一种利用电磁波信号快速传输随钻测井数据的装置的制作方法

本发明涉及油气钻井随钻测井数据实时传输技术领域，特别涉及基于泥浆发电机供电的利用电磁波信号快速传输随钻测井数据的装置。

背景技术：

电磁波信号传输广泛地应用于数字通信领域中，同时已应用于油气钻井随钻测量领域，通常采取高温锂电池供电方式，编码方式与正脉冲泥浆信号传输基本一致。

电磁波信号随钻传输技术是随钻测量传输技术的一种，其主要通过大功率的发射机使得发射天线发出的电磁波信号能够在地面检测并识别。在油气钻井随钻仪器领域，随钻测井数据快速上传普遍采用旋转阀脉冲器产生连续波泥浆脉冲的方式，例如涡轮汽笛连续波脉冲发生器和摆动剪切阀式连续波脉冲器，这些方式对脉冲器硬件和信号调制精度要求较高，数据处理过程繁琐，难度大，成本较高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种基于电磁波信号传输，利用大功率发电机供电，通过DPSK编码的利用电磁波信号快速传输随钻测井数据的装置。该发明采用大功率发电机供电，减少了锂电池的使用，有利于保护环境，应用范围更广，且高传输速率更有利于降低油气钻井成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用电磁波信号快速传输随钻测井数据的装置，包括井下装置和地面装置,井下装置包括电磁波发射天线、泥浆发电机总成、整流稳压模块、天线驱动和编码模块、定向探管短节、可调伸缩连接模块和电阻率伽马短节，地面装置包括依次连接的电磁波接收天线、数据处理仪、数据解码软件和显示设备；

天线驱动和编码模块，用于将定向探管短节和电阻率伽马短节的随钻测井数据根据传输要求进行编码，和利用功率放大电路驱动电磁波发射天线，将编码数据传输至地面；

泥浆发电机总成，是井下所有设备工作的电力源，将泥浆流动的动能转换为三相交流电；

整流稳压模块，用于将发电机输出的三相交流电转换为稳定的直流电，该直流电将用于井下各功能模块的工作使用；

电磁波接收天线和数据处理仪，用于接收和处理电磁波发射天线发射的信号；

数据解码软件，用于将数据处理仪处理完成的信号进行解码并显示。

所述天线驱动和编码模块能实现多种传输速率可调，数据处理仪能实现多级信号放大可调。

所述随钻测井数据包括井斜角、方位角、工具面角、温度、电阻率值和自然伽马值。

所述电阻率值为相位差电阻率，共有4种深度的相位差电阻率，任选两种进行实时上传。

所述天线驱动和编码模块的编码采用相对相移键控，利用调制信号前后码元之间载波相对相位的变化传递数字信息，对于DPSK，相对相位差为0代表二进制的0，相对相位差为π代表二进制的1。

所述传输速率的变化是通过设置不同的载波频率来实现的，对于某一载波频率f，传输速率为(f/2)bps。

所述传输速率的设置是通过数据解码软件对天线驱动和编码模块输出的载波频率设置实现的。

本发明的有益效果是：利用大功率大电机代替锂电池，利用电磁波信号代替传统的正脉冲泥浆信号，结合DPSK编码解码方式，提高随钻测井数据的上传速率，有效促进油气钻井效率的提高。

附图说明

图1为本发明的利用电磁波信号快速传输随钻测井数据的装置的井下装置组成、供电和信号传输框图；

图2为本发明的利用电磁波信号快速传输随钻测井数据的装置的地面装置组成和信号传输框图；

图3为对本发明装置的井下部分入井前进行地面设置时，系统的组成和信号传输框图；

图4为DPSK编码解码方式传输速率和载波频率关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1-4所示，本发明的的利用电磁波信号快速传输随钻测井数据的装置，包括井下装置和地面装置,井下装置包括电磁波发射天线1、泥浆发电机总成2、整流稳压模块3、天线驱动和编码模块4、定向探管短节5、可调伸缩连接模块6和电阻率伽马短节7，地面装置包括依次连接的电磁波接收天线8、数据处理仪9、数据解码软件10和显示设备11；

天线驱动和编码模块4，用于将定向探管短节6和电阻率伽马短节7的随钻测井数据根据传输要求进行编码，和利用功率放大电路驱动电磁波发射天线1，将编码数据传输至地面；

泥浆发电机总成2，是井下所有设备工作的电力源，将泥浆流动的动能转换为三相交流电；

整流稳压模块3，用于将发电机输出的三相交流电转换为稳定的直流电，该直流电将用于井下各功能模块的工作使用；

电磁波接收天线8和数据处理仪9，用于接收和处理电磁波发射天线1发射的信号；

数据解码软件10，用于将数据处理仪处理完成的信号进行解码并显示。

所述天线驱动和编码模块4能实现多种传输速率可调，数据处理仪9能实现多级信号放大可调。

所述随钻测井数据包括井斜角、方位角、工具面角、温度、电阻率值和自然伽马值。

所述电阻率值为相位差电阻率，共有4种深度的相位差电阻率，任选两种进行实时上传。

所述天线驱动和编码模块4的编码采用相对相移键控，利用调制信号前后码元之间载波相对相位的变化传递数字信息，对于DPSK，相对相位差为0代表二进制的0，相对相位差为π代表二进制的1。

所述传输速率的变化是通过设置不同的载波频率来实现的，对于某一载波频率f，传输速率为(f/2)bps。

所述传输速率的设置是通过数据解码软件对天线驱动和编码模块输出的载波频率设置实现的。

本发明基于电磁波信号传输，利用大功率发电机供电，通过DPSK编码实现随钻测井数据快速上传的工具和实现方法。具体地说，如图1，为本发明的井下部分组成、供电和信号传输框图。包括电磁波发射天线、泥浆发电机总成、整流稳压模块、天线驱动和编码模块、定向探管短节、可调伸缩连接模块和电阻率伽马短节等部件。泥浆发电机总成是井下所有设备工作的电力源，其将泥浆流动的动能转换为三相交流电，整流稳压模块将发电机输出的三相交流电转换为稳定的直流电，该直流电将用于井下各功能模块(电阻率伽马短节和定向探管短节)的工作使用；天线驱动和编码模块一方面负责将定向探管短节和电阻率伽马短节的随钻测井数据根据传输要求进行编码，另一方面负责利用功率放大电路驱动电磁波发射天线，将编码数据传输至地面，可调伸缩连接模块位于电阻率伽马短节和定向探管短节之间。

图2为本发明装置的地面部分组成和信号传输框图，包括地面电磁波接收天线、数据处理仪、数据解码软件和显示设备等。地面电磁波接收天线和数据处理仪负责接收和处理电磁波发射天线发射的信号，数据解码软件负责根据天线驱动和编码模块的数据传输方式和载波频率将数据处理仪处理完成的信号进行解码并发送至显示设备显示。

图3为对本发明装置的井下部分入井前进行地面设置时，系统的组成和信号传输框图，数据解码软件设置完传输方式和载波频率后，通过地面设置箱给天线驱动和编码模块供电，设置传输方式、载波频率和序列信号。

图4为DPSK编码解码方式传输速率和载波频率关系图，传输速率为载波频率的1/2，根据现场数据传输速率要求设置相应的载波频率。

本发明装置使用时，包括传输速率和参数设置、井下仪器连接、地面仪器连接。传输速率和参数设置主要利用数据解码软件设置传输方式、载波频率、随钻测井参数序列，数据解码软件将这些参数下传给天线驱动和编码模块。设置天线驱动和编码模块为DPSK编码方式，载波频率为f，随钻测井数据中井斜角、方位角和温度在井下系统开始工作后发送一次，接着工具面角、两个电阻率值和伽马值四个参数交替循环发送。

依次连接井下部分的泥浆发电机总成、整流稳压模块、天线驱动和编码模块、定向探管短节、可调伸缩连接模块和电阻率伽马短节，电磁波发射天线连接在天线驱动和编码模块4上，整流稳压模块3还连接在电阻率伽马短节7和定向探管短节5上。

依次连接地面部分的电磁波接收天线、数据处理仪、数据解码软件和显示设备。

井下部分入井后，通过泥浆的循环流动带动发电机发电，整流稳压模块的转换将发电机发出的交流电进行交直流转换和稳压，输出至井下各用电模块，定向探管短节和电阻率伽马短节将其测量的随钻测井数据传给天线驱动和编码模块，天线驱动和编码模块根据设定的传输方式、载波频率和传输序列驱动电磁波发射天线向地面发射电磁波信号，经地面电磁波接收天线、数据处理仪、数据解码软件进行数据接收、处理、解码并在计算机上实时显示出来。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。