本發(fā)明主要屬于隨鉆測量領(lǐng)域，具體涉及基于電場理論的近鉆頭無線短傳地面環(huán)境下標定方法。

背景技術(shù)：

隨鉆測井和鉆井作業(yè)中，近鉆頭測量可以實時獲得鉆頭的當前位置信息，從而刻畫出實時的鉆進軌跡信息，以便于地面操作工程師實時調(diào)整鉆井速度和方向，按照設(shè)定的井眼軌跡完成鉆井作業(yè)。近鉆頭測量的傳感器安裝于鉆頭和螺桿之間，由于螺桿的特殊結(jié)構(gòu)（完全是機械機構(gòu)，不具備穿線等電氣連接，除非改造螺桿結(jié)構(gòu)），近鉆頭測量單元與MWD系統(tǒng)不具有電氣連接。因此只能通過無線的方式將近鉆頭測量短節(jié)的測量數(shù)據(jù)實時傳送到螺桿上面的MWD系統(tǒng)，之后再通過泥漿脈沖發(fā)生器傳輸?shù)降孛妗?/p>

無線短傳系統(tǒng)使用發(fā)射體和接收體形成的電場實現(xiàn)無線短傳功能。發(fā)射體的正極和負極之間插入絕緣體，實現(xiàn)發(fā)射體兩部分的電氣隔離。接收體安裝于距離發(fā)射體10米處，跨過螺桿，接收體的正負極之間同樣插入絕緣體，實現(xiàn)發(fā)射體兩部分的電氣隔離。發(fā)射體正極發(fā)射的電信號經(jīng)過地層和井筒泥漿信道后，在接收體的正負極之間形成電勢差，之后通過螺桿構(gòu)成的回路，回到發(fā)射體的負極。由于地層環(huán)境和泥漿電阻率的不同，在接收體的正負極之間形成的電勢差的動態(tài)范圍很大，研發(fā)過程中，需要結(jié)合環(huán)境對不同的鉆遇地層的電阻率情況的發(fā)射功率和接收增益進行標定。但是無線短傳借助于井筒泥漿環(huán)境下的閉環(huán)電場，實現(xiàn)無線信號傳輸，井場井筒環(huán)境惡劣，實際井場實驗操作不方便，費時費力同時測試研發(fā)成本高，不能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的不同鉆遇環(huán)境下的測試，給研發(fā)帶來很大的難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明在地面仿真實際井筒環(huán)境，標定在不同的鉆遇地層的電阻率情況（在0.2歐姆米到200歐姆米的地層電阻率范圍內(nèi)）的發(fā)射功率和接收增益，完善調(diào)制和解調(diào)方法，提高無線短傳系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

基于電場理論的近鉆頭無線短傳地面環(huán)境下標定方法，所述方法用來標定基于電場理論的近鉆頭無線短傳系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括發(fā)射體和接收體，發(fā)射體和接受體跨螺桿連接，所述標定方法為將跨螺桿連接的發(fā)射體和接收體置于盛有溶液的容器中，所述溶液的電阻率值能夠調(diào)節(jié)，發(fā)射體和接收體通過金屬絲連接，構(gòu)成電場信號的回路，發(fā)射體與發(fā)射電路連接實現(xiàn)信號發(fā)射，接收體與接收電路相連實現(xiàn)信號接收，通過測量溶液不同電阻率情況下發(fā)射信號與接收信號的幅度關(guān)系實現(xiàn)發(fā)射最優(yōu)功率和接收增益的標定；

所述發(fā)射體和接收體浸沒在溶液中；

進一步地，所述溶液的電阻率值能夠在0.2歐姆米到200歐姆米內(nèi)調(diào)節(jié)。

進一步地，金屬絲為銅絲。

進一步地，所述容器的材質(zhì)為絕緣材料，避免電場信號通過容器壁傳播。

進一步地，所述發(fā)射體包括發(fā)射正極和發(fā)射負極，所述接收體包括接收正極和接收負極；

發(fā)射正極和發(fā)射負極之間插入絕緣體，實現(xiàn)發(fā)射體兩部分的電氣隔離；

接收正極和接收負極之間插入絕緣體，實現(xiàn)接收體兩部分的電氣隔離；

發(fā)射正極和發(fā)射負極分別通過導線一和導線二與發(fā)射電路連接，接收正極和接收負極分別通過導線三和導線四與接收電路相連，接收電路測量導線三和導線四之間的電勢差實現(xiàn)信號的接收；

接收電路測量導線三和導線四之間的電勢差實現(xiàn)信號接收。

進一步地，導線的長度小于10厘米，從而保證發(fā)射電路到發(fā)射體的電阻及接收體到接收電路的電阻盡量小。

進一步地，所述溶液為氯化鈉水溶液，通過調(diào)節(jié)氯化鈉的濃度來調(diào)節(jié)溶液電阻率。

進一步地，所述銅絲的直徑在1厘米以上，所述銅絲的長度不大于螺桿長度，從而保證信號回路的電阻盡量小。

進一步地，所述容器的材質(zhì)為PVC或玻璃。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

本發(fā)明的近鉆頭無線短傳地面測試環(huán)境下標定方法，可以完全替代井場環(huán)境下標定，在實驗室即可實現(xiàn)基于電場理論的近鉆頭無線短傳系統(tǒng)的研發(fā)和測試工作，環(huán)境搭建簡單，仿真的無線信道穩(wěn)定，電阻率環(huán)境修改方便，可以遍歷所有電阻率環(huán)境的井筒環(huán)境，可以加快無線短傳系統(tǒng)的研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

附圖說明

圖1、本發(fā)明標定方法搭建的地面環(huán)境裝置示意圖；

圖2、本發(fā)明標定方法搭建的地面環(huán)境電路示意圖；

圖3、溶液電阻率1.61歐姆米接收信號的示意圖；

圖4、溶液電阻率0.5歐姆米時接收信號的示意圖；

圖5、不同溶液電阻率時接收信號的示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細描述。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。

實施例1

基于電場理論的近鉆頭無線短傳地面環(huán)境下標定方法，地面環(huán)境下的系統(tǒng)搭建結(jié)構(gòu)如圖1所示，整個系統(tǒng)的發(fā)射體和接收體放置于水槽中，水槽長10米（與跨接的螺桿長度相同），寬40cm，高40cm。水槽中灌入2/3容量的鹽水溶液，鹽水的濃度可通過加入的氯化鈉晶體質(zhì)量決定，從而調(diào)節(jié)鹽水溶液的電阻率值。水槽的材質(zhì)必須為絕緣材料，PVC或者玻璃材質(zhì)，這樣可以避免電場信號通過水槽壁傳播。發(fā)射體和接收體完全浸入鹽水溶液中，都是由正極部分、負極部分和絕緣體三部分組成，整體為直徑20厘米至30厘米的圓柱體，發(fā)射負極和接收負極通過長銅絲連接，構(gòu)成電場信號的回路。銅絲直徑要求在1厘米以上，從而保證信號回路的電阻盡量小。

發(fā)射體的正極和負極通過兩根短粗的導線與發(fā)射電路連接，實際測量發(fā)射電路到發(fā)射體的正負極部分電阻小于0.1歐姆。接收體的正極和負極也需通過兩根短粗的導線與接收電路相連。接收電路測量兩導線之間的電勢差，從而實現(xiàn)信號的接收。導線選擇美標24號線，長度小于10厘米。

地面標定環(huán)境的等效電路如圖2所示，其中 Rt、Rr為外接導線引入的電阻，應(yīng)該盡量減小其值，實際中應(yīng)小于0.1歐姆，可忽略不計。Rn為發(fā)射電路的電場近端回路電阻，其阻值與水槽中鹽水溶液的電阻率成正比。Rf為發(fā)射電路的電場遠端回路電阻，其阻值與水槽中鹽水溶液的電阻率成正比。并且，Rf相比較于Rn要大得多。同時，隨著水槽中鹽水的電阻率減小，Rf/Rn的比值會成指數(shù)降低，就就會造成發(fā)射電路的電場能量大部分通過Rn近端回路，只有少部分的能量會通過Rf遠端回路。

采用上述方法對溶液不同電阻率情況下進行標定：

水槽鹽水電阻率1.61歐姆米，發(fā)射信號為32個周期的幅度為2V的1KHz正弦信號，通過水槽的發(fā)射體發(fā)出后，接收體的微弱信號經(jīng)過10萬倍的放大濾波后得到的信號如圖3所示。通過本地面測試環(huán)境，可以驗證在地層電阻率為1.6歐姆米的情況下，發(fā)射和接收信號的幅度關(guān)系，從而確定發(fā)射最優(yōu)功率和接收增益。

水槽鹽水電阻率0.9歐姆米，發(fā)射信號為32個周期的幅度為2V的1KHz正弦信號，通過水槽的發(fā)射體發(fā)出后，接收體的微弱信號經(jīng)過10萬倍的放大濾波后得到的信號如圖4所示。通過本地面測試環(huán)境，可以驗證在地層電阻率為1.6歐姆米的情況下，發(fā)射和接收信號的幅度關(guān)系，從而確定發(fā)射最優(yōu)功率和接收增益。

水槽鹽水電阻率四種，0.5-1.61歐姆米，發(fā)射信號為32個周期的幅度為2V的1KHz正弦信號，通過水槽的發(fā)射體發(fā)出后，接收體的微弱信號經(jīng)過10萬倍的放大濾波后得到的信號。將四種環(huán)境下的接收信號做對比，如圖5所示。

通過本地面測試環(huán)境下標定方法，可以驗證在地層不同電阻率的情況下，發(fā)射和接收信號的幅度關(guān)系，從而確定發(fā)射最優(yōu)功率和接收增益。