發(fā)射部分可靠性與穩(wěn)定性。
[0011]所述的地面接收處理部分包含接收線圈、前置放大器、變?cè)鲆娣糯笃?、瞬變電磁信?hào)取樣積分電路、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波器和數(shù)據(jù)分析處理終端。井下發(fā)射部分發(fā)射出的瞬變電磁以大地作為傳播導(dǎo)體向地面?zhèn)鞑?，其產(chǎn)生的瞬變電磁信號(hào)具有較寬的頻譜，同時(shí)包含低頻和高頻成分，而高頻成分信號(hào)在透過(guò)油管穿越套管時(shí)會(huì)被金屬材料的套管所屏蔽一部分，在地層中會(huì)消耗剩下部分，傳到地面時(shí)高頻成分所剩無(wú)幾，但信號(hào)中的低頻成分能夠有效穿透套管進(jìn)入地層進(jìn)而傳輸至地面，沿著地層傳輸?shù)乃沧兊皖l電磁信號(hào)會(huì)在油井附近形成電勢(shì)差，通過(guò)地面油井附近埋藏接收線圈捕捉低頻電磁信號(hào)；前置放大器包括電磁信號(hào)通道的信號(hào)調(diào)理器和干擾信號(hào)的信號(hào)調(diào)理器，用于對(duì)電磁信號(hào)和干擾信號(hào)的調(diào)理，濾除工頻干擾，進(jìn)行抗混疊濾波；變?cè)鲆娣糯笃魍ㄟ^(guò)改變接收增益，調(diào)整所接受的變低頻信號(hào)動(dòng)態(tài)變化范圍，使接收信號(hào)的功勞趨于穩(wěn)定，以便信號(hào)采樣提?。凰沧冸姶判盘?hào)取樣積分電路為地面接收處理部分的關(guān)鍵一環(huán)。為了將接收信號(hào)可靠的記錄下來(lái)，要求系統(tǒng)具有較高的靈敏度，但由于瞬變電磁晚期信號(hào)量級(jí)已達(dá)微伏級(jí)甚至更低，所以接收機(jī)的實(shí)際接收精度至少要達(dá)到這個(gè)水平，由于油氣井瞬變電磁裝置中通常使用占空比為I的雙極性脈沖電流作為激勵(lì)源，所以接收線圈上產(chǎn)生的原始信號(hào)也為雙極性信號(hào)，這樣經(jīng)過(guò)瞬變電磁信號(hào)取樣積分電路處理后的輸出值對(duì)于有用信號(hào)而言將得到累加的結(jié)果，而對(duì)于慢衰變的噪聲信號(hào)而言，由于正、負(fù)半周期內(nèi)的采樣值符號(hào)相反，兩者相加將互相抵消，從而大大降低了干擾電平，取樣門由周期性觸發(fā)脈沖控制，從而將多個(gè)周期的瞬變電磁響應(yīng)信號(hào)逐次累加保持下來(lái);A/D轉(zhuǎn)換用于將取樣后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；數(shù)字濾波器用于濾除超低頻成分以及少量殘留的高頻成分所產(chǎn)生的影響；數(shù)據(jù)分析處理終端包含對(duì)井下傳輸?shù)膮?shù)進(jìn)行還原處理、分析、打印和存儲(chǔ)。
[0012]3、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0013](I)瞬變低頻電磁傳輸在地層中具有較強(qiáng)的穿透性，且信號(hào)傳輸穩(wěn)定性好，使的本系統(tǒng)能夠在超過(guò)4000米深油井實(shí)現(xiàn)井下參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸，且傳輸速度大于lkb/s ；
[0014](2)設(shè)備組成簡(jiǎn)單，容易制造、安裝，且由于井下發(fā)射部分與抽油桿連接，近似取代節(jié)箍的連接作用，因此安裝本傳輸系統(tǒng)不需要對(duì)抽油裝置進(jìn)行適應(yīng)性改造，更不會(huì)對(duì)油井抽油工作產(chǎn)生干擾。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為井下發(fā)射部分主要組件的外形結(jié)構(gòu)；
[0016]圖2為井下發(fā)射部分主要組件的外形結(jié)構(gòu)的A-A剖視示意圖；
[0017]圖3傳輸系統(tǒng)的組成；
[0018]圖4為發(fā)射開關(guān)橋路；
[0019]圖5為接收積分采樣電路
[0020]圖中符號(hào)說(shuō)明如下:
[0021]I一井下發(fā)射控制組件；2—長(zhǎng)接頭艙；3—發(fā)射線圈；4一鐵芯；5—短接頭艙；6—抽油桿；7—接收線圈；8—前置放大器；9一可變?cè)鲆娣糯笃鳎?0—瞬變電磁信號(hào)取樣積分電路；11 一A/D轉(zhuǎn)換器；12—數(shù)字濾波器；13—數(shù)據(jù)分析處理終端；14一極性開關(guān)；15—前置運(yùn)算放大器；16—門；17—觸發(fā)
[0022]101—FPGA控制器；102—大容量存儲(chǔ)器；103—大容量蓄電池；104—電源控制電路；105—信號(hào)調(diào)理電路；106—傳感器信號(hào)；107—A/D轉(zhuǎn)換器；108—發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換；109—功率放大器；1010—發(fā)射開關(guān)電路
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員能夠清楚理解本發(fā)明的技術(shù)方案，現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]一種用于有桿采油井井下參數(shù)傳輸系統(tǒng)，由井下發(fā)射部分和地面接收處理部分組成。如圖1所示，井下發(fā)射部分外形如抽油桿節(jié)箍，呈圓筒狀，兩端連接抽油桿6，內(nèi)部安裝對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格的電子器件；如圖2所示，井下發(fā)射部分由井下發(fā)射控制組件1、長(zhǎng)接頭艙2、發(fā)射線圈3、鐵芯4和短接頭艙5組成，長(zhǎng)接頭艙2和短接頭艙5通過(guò)螺紋密封連接形成井下發(fā)射部分的機(jī)體，然后通過(guò)螺紋與抽油桿連接，長(zhǎng)接頭艙2和短接頭艙5內(nèi)部所組成的穩(wěn)定空腔用于安裝對(duì)工作環(huán)境要求較高的井下發(fā)射控制組件1、發(fā)射線圈3和鐵芯4。
[0025]所述的發(fā)射線圈3在本系統(tǒng)中的主要作用是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，將激勵(lì)源產(chǎn)生的瞬變信號(hào)轉(zhuǎn)化為有用信號(hào)并發(fā)射至地層中；發(fā)射線圈3材料選用線直徑為0.3_左右的銅導(dǎo)線，用漆包線繞制；發(fā)射線圈3設(shè)計(jì)為多匝小線圈，匝數(shù)為50?100匝；在發(fā)射線圈3內(nèi)部放置鐵芯4增強(qiáng)發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，鐵芯4 一端經(jīng)過(guò)絕緣處理后插入短接頭艙5小孔內(nèi)，形成可靠的地下發(fā)射單元。
[0026]如圖3所示，所述的井下發(fā)射控制組件由FPGA控制器101、大容量存儲(chǔ)器102、大容量蓄電池103、電源控制電路104、信號(hào)調(diào)理電路105、A/D轉(zhuǎn)換器107、發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換108、功率放大器109和發(fā)射開關(guān)電路1010組成。FPGA控制器101為井下發(fā)射部分的中樞神經(jīng)，負(fù)責(zé)向大容量存儲(chǔ)器102備份要發(fā)射傳感器參數(shù)、協(xié)調(diào)大容量蓄電池103滿足系統(tǒng)組成部分的電力需求以及控制井下發(fā)射部分與外界的數(shù)據(jù)交換，另外其還負(fù)責(zé)設(shè)定井下發(fā)射部分的發(fā)射頻率和待機(jī)時(shí)間，并且依據(jù)地層電阻率調(diào)節(jié)發(fā)射頻率以及發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度；大容量存儲(chǔ)器102用于存儲(chǔ)已經(jīng)或是將要發(fā)射傳輸?shù)膮?shù)，當(dāng)抽油桿從油井中取出檢修的時(shí)候，可從井下發(fā)射部分導(dǎo)出已經(jīng)傳輸數(shù)據(jù)，與已經(jīng)接受數(shù)據(jù)比對(duì)修正接受的數(shù)據(jù)并依此判斷傳輸系統(tǒng)的狀況；大容量蓄電池103為井下發(fā)射部分的能量源，負(fù)責(zé)提供各個(gè)組成部分的電力供應(yīng)，使用容量大、體積小的鋰電池；電源控制電路104依據(jù)各個(gè)部分的電壓需求，負(fù)責(zé)提供需求的電力供應(yīng)，另外對(duì)井下發(fā)射部分的工作電源應(yīng)嚴(yán)格管理以實(shí)現(xiàn)低功耗、長(zhǎng)時(shí)間工作；信號(hào)調(diào)理電路105負(fù)責(zé)將來(lái)自井下傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為FPGA控制器要求的范圍，之后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，傳輸至FPGA控制器共處理；發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換108將FPGA控制器輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；功率放大器109用于增大激勵(lì)信號(hào)強(qiáng)度，系統(tǒng)具有較深的傳輸能力的保證來(lái)源于發(fā)射線圈產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度，本系統(tǒng)解決這一問(wèn)題的方法之一就是設(shè)置功率發(fā)達(dá)器增大發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射電流強(qiáng)度；信號(hào)調(diào)理電路105、A/D轉(zhuǎn)換器107、發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換108、功率放大器109均可采用已知技術(shù)。
[0027]所述的發(fā)射開關(guān)電路1010是瞬變電磁傳輸?shù)暮诵牟糠?，主要進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換、實(shí)現(xiàn)雙極性矩形波的輸出，如圖4所示，它由四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管kl?k4及發(fā)射線圈&組成控制橋路組成，當(dāng)kl和k4組成的橋路導(dǎo)通時(shí)，發(fā)射線圈中的電流為正，當(dāng)k2和k3組成的橋路導(dǎo)通時(shí)，發(fā)射線圈中的電流為負(fù)，當(dāng)兩組橋路交替導(dǎo)通時(shí)，發(fā)射線圈就會(huì)出現(xiàn)正負(fù)交替的電流，另外由于金屬套管對(duì)電磁波存在屏蔽作用，這就要求發(fā)射功率足夠大，本系統(tǒng)的發(fā)射線圈的發(fā)射電流幅度應(yīng)限制在IA?3A，為了實(shí)現(xiàn)大電流發(fā)射和快速關(guān)斷，kl、k2、k3和k4選用場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0028]如圖3所示，所述的地面接收處理部分包含接收線圈7、前置放大器8、可變?cè)鲆娣糯笃?、瞬變電磁信號(hào)取樣積分電路10、A/D轉(zhuǎn)換11、數(shù)字濾波器12和數(shù)據(jù)分析處理終端13。井下發(fā)射部分發(fā)射出的瞬變電磁以大地作為傳播導(dǎo)體向地面?zhèn)鞑?，其產(chǎn)生的瞬變電磁信號(hào)具有較寬的頻譜，同時(shí)包含低頻和高頻成分，而高頻成分信號(hào)在透過(guò)油管穿越套管時(shí)會(huì)被金屬材料的套管所屏蔽一部分，在地層中會(huì)消耗剩下部分，傳到地面時(shí)高頻成分所剩無(wú)幾，但信號(hào)中的低頻成分能夠有效穿透套管進(jìn)入地層進(jìn)而傳輸至地面，沿著地層傳輸?shù)乃沧兊皖l電磁信號(hào)會(huì)在油井附近形成電勢(shì)差，通過(guò)地面油井附近埋藏接收線圈7捕捉低頻電磁信號(hào)；前置放大器8包括電磁信號(hào)通道的信號(hào)調(diào)理器和干擾信號(hào)的信號(hào)調(diào)理器，用于對(duì)電磁信號(hào)和干擾信號(hào)的調(diào)理，濾除工頻干擾，進(jìn)行抗混疊濾波；變?cè)鲆娣糯笃?通過(guò)改變接收增益，調(diào)整所接受的變低頻信號(hào)動(dòng)態(tài)變化范圍，使接收信號(hào)的功勞趨于穩(wěn)定，以便信號(hào)采樣提?。籄/D轉(zhuǎn)換11用于將取樣后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；數(shù)字濾波器12用于濾除超低頻成分以及少量殘留的高頻成分所產(chǎn)生的影響；前置放大器8、可變?cè)鲆娣糯笃?、A/D轉(zhuǎn)換11、數(shù)字濾波器12均可采用已知技術(shù)；數(shù)據(jù)分析處理終端13前置放大器8、可變?cè)鲆娣糯笃?、A/D轉(zhuǎn)換11、數(shù)字濾波器12均可采用已知技術(shù)；數(shù)據(jù)分析處理終端13包含對(duì)井下傳輸?shù)膮?shù)進(jìn)行還原處理、分析、打印和存儲(chǔ)。
[0029]所述的瞬變電磁信號(hào)取樣積分電路10為地面接收處理部分的關(guān)鍵一環(huán)，其電路原理如圖5所示。圖中，Vi為所接受的經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)電壓，V。為電容器C兩端的輸出電壓，接收線圈為雙極性信號(hào)，當(dāng)負(fù)極性瞬變電磁信號(hào)進(jìn)入積分器時(shí)，極性開關(guān)14換向倒向，使得進(jìn)入取樣積分器的信號(hào)始終為正值，經(jīng)過(guò)這種由前置運(yùn)算放大器15處理后的輸出值對(duì)于有用信號(hào)而言將得到累加的結(jié)果，而對(duì)于慢衰變的噪聲信號(hào)而言，由于正、負(fù)半周期內(nèi)的采樣值符號(hào)相反，兩者相加將互相抵消，從而大大降低了干擾電平，取樣門16由觸發(fā)17周期性觸發(fā)脈沖控制，從而將多個(gè)周期的瞬變電磁響應(yīng)信號(hào)逐次累加保持下來(lái)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于有桿采油井的井下參數(shù)傳輸系統(tǒng)，包含井下發(fā)射部分和地面接收處理部分，其特征在于: (1)井下發(fā)射部分由井下發(fā)射控制組件1、長(zhǎng)接頭艙2、發(fā)射線圈3、鐵芯4和短接頭艙5組成，地面接收處理部分包含接收線圈7、前置放大器8、可變?cè)鲆娣糯笃?、瞬變電磁信號(hào)取樣積分電路10、A/D轉(zhuǎn)換11、數(shù)字濾波器12和數(shù)據(jù)分析處理終端13 ;長(zhǎng)接頭艙2和短接頭艙5通過(guò)螺紋密封連接形成井下發(fā)射部分的機(jī)體，然后通過(guò)螺紋與抽油桿6連接，使井下發(fā)射部分在深井中具有穩(wěn)定和可靠的工作環(huán)境，長(zhǎng)接頭艙2和短接頭艙5內(nèi)部所組成的穩(wěn)定空腔用于安裝對(duì)工作環(huán)境要求較高的井下發(fā)射控制組件1、發(fā)射線圈3和鐵芯4，井下發(fā)射控制組件I從傳感器獲取參數(shù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)理、轉(zhuǎn)換處理，形成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于井下大容量存儲(chǔ)器102以備份，同時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行載頻、調(diào)理、信號(hào)放大等處理，形成雙極性矩形波激勵(lì)信號(hào)并傳輸給發(fā)射線圈3，發(fā)射線圈3纏繞在鐵芯4外部，鐵芯4未繞線端經(jīng)過(guò)絕緣處理后插入短接頭艙5內(nèi)，組成可靠的地下低頻發(fā)射構(gòu)成，將井下發(fā)射控制組件I產(chǎn)生的雙極性矩形波的激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)化為有用電磁信號(hào)發(fā)射出去，電磁信號(hào)穿過(guò)油管和套管傳輸至地層，以地層為導(dǎo)體傳輸至地面，地面接收處理部分通過(guò)埋藏在地表油井口附近的接收線圈7，捕獲來(lái)自地層深處的低頻瞬變電磁信號(hào)，依次經(jīng)過(guò)前置放大器8、可變?cè)鲆娣糯笃?、信號(hào)取樣積分電路10、A/D轉(zhuǎn)換11、數(shù)字濾波器12和數(shù)據(jù)分析處理終端13處理后，得到井下傳輸?shù)膮?shù)； (2)井下發(fā)射控制組件由FPGA控制器101、大容量存儲(chǔ)器102、大容量蓄電池103、電源控制電路104、信號(hào)調(diào)理電路105、A/D轉(zhuǎn)換器107、發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換108、功率放大器109和發(fā)射開關(guān)電路1010組成； (3)發(fā)射開關(guān)電路1010是瞬變電磁傳輸法的核心部分，主要進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換、實(shí)現(xiàn)雙極性矩形波的輸出，它由四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管kl?k4及發(fā)射線圈RL組成控制橋路組成，其中kl和k4、k2和k3組成橋路，橋路交替導(dǎo)通，發(fā)射線圈就會(huì)出現(xiàn)正負(fù)交替的電流,另外由于金屬套管對(duì)電磁波存在屏蔽作用，這就要求發(fā)射功率足夠大，本系統(tǒng)的發(fā)射線圈接收的激勵(lì)源發(fā)射電流幅度應(yīng)限制在IA?3A，為了實(shí)現(xiàn)大電流發(fā)射和快速關(guān)斷，kl、k2、k3和k4選用場(chǎng)效應(yīng)晶體管； (4)瞬變電磁信號(hào)取樣積分電路10為地面接收處理部分的關(guān)鍵一環(huán)，其收到的為雙極性信號(hào)，當(dāng)負(fù)極性瞬變電磁信號(hào)進(jìn)入時(shí)，極性開關(guān)14換向倒向，使得進(jìn)入取樣積分器的信號(hào)始終為正值；經(jīng)過(guò)這種由前置運(yùn)算放大器15處理后的輸出值對(duì)于有用信號(hào)而言將得到累加的結(jié)果，而對(duì)于慢衰變的噪聲信號(hào)，由于正、負(fù)半周期內(nèi)的采樣值符號(hào)相反，兩者相加將互相抵消，從而大大降低了干擾電平；取樣門16由觸發(fā)17周期性觸發(fā)脈沖控制，將多個(gè)周期的瞬變電磁響應(yīng)信號(hào)逐次累加保持下來(lái)。
【文檔編號(hào)】E21B47/13GK103498667SQ201310484707
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】王中宇, 李強(qiáng), 李丹 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)