CN105353357A - 水平井随钻探层测距雷达单频调制脉冲信号源 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种水平井随钻探层测距雷达单频调制脉冲信号源，所述水平井随钻探层测距雷达单频调制脉冲信号源包括连续波信号源、脉冲信号源，其中，所述连续波信号源用于产生连续波信号，作为待调制信号，其中，所述脉冲信号源用于产生脉冲信号，作为用于对所述待调制信号进行调制的载波信号。本发明既可以保证探层测距雷达具有较高的探测分辨率，又可以保证发射信号经窄带平板缝隙天线能高效、高保真地发射到地层中，从而有效地提高探层测距雷达的探测深度。

Description

水平井随钻探层测距雷达单频调制脉冲信号源

技术领域

本发明涉及钻井信号处理领域，具体涉及一种用于水平井随钻探层测距雷达的单频调制脉冲信号源，主要适用于随钻过程中油层、煤层、及其它储层的层厚探测。

背景技术

随着石油及天然气工业的不断发展和勘探开发难度的不断增大，石油和天然气工业已逐渐转向油气层薄、物性差、非均质性强的非常规油气藏，定向井、水平井等特殊工艺井的应用也逐年增多。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，再通过随钻测量技术，随钻探测储集层边界，指导施工人员控制钻头始终穿行在储集层中，以便最大限度地提高储集层的钻遇率，以及油气的采收率。

为保证钻头始终在储集层中钻进，就需随钻测量储集层的上下边界面，保证钻头处于储集层中的最佳位置。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集层，或者不能保持在储集层中的最佳位置，影响了储集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，探层测距雷达单频调制脉冲信号源可以发射出脉宽在纳秒级的单频调制脉冲电磁波信号，电磁波信号在储集层中传输，并在储集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集层的上下边界面。

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。水平井随钻探层测距雷达属于探地雷达的一种，目前，国内外探地雷达的电磁波信号源为高压窄脉冲信号源，发射的电磁波信号，在时域上表现为窄脉宽，通常为几纳秒，甚至为几百皮秒，可以使探测分辨率达到厘米级，甚至毫米级。然而，高压窄脉冲信号在频域上表现为超宽带信号，为了能将此信号能最大限度的发射出去，则要求发射天线为超宽带天线。然而，由于水平井随钻探层测距雷达应用环境为油气井，油气井眼径向尺寸小，地面探地雷达常用的超宽带蝶形天线由于尺寸较大，无法适用；测井用的孔中雷达常用的超宽带天线由于定向性较差，同样无法适用。

考虑到尺寸和定向性问题，水平井随钻探层测距雷达采用了宽度尺寸较小、定向性较好的窄带平板缝隙天线。

当使用窄带平板缝隙天线作为收发天线时，若仍使用探地雷达常用的高压窄脉冲信号源，会有两方面缺陷：一是发射出的超宽带窄脉冲信号的大部分能量将无法经由天线辐射到地层内，造成能量损失；二是发射出的超宽带窄脉冲信号将产生“振铃”现象，造成严重失真。

发明内容

为了解决上述问题，保证信号源发射的电磁波信号能量能高效、高保真地发射到地层中，并满足探测过程中探测深度和分辨率的要求，本发明提出了一种用于水平井随钻探层测距雷达的单频调制脉冲信号源。

本发明提出的一种用于水平井随钻探层测距雷达的单频调制脉冲信号源，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，单频调制脉冲信号源可以发射出脉宽在纳秒级的单频调制脉冲信号，此技术是水平井随钻探层测距雷达的核心技术之一。

根据本发明的实施例，提供了一种水平井随钻探层测距雷达单频调制脉冲信号源，所述水平井随钻探层测距雷达单频调制脉冲信号源包括连续波信号源、脉冲信号源，其中，所述连续波信号源用于产生连续波信号，作为待调制信号，其中，所述脉冲信号源用于产生脉冲信号，作为用于对所述待调制信号进行调制的载波信号。

本发明的有益效果主要在于：单频调制脉冲信号源是水平井随钻探层测距雷达的核心部件，发出的信号为时域脉冲宽度在纳秒级的窄带电磁波信号，既可以保证探层测距雷达具有较高的探测分辨率，又可以保证发射信号经窄带平板缝隙天线能高效、高保真地发射到地层中，从而有效地提高探层测距雷达的探测深度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

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单频调制脉冲信号源原理图；

图2为本发明实施例提供的单频调制脉冲信号源发射信号时域特性图；

图3为本发明实施例提供的单频调制脉冲信号源发射信号幅频特性图。

具体实施方式

下面，结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。

本领域的技术人员能够理解，尽管以下的说明涉及到有关本发明的实施例的很多技术细节，但这仅为用来说明本发明的原理的示例、而不意味着任何限制。本发明能够适用于不同于以下例举的技术细节之外的场合，只要它们不背离本发明的原理和精神即可。

另外，为了避免使本说明书的描述限于冗繁，在本说明书中的描述中，可能对可在现有技术资料中获得的部分技术细节进行了省略、简化、变通等处理，这对于本领域的技术人员来说是可以理解的，并且这不会影响本说明书的公开充分性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

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单频调制脉冲信号源原理图。如图1所示，单频调制脉冲信号源主要由连续波信号源、时域控制开关、脉冲信号源、功率放大器四部分构成：

连续波信号源：输出功率在0dBm(1mW)左右，频率与窄带平板缝隙天线中心频率相等(约为500MHz)的单频正弦连续波信号；

脉冲信号源：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控制脉冲信号源输出电压幅度在2V左右，脉宽为ns级的脉冲触发信号，例如，其为超宽带窄脉冲信号，峰值幅度约为2V，时域宽度约为5纳秒；

时域控制开关：利用脉冲信号触发控制开关的关断，从而对连续波信号进行调制；

功率放大器：对单频调制脉冲信号进行功率放大(50dB以上)，保证进入发射天线的信号有足够大的发射功率。

图2为本发明实施例提供的单频调制脉冲信号源发射信号的时域特性图。如图2所示，发射信号为3～5个频率约为500MHz正弦波形成的包络信号，形成的包络整体时间宽度约为6～10ns，若电磁波在储集层中的传播速度为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最高分辨率可以达到0.10m。

图3为本发明实施例提供的单频调制脉冲信号源发射信号幅频特性图。如图3所示，本发明提出的信号源发射的单频调制脉冲信号有较大部分的能量集中在中心频率附近，为窄带信号，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，则发射天线的效率达最高，在其它条件不变的情况下，可有效提高水平井随钻探层测距雷达探测深度。因此，在保证探测分辨率的前提下，本发明实施例提供的单频调制脉冲信号源比目前探地雷达采用的信号源性能更为优越，更适用于水平井随钻探层测距雷达。

综上所述，本发明的有益成果是：不同于传统的探地雷达的信号源，针对水平井随钻探层测距雷达选用的窄带平板缝隙天线，本发明提供了一种用于水平井随钻探层测距雷达的单频调制脉冲信号源，发出的信号为时域脉冲宽度在纳秒级的窄带电磁波信号，既可以保证探层测距雷达具有较高的探测分辨率，又可以保证发射信号经窄带平板缝隙天线能高效、高保真地发射到地层中，从而有效地提高探层测距雷达的探测深度。

最后，本领域的技术人员能够理解，对本发明的上述实施例能够做出各种修改、变型、以及替换，其均落入如所附权利要求限定的本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种水平井随钻探层测距雷达单频调制脉冲信号源，所述水平井随钻探层测距雷达单频调制脉冲信号源包括连续波信号源、脉冲信号源，

其中，所述连续波信号源用于产生连续波信号，作为待调制信号，

其中，所述脉冲信号源用于产生脉冲信号，作为用于对所述待调制信号进行调制的载波信号。

2.根据权利要求1所述的水平井随钻探层测距雷达单频调制脉冲信号源，其中，窄带平板缝隙天线连接有转角传感器，

其中，当转角传感器检测到窄带平板缝隙天线所在平面为水平时，所述脉冲信号源被控制产生超宽带窄脉冲信号，其峰值幅度约为2V，时域宽度约为5纳秒。

3.根据权利要求1所述的水平井随钻探层测距雷达单频调制脉冲信号源，其经由窄带平板缝隙天线发射信号，其中，所述连续波信号源用于产生与窄带平板缝隙天线中心频率相等的单频正弦连续波信号。

4.根据权利要求3所述的水平井随钻探层测距雷达单频调制脉冲信号源，其中，所述连续波信号源用于产生功率为1mW、频率为500MHz、具有3至5个周期时长的单频正弦连续波信号。

5.根据权利要求1所述的水平井随钻探层测距雷达单频调制脉冲信号源，还包括时域控制开关、功率放大器，

其中，所述时域控制开关用于根据所述脉冲信号触发自身的关断，从而对连续波信号进行调制；

所述功率放大器用于对调制后的信号进行功率放大。