CN106089187B - 海上随钻测井信号传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种海上随钻测井信号传输系统，包括：海底地层传输部分、海水层传输部分、海上平台接收系统；在海底地层中采用无线电磁传输，在海水层采用有线的通信电缆传输。海底地层传输部分包括电磁信号发射模块、中间短接模块；海水层传输部分包括通信电缆、海底接收转发系统，海底接收转发系统通过通信电缆与海上平台接收系统相连；所述海底接收转发系统设置在海底地面处金属套管外侧，海底接收转发系统接收井下传过来的电磁信号，并将接收到的电磁信号通过通信电缆传输至海上平台接收系统。本发明能够有效提高电磁信号的传输效果，使得海上平台随钻电磁传输向着更好的方向发展。
Description
技术领域
本发明涉及海上平台随钻传输技术。
背景技术
随钻测井具有实时性高、能较准确获得原状地层参数、高效率低成本等优势，早已成为测井技术的发展趋势。近十多年来，我国海上油气田勘探开发中大规模使用随钻测井技术完成测井作业,以提高勘探效率和油气藏评价精度，对随钻测井技术和装备的需求也就越来越大。
随钻信号无线传输目前仍普遍采用泥浆脉冲传输的方式，但泥浆脉冲传输方式速度慢，通常只有几Bit至十几Bit，实时性差，而且不能用于气体钻井等。因此泥浆脉冲传输方式已越来越不能满足现代随钻测井的需求。另外目前采用的一种无线电磁传输方式是：利用钻杆作为不对称的偶极天线，从而将信号发射到地面，该方式也称为EM-MWD系统。由于电磁波传输衰减受地层电导率影响很大，在低阻地层或海水中衰减非常严重，此时只能传输很短的距离(如只能传几百米左右)，因此该种传输方式在海上钻井平台几乎不能用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，一种适用于海上随钻测井的信号传输系统。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，海上随钻测井信号传输系统，包括：海底地层传输部分、海水层传输部分、海上平台接收系统；
海底地层传输部分包括电磁信号发射模块、中继短接 模块；电磁信号发射模块设置于钻杆与钻具之间，用于将测量信息通过电磁波的方式向上发送；中继短接模块设置于海底地层的钻杆中，用于实现电磁信号的向上的接力传输；
海水层传输部分包括通信电缆、海底接收转发系统，海底接收转发系统通过通信电缆与海上平台接收系统相连；所述海底接收转发系统设置在海底地面处金属套管外侧，海底接收转发系统接收井下传过来的电磁信号，并将接收到的电磁信号通过通信电缆传输至海上平台接收系统。
将信号传输按照传输环境不同分为海底地层与海水层两种不同的传输形式。在海底地层中采用无线电磁传输，在海水层采用有线的通信电缆传输。并且将海底接收转发系统置于金属套管外侧通过管外接收的方式使得海底电缆的连接更为方便。
进一步的，为使得海底接收到的信号电压更大，提供一种新结构的海底接收转发系统，包括螺旋线圈天线、电池、前处理电路、有线转发电路、金属保护层、传输线；所述螺旋线圈天线由环形的软磁材料以及绕在环形软磁材料外面的线圈组成；绝缘介质为耐磨耐高温绝缘介质；
螺旋线圈天线的的左右两侧与顶部设置金属保护层、底部设置绝缘材料，螺旋线圈天线封闭在金属保护层与绝缘材料形成的封闭环内；
螺旋线圈天线与前处理电路通过传输线相连；电池的输出端与前处理电路、有线转发电路的电源输入端相连；前处理电路与有线转发电路相连，有线转发电路连接海底传输电缆；在前处理电路、有线转发电路与电池四周设置金属保护层，前处理电路、有线转发电路与电池一同封闭在金属保护层内。
本发明的有益效果是，能够有效提高电磁信号的传输效果，使得海上平台随钻电磁传输向着更好的方向发展。
附图说明
图1是本发明传输系统示意图。
图2是海底接收转发系统纵剖面示意图。
图3不同接收天线传输性能示意图。
具体实施方式
海上随钻测井系统包括钻井平面1、金属套管3、于钻杆6、钻具8，钻井平面1在海平面上，海水层部分的钻杆封闭在金属套管3中，金属套管3与钻杆之间的空间、海底地层与杆之间的空间均充满泥浆2。
如图1所示，海上随钻测井信号传输的新型系统包括电磁信号发射模块7、中继短接模块5、海底接收转发系统4、通信电缆9、海上平台接收系统10；电磁信号发射模块7设置于钻杆6与钻具8之间，海底接收转发系统4设置于金属套管3外侧海底地面处，海上平台接收系统10设置在钻井平面1上。
电磁信号发射模块将井下传感器或随钻测井仪器的测量信息通过电磁波的方式往上发送；海底接收转发系统设置于金属套管外侧海底地面处，海底接收转发系统通过螺旋线圈天线接收井下传过来的电磁信号，并将接收信号通过海底电缆传输至海上平台接收系统。为了保证井下发射信号能传到海底接收转发系统，在发射模块与海底接收转发系统之间设置无线中继短接模块，实现电磁信号的接力传输，中继的有无或中继的个数可根据地层中的传输距离决定(如传输距离短衰减小则无需中继，传输距离远衰减大则增加中继，每个中继之间的距离通常可设置几百至一千米左右)，中继短接模块的间隔距离须保证电磁信号接收模块接收信号的信号强度大于等于门限值。中继短接模块采用螺旋线圈天线接收，中继模块的发射可采用绝缘间隙的偶极天线也可采用螺旋线圈天线。
如图2所示，海底接收转发系统4包括螺旋线圈天线、电池43、前处理电路41、有线转发电路42、金属保护层、传输线、绝缘介质47；金属保护层由金属材料46构成；螺旋线圈天线由环形的软磁材料44以及绕在环形软磁材料外面的线圈45组成；绝缘介质47为耐磨耐高温绝缘介质；耐磨耐高温绝缘介质可以是玻璃钢或聚四氟乙稀等。
螺旋线圈天线的的左右两侧与顶部设置金属保护层、底部设置绝缘材料，螺旋线圈天线封闭在金属保护层与绝缘材料形成的封闭环内；
螺旋线圈天线与前处理电路通过传输线相连；电池的输出端与前处理电路、有线转发电路的电源输入端相连；前处理电路与有线转发电路相连，有线转发电路连接海底传输电缆49；在前处理电路、有线转发电路与电池四周设置金属保护层，前处理电路、有线转发电路与电池一同封闭在金属保护层内。
为了提高电磁信号的效果，还可在用于封闭螺旋线圈天线的金属保护层内加入了屏蔽导向的金属结构，从而增强了天线的方向性和增益，螺旋线圈天线天通过其底部的绝缘介质接收电磁信号。
海底接收转发系统通过螺旋线圈天线接收电磁信号，然后通过前处理电路放大、滤波、解调接收到的电磁信号，传至有线转发电路42通过电缆9传输到位于海面上的钻井平台1处的海上平台接收系统10。这里的电磁信号发射模块、中继短接 模块均为EM-MWD系统的现有模块，具体结构不在此赘述。
使用螺旋线圈天线接收来自海底地层的电磁信号，其接收效果较强与使用线天线接收，下面通过仿真给出了证明。
考察两种接收天线模型，仿真参数如下：井眼泥浆电阻率为0.02欧.米，井径12in，海底地层电阻率为1欧.米，使用1W功率激励，螺旋线圈匝数为1000匝，磁导率为10000、磁环径向厚度为8mm、高度为10cm。如图3 所示，曲线表示不同传输深度、不同频率下接收到的电压大小，可以从图3中很明显的看出，使用螺旋线圈天线接收效果强于线天线。因此本发明提供的螺旋线圈天线具有较好的接收性能，相对于线天线接收电压能提高40dB。
Claims (1)
1.海上随钻测井信号传输系统，其特征在于，包括海底地层传输部分、海水层传输部分、海上平台接收系统；
所述海底地层传输部分包括电磁信号发射模块、中继 短接模块；电磁信号发射模块设置于钻杆与钻具之间，用于将测量信息通过电磁波的方式向上发送；中继短接模块设置于海底地层的钻杆中，用于实现电磁信号的向上的接力传输；
所述海水层传输部分包括通信电缆、海底接收转发系统，海底接收转发系统通过通信电缆与海上平台接收系统相连；所述海底接收转发系统设置在海底地面处金属套管外侧，海底接收转发系统接收井下传过来的电磁信号，并将接收到的电磁信号通过通信电缆传输至海上平台接收系统；
所述海底接收转发系统包括螺旋线圈天线、电池、前处理电路、有线转发电路、金属保护层、传输线、绝缘材料；所述螺旋线圈天线由环形的软磁材料以及绕在环形软磁材料外面的线圈组成；绝缘介质为耐磨耐高温绝缘介质；
螺旋线圈天线的左右两侧与顶部设置金属保护层、底部设置绝缘材料，螺旋线圈天线封闭在金属保护层与绝缘材料形成的封闭环内；
螺旋线圈天线与前处理电路通过传输线相连；电池的输出端与前处理电路、有线转发电路的电源输入端相连；前处理电路与有线转发电路相连，有线转发电路连接海底传输电缆；在前处理电路、有线转发电路与电池四周设置金属保护层，前处理电路、有线转发电路与电池一同封闭在金属保护层内。
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