CN103174411A - 一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式 - Google Patents
一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式，主要适用于随钻过程中油层、煤层、及其它储层的层厚探测。在水平井的随钻过程中，探层测距雷达的发射机系统发射出的源信号制式为周期性高压电磁波脉冲序列，此技术是水平井随钻探层测距雷达的核心技术之一。由于该雷达采用了高频、宽频带窄脉冲信号，因而其探测分辨率要高于其它的探测手段。
Description
技术领域
本发明属于地质勘探领域，具体涉及一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式。
背景技术
随着石油工业的不断发展和油气勘探开发难度的不断增大，石油勘探开发工业已逐渐转向开发规模小、油气层薄、物性差、非均质性强的油气藏，定向井、水平井等特殊工艺井的应用逐年增多。在这些特殊工艺井的施工过程中，需要及时掌握钻头所钻穿的岩层特性，快速准确找到储集层，从而指导施工人员控制钻头始终穿行在储层中，以便最大限度地提高采收率。
为保证钻头始终在储层中钻进，就需随钻测量储层的上下边界面，保证钻头处于储层中的最佳位置。但是，在实际钻进中，由于现有检测工具的局限性，经常出现钻头钻穿储层，或者不能保持在储层中的最佳位置，影响了储层的钻遇率和油气等资源的采收率。
水平井随钻探层测距雷达则能很好地解决上述问题。本发明是水平井探层测距雷达的核心技术之一，探层测距雷达发射机系统的发射出的源信号制式为周期性高压电磁波脉冲序列，电磁波信号在储层中传输，并在储层与盖层的分界面处产生反射回波，接收机接收到该回波，通过对回波进行采样、信号处理，根据信号的时域和频域信息，从而定量地测算出钻具所在储层的上下边界面。
地层探测可以归类为一种测距问题，测距的两个核心指标是探测深度和分辨率。地面上，通常采用的测距方式为激光测距、声波测距、电磁波测距等。
激光测距的定向性好，且精度较高，但是这种测距方式无法用于地下，无法进行地层的识别；声波测距易受环境干扰影响，尤其是在井下随钻环境下更易受到干扰，很难用于地层界面的精确测量。对于勘探测量通常采用的地震波，由于其频率较低，仅为几十Hz，因而其波长较长，导致测量精度也较低，很难满足精度的要求；电磁波测距方式是地层测距中的一种有效方式，通常采用的是高频电磁波信号，其抗干扰能力较强，具有测量精度高的优点，但是电磁波测距自身也存在局限性，频率越高，传播的介质电导率越高，在地层中的衰减就越剧烈，探测深度越浅。
目前，国内外探地雷达的源信号即为电磁波信号，信号制式普遍为高压单脉冲信号，在频域上表现为宽频带，在时域上表现为窄脉宽，通常为几纳秒，甚至为几百皮秒。为了能将此信号最大限度的发射出去，则要求发射天线的频带为无限宽，这在实际中是很难达到的。
目前，探地雷达的发射天线通常采用超宽带天线，即
其中fH、fL分别为功率较峰值功率下降10dB时所对应的高频点和低频点，fc为中心频率。虽然采用超宽带天线作为发射天线，但是超宽带天线的工作频带仍与理想情况有较大的差距，因而实际的发射效率仍然很低。
同时，对于诸如煤层和其它含水岩层等，电磁波衰减会更为剧烈，因而要求发射的电磁波信号能量要更强，否则根本将无法检测到回波信号。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式。不同于当前的探地雷达的源信号制式，本发明采用的随钻探层测距雷达的源信号制式为高压宽带多脉冲序列信号，即信号源输出多个脉冲作为一个序列信号，此信号的能量会更集中在中心频率上，再由超宽带天线将此信号发射出去，其发射效率会更高，在保证了探测分辨率的情况下，发射信号的强度也更强，可以有效地提高探测深度。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式，所述的电磁波源信号制式为高压、高频宽频带多窄脉冲序列电磁波信号，根据不同探测深度和分辨率要求，中心频率为500MHz和2.5GHz两种。
其中，所述电磁波信号经过强衰减地层衰减后，反射信号仍有一定的信号幅度，能被接收检测到。
其中，所述窄脉冲序列数为3个，中心频率为500MHz的信号的探测深度为5m，探测精度为0.3m，中心频率为2.5GHz的信号的探测深度为0.5m，探测精度为0.05m。
其中，所述电磁波信号，能够提高超宽带发射天线的发射效率，发射更多能量到地层中去，保证一定的探测深度。
所述电磁波信号波长短，探测的地层分辨率高，同时受到周围电磁环境的干扰较小。
有益效果
提供了一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式。本发明不同于传统的探地雷达的发射信号制式，在保证系统要求的探测分辨率的情况下，提高了信号在中心频率处的能量，进而提高了超宽带发射天线的发射效率，提高了发射机发射信号的强度，从而最终达到提高探测深度的目的。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式时域特性图；
图2为本发明实施例提供的一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式幅频特性图；
图3为本发明实施例提供的一种用于水平井随钻探层测距雷达的发射机原理图。
具体实施方式
一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式，所述的电磁波源信号制式为高压、高频宽频带多窄脉冲序列电磁波信号，根据不同探测深度和分辨率要求，中心频率为500MHz和2.5GHz两种。
其中，所述电磁波信号经过强衰减地层衰减后，反射信号仍有一定的信号幅度，能被接收检测到。
其中，所述窄脉冲序列数为3个，中心频率为500MHz的信号的探测深度为5m，探测精度为0.3m，中心频率为2.5GHz的信号的探测深度为0.5m，探测精度为0.05m。
其中，所述电磁波信号，能够提高超宽带发射天线的发射效率，发射更多能量到地层中去，保证一定的探测深度。
所述电磁波信号波长短，探测的地层分辨率高，同时受到周围电磁环境的干扰较小。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为本发明实施例提供的一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式时域特性图。如图1所示，源信号制式为3个窄脉冲形成的脉冲序列，其中每个脉冲的脉宽约为400ps，形成的脉冲序列整体时间宽度约为1.2ns，若电磁波在储层中的传播速度为v=1×108m/s，若不考虑其它因素的影响，则此探层测距雷达系统的分辨率可以达到0.06m。
图2为本发明实施例提供的一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式幅频特性图。如图2所示，3个窄脉冲形成的脉冲序列信号的幅频特性并非像单个脉冲一样是一条水平直线，其具有了主瓣和旁瓣，有较大部分的能量集中在了中心频率附近，若增加脉冲个数，则主瓣的能量越来越高，即能量将越来越集中在中心频率点附近频带上。理想情况为，中心频率处所占能量为100%，即能量完全集中在主瓣上，此时若发射天线的工作频带的中心频率与信号的中心频率相同，测发射天线的效率为最高，此时的信号为标准的周期性正弦波，若正弦波长时间宽度为400ps，则中心频率为2.5GHz。总之，脉冲数越多，主瓣的能量越高，超宽带发射天线的发射效率也越高，就有更多的能量可以发射到地层中去，探测深度也越深。因此，在保证探测分辨率的前提下，本发明实施例提供的电磁波源信号制式比目前探地雷达采用的源信号性能更为优越，可以提升发射机发射信号的强度，提高整个系统的探测深度。
图3为本发明实施例提供的一种用于水平井随钻探层测距雷达的发射机原理图。如图3所示，当转角传感器检测到天线所在平面水平朝上或朝下时，即角度为0°或180°时，上位机ARM控制脉冲信号发生器发射出电磁波脉冲序列信号，经由电压放大器进行升压，再由工作中心频率为源信号中心频率的超宽带天线将此信号发射到地层中去。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。
Claims (4)
1.一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式，其特征在于：所述的电磁波源信号制式为高压、高频宽频带多窄脉冲序列电磁波信号，根据不同探测深度和分辨率要求，中心频率为500MHz和2.5GHz两种。
2.根据权利要求1所述的电磁波源信号制式，其特征在于：所述电磁波信号经过强衰减地层衰减后，反射信号仍有一定的信号幅度，能被接收检测到。
3.根据权利要求1所述的电磁波源信号制式，其特征在于：所述窄脉冲序列数为3个，中心频率为500MHz的信号的探测深度为5m，探测精度为0.3m，中心频率为2.5GHz的信号的探测深度为0.5m，探测精度为0.05m。
4.根据权利要求1所述的电磁波源信号制式，其特征在于：所述电磁波信号，能够提高超宽带发射天线的发射效率，发射更多能量到地层中去，保证一定的探测深度。
Priority Applications (1)
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| CN201310128286.7A CN103174411B (zh) | 2013-04-12 | 2013-04-12 | 一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式 |
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2013
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