井间电磁接收系统的制作方法
【专利摘要】井间电磁接收系统，由通讯传感短节、电磁接收电子线路短节、阵列电磁感应接收探头、电磁监测短节连接组成后通过电缆与井间电磁接收地面测井系统连接。通讯传感短节负责接收地面测井系统与井下仪器之间的通讯、自然伽马与井斜方位数据的采集与处理；电磁接收电子线路短节负责对来自阵列电磁感应接收探头的微弱电磁感应信号进行放大、滤波、陷波、校正、数字化、信号处理及相关控制，计算电磁感应信号的幅度与相位；阵列电磁感应接收探头由多个电磁感应接收天线组成，负责微弱电磁感应信号的监测与接收；电磁监测短节负责电磁监测信号的发射。其能够完成裸眼井间距达到500米，金属套管井间距达到200米电磁波的发射，灵敏度为Pt级，耐压138Mpa，耐温125℃。
【专利说明】
井间电磁接收系统
技术领域
[0001]本发明属于测井装置领域的一种井间电磁发射系统，是用于在井下接收经地层衰减和移相后的微弱电磁感应信号。
现有技术
[0002]传统的电磁感应测井中，电磁感应发射线圈发射几千至几百千赫兹的中、低频电磁波进入地层，然后通过接收线圈接收经地层衰减和移相后的电磁感应信号，这种接收技术中线圈一般采用空芯结构，由接收线圈系和接收放大处理电路组成。其缺点为:微弱信号接收能力差、探测深度浅，一般只有几分米到几米的探测距离，根本无法接收经金属套管和深处地层衰减后的微弱电磁感应信号，无法实现过套管、远探测和井间探测的感应测井。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了确保远离电磁源的穿过金属套管微弱电磁感应信号的高灵敏度井下接收与处理，提出一种井间电磁接收系统。
[0004]井间电磁发射系统、井间电磁接收系统、井间电磁测量时间同步系统和井间电磁反演是井间电磁测量中四项关键组成技术，其中井间电磁接收系统负责井间电磁波的接收与监测。
[0005]本发明的技术方案是:
井间电磁接收系统，由通讯传感短节、电磁接收电子线路短节、阵列电磁感应接收探头、电磁监测短节连接组成后通过电缆与井间电磁接收地面测井系统连接；其中，通讯传感短节包括电源模块、信号恢复与驱动模块、CPU模块、模拟信号采集模块和传感器模块，是把来自井间电磁接收地面系统的指令进行解码，并根据解码结果对包括温度、自然伽马、井斜方位数据进行采集、编码驱动上传至井间电磁接收地面测井系统；电磁接收电子线路短节包括电源模块、通讯模块、AD与DSP模块、信号监测模块和模拟信号处理模块，是把来自井间电磁接收地面系统的同步时钟信号进行恢复后，进行锁相分频，产生接收同步信号，根据井间电磁接收地面测井系统下发的指令采集来自阵列电磁感应接收探头的数据，对来自阵列电磁感应接收探头的温度、电磁感应信号等信息进行采集、数字化处理，并由通讯传感短节编码驱动后上传至井间电磁接收地面测井系统；所述阵列电磁感应接收探头由多个电磁感应接收短节组成；所述电磁监测短节由监测接口、驱动模块和监测天线组成，监测接口和驱动模块对来自电磁接收电子线路短节的发射信号进行时序校正、放大并驱动监测天线发射信号，监测天线发射电磁监测信号。
[0006]上述方案还包括:
所述通讯传感短节，其中:电源模块把来自电缆的高压交流电经过整流、滤波产生低压直流电供给信号恢复与驱动模块、CPU处理模块、模拟信号采集模块、传感器模块；信号恢复与驱动模块除了对来自井间电磁接收地面测井系统的信号进行放大、滤波、整形，还把发往井间电磁接收地面测井系统的数据进行调制、驱动；CPU模块负责井下与地面数据的编码、解码，并根据编解码信息对仪器进行相应控制，并对来自模拟信号采集模块的信号进行数字处理；模拟信号采集模块对包括通讯短节温度、自然伽马、加速度计、磁力计模拟信号的滤波、缓冲、采集与数字化；传感器模块主要由温度、自然伽马、加速度计、磁力计井组成；
所述电磁接收电子线路短节，其中:电源模块把来自电缆的高压交流电经过整流、滤波产生低压直流电供给通讯模块、AD与DSP模块、信号监测模块、模拟信号处理模块；通讯模块负责对数据进行编解码；AD与DSP模块根据井间电磁接收地面测井系统下发的同步信号产生高精度的接收同步，对来自模拟信号处理模块的信号进行数字化、滤波及相关分析，得到电磁感应信号的幅度与相位并上传至通讯传感短节，此外AD与DSP模块还产生监测信号送入信号监测模块；信号监测模块负责对监测信号进行驱动送至电磁监测短节；模拟信号处理模块对来自阵列电磁感应接收探头的电磁感应信号根据AD与DSP模块的要求进行放大和滤波处理，把信号调理成AD与DSP模块可处理的信号；
所述阵列电磁感应接收探头的每个接收短节分别由接收天线、前置放大模块组成，其中前置放大模块由高灵敏度运放电路组成，接收天线由高导磁磁芯外绕高灵敏度反馈式磁力线圈组成。
[0007]上述方案进一步包括:通讯传感短节、电磁接收电子线路短节、阵列电磁感应接收探头、电磁监测短节之间采用多芯防灌接头进行连接。通讯传感短节、电磁接收电子线路短节、阵列电磁感应接收探头、电磁监测短节均由密封壳体封闭，底部为承压接头，顶部为多芯接头；其中阵列电磁感应接收探头还包括检测天线温度的传感器，并且接收天线和温度传感器位于充满硅油中的压力平衡仓中。
[0008]井间电磁接收系统是井间电磁测量中的关键技术，通过井间电磁接收系统为井间电磁测量提供高保真电磁感应信号。井间电磁接收地面测井系统为通讯传感短节、电磁接收电子线路短节、阵列电磁感应接收探头供电，阵列电磁感应接收探头通过高灵敏度磁力计线圈接收来自远离电磁源的微弱电磁波与电磁感应信号(磁场强度为PT级)，并进行高灵敏度前置放大。然后由井间电磁接收地面测井系统下发的全球同步卫星的基准时钟信号，控制电磁接收电子线路对来自前放的电磁感应信号进行二次放大、滤波、陷波、校正、数字化、数字相敏检波及其他相关处理，计算电磁感应信号的幅度与相位，通过通讯短节上传至井间电磁接收地面测井系统。
[0009]相比传统电磁感应接收技术，本发明的井间电磁接收系统作为一种新型井间探测技术，用于井间电磁测量，采用高导磁磁芯外绕高灵敏度磁力线圈，其接收线圈接收微弱电磁信号能力强、探测深度深，有效解决了电磁波经金属套管、地层和远距离衰减和移相后的微弱电磁感应信号的接收难题，通过远离电磁源的微弱电磁感应信号的准确接收，以及后续的放大和处理，保证井下高温高压条件下高效和稳定接收与处理。
[0010]该技术能够完成裸眼井间距达到500米，金属套管井间距达到200米电磁波的发射，灵敏度为Pt级，耐压138Mpa，耐温125°C。
【附图说明】
[0011 ] 附图1井间电磁接收系统结构示意图附图2阵列电磁感应接收探头结构示意图附图3井间电磁接收系统电路示意图。
【具体实施方式】
[0012]结合附图和实施例，对本发明作进一步的描述:
如附图1、3所示，井间电磁接收系统包括:通讯传感短节2、电磁接收电子线路短节3、阵列电磁感应接收探头4、电磁监测短节5。其中I为井间电磁接收地面测井系统。井间电磁接收地面测井系统I通过电缆给通讯传感短节2、电磁接收电子线路短节3、阵列电磁感应接收探头4、电磁监测短节5供电，通讯传感短节2把来自井间电磁接收地面系统I的指令进行解码，并根据解码结果对温度、伽马、井斜方位等数据进行采集、编码驱动上传至井间电磁接收地面测井系统I。电磁接收电子线路短节3把来自井间电磁接收地面系统I的同步时钟信号进行恢复后，进行锁相分频，产生接收同步信号，根据井间电磁接收地面测井系统I下发的指令采集来自阵列电磁感应接收探头4的数据。对来自阵列电磁感应接收探头4的温度、电磁感应信号等信息进行采集、数字化处理，并由通讯传感短节2编码驱动后上传至井间电磁接收地面测井系统1，其中通讯传感短节2，电磁接收电子线路短节3、阵列电磁感应接收探头4、电磁监测短节5之间采用多芯防灌接头进行连接。
[0013]通讯传感短节2包括:电源模块21，信号恢复与驱动模块22，CPU模块23，模拟信号采集模块24和传感器模块25。通讯传感短节2所有模块由密封壳体封闭，均位于密封壳体内部与井下高温高压气液体相隔离，其中底部为承压接头，顶部为多芯接头。电源模块21把来自电缆的高压交流电经过整流、滤波产生+5、+15/-15, +12/-12低压直流电供给信号恢复与驱动模块22、CPU处理模块23、模拟信号采集模块24、传感器模块25。信号恢复与驱动模块22除了负责对来自井间电磁接收地面测井系统I的信号进行放大、滤波、整形，还负责把发往井间电磁接收地面测井系统I的数据进行调制、驱动。CPU模块23负责井下与地面数据的编码、解码，并根据编解码信息对仪器进行相应控制，并对来自模拟信号采集模块24的信号进行数字处理。模拟信号采集模块24负责通讯短节温度、伽马、井斜方位等模拟信号的滤波、缓冲、采集与数字化。传感器模块25主要由温度254、自然伽马251、井斜方位(加速度计252、磁力计253)等传感器组成。
[0014]电磁接收电子线路短节3包括电源模块31，通讯模块32，AD与DSP模块33，信号监测模块34和模拟信号处理模块35。电磁接收电子线路短节4所有模块由密封壳体封闭，均位于密封壳体内部与井下高温高压气液体相隔离，其中底部为承压接头，顶部为多芯接头。电源模块31把来自电缆的高压交流电经过整流、滤波产生+5、+15/-15, +12/-12低压直流电供给通讯模块32、AD与DSP模块33、信号监测模块34、模拟信号处理模块35。通讯模块32负责对数据进行编解码；AD与DSP模块33根据井间电磁接收地面测井系统I下发的同步信号产生高精度的接收同步，对来自模拟信号处理模块35的信号进行数字化、滤波及相关分析，得到电磁感应信号的幅度与相位并上传至通讯传感短节2，此外AD与DSP模块33还产生监测信号送入信号监测模块34。信号监测模块34负责对监测信号进行驱动送至电磁监测短节5。模拟信号处理模块35对来自阵列电磁感应接收探头4的电磁感应信号根据AD与DSP模块33的要求进行放大和滤波处理，把信号调理成AD与DSP模块33可处理的信号。
[0015]电磁监测短节5由监测接口、驱动模块51和监测天线52组成。监测接口和驱动模块51负责对来自电磁接收电子线路短节的发射信号进行时序校正、放大并驱动监测天线发射信号。监测天线负责发射电磁监测信号。
[0016]如附图2所示，阵列电磁感应接收探头4由多个电磁感应接收短节组成，每个接收短节分别由前置放大模块、接收天线两部分组成，分别为接收天线磁芯41、接收天线42、前置放大模块43、接收天线磁芯44、接收天线45、前置放大模块46......接收天线磁芯4η、接收天线(4η+2)、前置放大模块4η+3等，每个前置放大模块由高灵敏度运放组成，接收天线由高导磁磁芯外绕高灵敏度反馈式磁力线圈组成，负责电磁感应信号的接收与放大。阵列电磁感应接收探头4所有模块由密封壳体封闭，均位于密封壳体内部与井下高温高压气液体相隔离，其中底部为承压接头，顶部为多芯接头，其中接收天线和温度传感器位于充满硅油中的压力平衡仓中。
[0017]实施方式:井间电磁接收地面测井系统通过电缆供高压交流电，由电源模块转换为低压直流电供给通讯传感短节、电磁接收电子线路短节、阵列电磁感应接收探头、电磁监测短节。首先通讯传感短节把来自井间电磁接收地面测井系统的指令进行解码，并根据解码结果对温度、伽马、井斜方位等数据进行采集、编码。电磁接收电子线路短节把来自井间电磁接收地面测井系统的同步信号恢复后，进行锁相分频，产生接收同步信号，在接收同步信号的协调下阵列电磁感应接收探头根据井间电磁接收地面测井系统指令接收经地层衰减和移相的电磁感应信号，经过放大、滤波、数字处理得到电磁感应信号的幅度与相位，并通过通讯短节上传至井间电磁接收地面测井系统。在井间电磁接收地面测井系统绞车的控制下，通讯传感短节、电磁接收电子线路短节、阵列电磁感应接收探头、电磁监测短节处于目的探测地层保持静止，当完成目的层的测量后，仪器移到另一个目的探测地层，重复这个过程知道完成所有目的探测层的测量任务。
【主权项】
1.井间电磁接收系统，其特征是:由通讯传感短节、电磁接收电子线路短节、阵列电磁感应接收探头、电磁监测短节连接组成后通过电缆与井间电磁接收地面测井系统连接；其中，通讯传感短节包括电源模块、信号恢复与驱动模块、CPU模块、模拟信号采集模块和传感器模块，是把来自井间电磁接收地面系统的指令进行解码，并根据解码结果对包括温度、自然伽马、井斜方位数据进行采集、编码驱动上传至井间电磁接收地面测井系统；电磁接收电子线路短节包括电源模块、通讯模块、AD与DSP模块、信号监测模块和模拟信号处理模块，是把来自井间电磁接收地面系统的同步时钟信号进行恢复后，进行锁相分频，产生接收同步信号，根据井间电磁接收地面测井系统下发的指令采集来自阵列电磁感应接收探头的数据，对来自阵列电磁感应接收探头的温度、电磁感应信号信息进行采集、数字化处理，并由通讯传感短节编码驱动后上传至井间电磁接收地面测井系统；所述阵列电磁感应接收探头由多个电磁感应接收短节组成；所述电磁监测短节由监测接口、驱动模块和监测天线组成，监测接口和驱动模块对来自电磁接收电子线路短节的发射信号进行时序校正、放大并驱动监测天线发射信号，监测天线发射电磁监测信号。2.根据权利要求1所述的井间电磁接收系统，其特征是所述通讯传感短节，其中:电源模块把来自电缆的高压交流电经过整流、滤波产生+5、+15/-15, +12/-12低压直流电供给信号恢复与驱动模块、CPU处理模块、模拟信号采集模块、传感器模块；信号恢复与驱动模块除了对来自井间电磁接收地面测井系统的信号进行放大、滤波、整形，还把发往井间电磁接收地面测井系统的数据进行调制、驱动；CPU模块负责井下与地面数据的编码、解码，并根据编解码信息对仪器进行相应控制，并对来自模拟信号采集模块的信号进行数字处理；模拟信号采集模块负责通讯短节温度、伽马、井斜方位等模拟信号的滤波、缓冲、采集与数字化；传感器模块主要由温度、自然伽马、磁力计和加速度计传感器组成。3.根据权利要求1所述的井间电磁接收系统，其特征是所述电磁接收电子线路短节，其中:电源模块把来自电缆的高压交流电经过整流、滤波产生+5、+15/-15、+12/-12低压直流电供给通讯模块、AD与DSP模块、信号监测模块、模拟信号处理模块；通讯模块负责对数据进行编解码；AD与DSP模块根据井间电磁接收地面测井系统下发的同步信号产生高精度的接收同步，对来自模拟信号处理模块的信号进行数字化、滤波及相关分析，得到电磁感应信号的幅度与相位并上传至通讯传感短节，此外AD与DSP模块还产生监测信号送入信号监测模块；信号监测模块负责对监测信号进行驱动送至电磁监测短节；模拟信号处理模块对来自阵列电磁感应接收探头的电磁感应信号根据AD与DSP模块的要求进行放大和滤波处理，把信号调理成AD与DSP模块可处理的信号。4.根据权利要求1所述的井间电磁接收系统，其特征是:所述阵列电磁感应接收探头的每个接收短节分别由接收天线、前置放大模块组成，其中前置放大模块由高灵敏度运放电路组成，接收天线由高导磁磁芯外绕高灵敏度反馈式磁力线圈组成。5.根据权利要求1所述的井间电磁接收系统，其特征是: 所述通讯传感短节，其中:电源模块把来自电缆的高压交流电经过整流、滤波产生低压直流电供给信号恢复与驱动模块、CPU处理模块、模拟信号采集模块、传感器模块；信号恢复与驱动模块除了对来自井间电磁接收地面测井系统的信号进行放大、滤波、整形，还把发往井间电磁接收地面测井系统的数据进行调制、驱动；CPU模块负责井下与地面数据的编码、解码，并根据编解码信息对仪器进行相应控制，并对来自模拟信号采集模块的信号进行数字处理；模拟信号采集模块对包括通讯短节温度、自然伽马、加速度计、磁力计模拟信号的滤波、缓冲、采集与数字化；传感器模块主要由温度、自然伽马、加速度计、磁力计井组成； 所述电磁接收电子线路短节，其中:电源模块把来自电缆的高压交流电经过整流、滤波产生低压直流电供给通讯模块、AD与DSP模块、信号监测模块、模拟信号处理模块；通讯模块负责对数据进行编解码；AD与DSP模块根据井间电磁接收地面测井系统下发的同步信号产生高精度的接收同步，对来自模拟信号处理模块的信号进行数字化、滤波及相关分析，得到电磁感应信号的幅度与相位并上传至通讯传感短节，此外AD与DSP模块还产生监测信号送入信号监测模块；信号监测模块负责对监测信号进行驱动送至电磁监测短节；模拟信号处理模块对来自阵列电磁感应接收探头的电磁感应信号根据AD与DSP模块的要求进行放大和滤波处理，把信号调理成AD与DSP模块可处理的信号； 所述阵列电磁感应接收探头的每个接收短节分别由接收天线、前置放大模块组成，其中前置放大模块由高灵敏度运放电路组成，接收天线由高导磁磁芯外绕高灵敏度反馈式磁力线圈组成。6.根据权利要求1-5任一所述的井间电磁接收系统，其特征是:通讯传感短节、电磁接收电子线路短节、阵列电磁感应接收探头、电磁监测短节之间采用多芯防灌接头进行连接。7.根据权利要求6所述的井间电磁接收系统，其特征是:通讯传感短节、电磁接收电子线路短节、阵列电磁感应接收探头、电磁监测短节均由密封壳体封闭，底部为承压接头，顶部为多芯接头；其中阵列电磁感应接收探头还包括检测天线温度的传感器，并且接收天线和温度传感器位于充满硅油中的压力平衡仓中。
【文档编号】E21B47/13GK105986808SQ201510048329
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月30日
【发明人】臧德福, 郭红旗, 晁永胜, 葛承河
【申请人】中石化石油工程技术服务有限公司, 中石化胜利石油工程有限公司测井公司