CN106894813A - 一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统及方法，其系统包括钻杆发射组件、邻井接收组件和地面显示终端。钻杆发射组件插入至待测井底部，邻井接收组件设置在邻井中，且钻杆发射组件的上端与邻井接收组件电连接，下端与邻井接收组件无线连接，邻井接收组件与地面显示终端电连接。本发明采用邻井接收天线接收信号，能够避免地面工频干扰，减少电磁波信号在邻井接收机上部地层的传播损失，极大地增加了电磁随钻测量系统的测量深度，能够广泛应用于煤层气、页岩气、地热井、干热岩等新能源的勘探开发中。
Description
技术领域
本发明涉及地质勘探技术领域，尤其涉及一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统及方法。
背景技术
在页岩气、煤层气、可燃冰、地热、干热岩等新能源的勘探开发中，为保证钻进的顺利进行，需要及时获取井底参数，并将这些钻进参数传送至地表，即随钻测量。随钻测量按信息的传输介质分为电缆测量和无线随钻测量。传统的电缆测量需要停钻后将测量仪器下入井底测量，干扰钻进正常作业并且不能获得实时钻进参数。无线随钻测量克服了电缆测量的缺点，典型地包括泥浆脉冲随钻测量和电磁随钻测量。泥浆脉冲随钻测量使用泥浆作为信息的传输媒介，然而在煤层气、页岩气等地层的钻进中，为了保护低压地层的储层，往往使用泡沫泥浆、充气泥浆等可压缩性钻井液，使得泥浆脉冲随钻测量无法正常使用。
目前，国内外一般通过中继传输的方法来增加电磁随钻测量系统的传输深度，即在钻杆中部安装一个或几个中继器，通过中继器接收井底的电磁波信号，滤波放大后再次发射出去，依次向上传输。然而，由于中继器安装在钻杆中，极大地降低了钻杆的强度，增加了钻进事故发生率；其次每级中继传输都需要对电磁波信号进行解码解调，还原出测量数据后再重新进行编码调制，且每级中继传输需使用不同频率的电磁波，会使每级中继产生的信号误差累积，甚至造成随钻测量失败。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
依据本发明的一个方面，提供了一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统，包括钻杆发射组件、邻井接收组件和地面显示终端。
所述钻杆发射组件插入至待测井底部，所述邻井接收组件设置在邻井中，且所述钻杆发射组件的上端与所述邻井接收组件电连接，下端与所述邻井接收组件无线连接，所述邻井接收组件与所述地面显示终端电连接；所述钻杆发射组件用于采集待测井的感应参数信号并进行第一信号处理，得到模拟参数信号，将所述模拟参数信号发射至所述邻井接收组件；所述邻井接收组件用于对所述模拟参数信号进行第二信号处理，得到所述待测井的目标参数信息；所述地面显示终端用于显示所述待测井的目标参数信息。
本发明的基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统，采用邻井接收天线接收信号，能够避免地面工频干扰，减少电磁波信号在邻井接收机上部地层的传播损失，极大地增加了电磁随钻测量系统的测量深度，能够广泛应用于煤层气、页岩气、地热井、干热岩等新能源的勘探开发中。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述钻杆发射组件包括从上至下顺次连接的上钻杆、绝缘短节和下钻杆，所述上钻杆和下钻杆均为导体，所述绝缘短节内部中空设置，且所述绝缘短节内设有探管总成，所述探管总成的上下两端分别与所述上钻杆和下钻杆电连接，所述探管总成分为两路发射所述模拟参数信号，一路通过所述上钻杆传输到所述邻井接收组件，另一路通过所述下钻杆经过地层传输到所述邻井中的邻井接收组件，且钻杆发射组件与所述邻井接收组件形成回路。
上述进一步方案的有益效果是：钻杆发射组件可以在满足钻井的前提下，通过在所述绝缘短节内嵌入所述探管总成，可以实现在待测井内的感应参数信号进行采集，便于准确的获取待测井内的目标参数信息，并发送至所述邻井中的邻井接收组件。
进一步：所述上钻杆与所述邻井接收组件之间以及所述邻井接收组件与所述地面显示终端之间均通过铠装电缆电连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过所述铠装电缆一方面可以实现所述探管总成与所述邻井接收组件之间以及所述邻井接收组件与所述地面显示终端之间的双向信号传输，另一方面，可以利用所述铠装电缆具有较高的机械强度可以将所述邻井接收组件悬吊设置在所述邻井中，便于接收所述探管总成通过无线方式发射的信号。
进一步：所述探管总成包括信号采集电路、信号处理电路和发射电路，所述采集电路、信号处理电路和发射电路顺次串联，所述发射电路分别与上钻杆和下钻杆连接。所述信号采集电路用于采集待测井的感应参数信号；所述信号处理电路用于对所述待测井的感应参数信号进行第一信号处理，得到模拟参数信号；所述发射电路用于将所述模拟参数信号发射至邻井中的邻井接收组件。
上述进一步方案的有益效果是：通过对所述信号采集电路可以采集待测井内的感应参数信号，并由所述信号处理电路进行第一信号处理，然后发射，至所述邻井中的邻井接收组件，可以减少外部干扰。
进一步：所述邻井接收组件包括邻井接收机和至少一根弹性接收天线，所述邻井接收机通过所述铠装电缆与所述上钻杆电连接，所述弹性接收天线设置在所述邻井中，并与所述邻井内壁接触设置，所述邻井接收机与所述弹性接收天线电连接，所述弹性接收天线与所述发射电路无线连接。所述弹性接收天线用于接收所述模拟参数信号并发送至所述邻井接收机；所述邻井接收机用于对所述模拟参数信号进行第二信号处理，得到待测井的目标参数信息，并发送至所述地面显示终端进行显示。
上述进一步方案的有益效果是：通过所述弹性接收天线可以接收所述探管总成以无线方式发射的模拟参数信号，这样可以避免工频干扰，且所述邻井接收机可以对所述模拟参数信号进行第二信号处理，得到待测井内的目标参数信息，结果准确。
进一步：所述邻井接收组件还包括绞车，所述绞车设置在所述邻井的进口上方，且所述铠装电缆饶接在所述绞车上，且所述邻井接收机悬挂设置在所述铠装电缆位于所述邻井中的一端。
上述进一步方案的有益效果是：通过所述绞车可以收放所述铠装电缆，这样可以比较方便的升降所述邻井接收组件，便于满足实际检测需求。
依据本发明的另一个方面，提供了一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量方法，包括如下步骤：
步骤1：钻杆发射组件采集待测井的感应参数信号并进行第一信号处理，得到待发射的模拟参数信号；
步骤2：钻杆发射组件将所述模拟参数信号发射至邻井中的邻井接收组件；
步骤3：所述邻井接收组件接收所述模拟参数信号并进行第二信号处理，得到待测井的目标参数信息；
步骤4：地面显示终端显示所述待测井的目标参数信息。
本发明的基于邻井接收天线的电磁随钻测量方法，通过设置在所述邻井中的邻井接收组件对所述钻杆发射组件发送的模拟参数信号并进行信号处理，得到所述待测井内的目标参数信息，能够避免地面工频干扰，减少电磁波信号在邻井接收机上部地层的传播损失，极大地增加了电磁随钻测量系统的测量深度，能够广泛应用于煤层气、页岩气、地热井、干热岩等新能源的勘探开发中。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述步骤1中第一信号处理的具体实现为：将所述感应参数信号依次进行编码、数模转换和放大处理，得到模拟参数信号。
上述进一步方案的有益效果是：通过对所述感应参数信号进行第一信号处理，可以减少数据容量，降低带宽，提高数据的安全性，减少外部干扰，确保检测结果准确。
进一步：所述步骤2中，所述钻杆发射组件分为两路将所述模拟参数信号发送至邻井中的邻井接收组件，其中一路通过铠装电缆传输到所述邻井接收组件，另一路经过地层传输到所述邻井的邻井接收组件，且所述钻杆发射组件与所述邻井接收组件形成回路。
上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式可以使得所述邻井接收组件准确的获取所述钻杆发射组件发射的模拟参数信号，从而得到所述待测井的目标参数信息。
进一步：所述步骤3中，所述第二信号处理具体实现为：
步骤31：将所述模拟参数信号进行前置放大处理，再经过低通滤波处理；
步骤32：将经过所述步骤21处理的所述模拟参数信号进行二级放大处理，再经过AD转换；
步骤33：将经过所述步骤22处理的所述模拟参数信号进行解码，得到待测井的目标参数信息。
上述进一步方案的有益效果是：通过上述步骤可以提高所述模拟参数信号的增益，滤除所述模拟参数信号中的杂波成分，经过解码都可以准确的得到所述待测井的目标参数信息。
附图说明
图1为本发明的一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统机械结构示意图；
图2为本发明的一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统电路结构示意图；
图3为本发明的一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统中探管总成电路结构示意图；
图4为本发明的一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统中邻井接收组件电路结构示意图；
图5为本发明的一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量方法流程示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、钻杆发射组件，2、邻井接收组件，3、地面显示终端，4、待测井，5、邻井，6、铠装电缆；
11、上钻杆，12、绝缘短节，13、下钻杆，14、探管总成，21、邻井接收机，22、弹性接收天线，23、绞车。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一、一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统。下面将结合图1对本发明的一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统进行详细介绍。
如图1和2所示，一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统，包括钻杆发射组件1、邻井接收组件2和地面显示终端3。
所述钻杆发射组件1插入至待测井4底部，所述邻井接收组件2设置在邻井5中，且所述钻杆发射组件1的上端与所述邻井接收组件2电连接，下端与所述邻井接收组件2无线连接，所述邻井接收组件2与所述地面显示终端3电连接。
所述钻杆发射组件1用于采集待测井4的数字参数信号并进行第一信号处理，得到模拟参数信号，将所述模拟参数信号发射至邻井5中的邻井接收组件2；所述邻井接收组件2用于对所述模拟参数信号进行第二信号处理，得到所述待测井4的目标参数信息；所述地面显示终端3用于显示所述待测井4的目标参数信息。这里，所述待测井4的目标参数信息包括压力、温度、重力场和磁场强度等。
上述实施例的基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统，采用邻井接收天线接收信号，能够避免地面工频干扰，减少电磁波信号在邻井接收机上部地层的传播损失，极大地增加了电磁随钻测量系统的测量深度，能够广泛应用于煤层气、页岩气、地热井、干热岩等新能源的勘探开发中。
本实施例中，所述钻杆发射组件1包括从上至下顺次连接的上钻杆11、绝缘短节12和下钻杆13，所述上钻杆11和下钻杆13均为导体，所述绝缘短节12内部中空设置，且所述绝缘短节12内设有探管总成14，所述探管总成14的上下两端分别与所述上钻杆11和下钻杆13电连接，所述探管总成14分为两路发射所述模拟参数信号，一路通过所述上钻杆11传输到所述邻井接收组件2，另一路通过所述下钻杆13经过地层传输到所述邻井接收组件2，且钻杆发射组件1与所述邻井接收组件2形成回路。钻杆发射组件1可以在满足钻井的前提下，通过在所述绝缘短节12内嵌入所述探管总成14，可以实现在待测井4内的感应参数信号进行采集，便于准确的获取待测井4内感应参数信号，并发送至所述邻井5中的邻井接收组件2。
优选地，所述上钻杆11与所述邻井接收组件2之间以及所述邻井接收组件2与所述地面显示终端3之间均通过铠装电缆6电连接。通过所述铠装电缆6一方面可以实现所述探管总成14与所述邻井接收组件2之间以及所述邻井接收组件2与所述地面显示终端3之间的双向信号传输，另一方面，可以利用所述铠装电缆6具有较高的机械强度可以将所述邻井接收组件2悬吊设置在所述邻井5中，便于接收所述探管总成14通过无线方式发射的信号。
如图3所示，本实施例中，所述探管总成14包括信号采集电路、信号处理电路和发射电路，所述采集电路、信号处理电路和发射电路顺次串联，所述发射电路分别与上钻杆11和下钻杆13连接。所述信号采集电路用于采集待测井4的感应参数信号；所述信号处理电路用于对所述待测井4的感应参数信号进行第一信号处理，得到模拟参数信号；所述发射电路用于将所述模拟参数信号发射至邻井5中的邻井接收组件2。通过所述信号采集电路可以采集待测井内的感应参数信号，并由所述信号处理电路进行第一信号处理，然后发射，至所述邻井5中的邻井接收组件2，可以减少外部干扰。
优选地，所述信号采集电路包括均与所述信号处理电路电连接的压力传感器、温度传感器、重力加速度传感器和磁阻传感器，分别采集所述待测井4内的压力、温度、重力场和磁场强度。
优选地，所述信号处理电路包括第一单片机和数模转换电路，所述第一单片机分别与所述信号采集电路和数模转换电路电连接，所述数模转换电路与所述发射电路电连接。
优选地，所述发射电路采用路采用4个MOS管构成H桥，进行功率放大，以增大发射功率。
如图4所示，本实施例中，所述邻井接收组件2包括邻井接收机21和至少一根弹性接收天线22，所述邻井接收机21通过所述铠装电缆6与所述上钻杆11电连接，所述弹性接收天线22设置在所述邻井5中，并与所述邻井5内壁接触设置，所述邻井接收机21与所述弹性接收天线22电连接，所述弹性接收天线22与所述发射电路无线连接。所述弹性接收天线22用于接收所述模拟参数信号并发送至所述邻井接收机21；所述邻井接收机21用于对所述模拟参数信号进行第二信号处理，得到待测井4的目标参数信息，并发送至所述地面显示终端3进行显示。通过所述弹性接收天线22可以接收所述探管总成14以无线方式发射的模拟参数信号，这样可以避免工频干扰，且所述邻井接收机21可以对所述模拟参数信号进行第二信号处理，得到待测井4内的目标参数信息，结果准确。
本实施例中，所述邻井接收机21包括顺次串联的前置放大电路、滤波电路、二级放大电路、AD转换电路和第二单片机，所述弹性接收天线22与所述前置放大电路电连接，所述第二单片机与所述地面显示终端3电连接。
所述前置放大电路用于对所述模拟参数信号进行前置放大处理；所述滤波电路用于对经过所述前置放大处理后的所述模拟参数信号进行滤波处理；所述二级放大电路用于对经过滤波处理后的所述模拟参数信号进行二次放大处理；所述AD转换电路用于对经二次放大处理后的所述模拟参数信号进行模数转换处理；所述第二单片机用于对所述AD转换电路输出的数字信号进行解码，得到所述待测井4的目标参数信息。
优选地，所述邻井接收组件2还包括绞车23，所述绞车23设置在所述邻井5的进口上方，且所述铠装电缆6饶接在所述绞车23上，且所述邻井接收机21悬挂设置在所述铠装电缆6位于所述邻井5中的一端。通过所述绞车23可以收放所述铠装电缆6，这样可以比较方便的升降所述邻井接收组件2，便于满足实际检测需求。
实施例二、一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量方法。下面将结合图5对本发明的一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量方法进行详细介绍。
如图5所示，一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量方法，包括如下步骤：
步骤1：钻杆发射组件1采集待测井4的感应参数信号并进行第一信号处理，得到待发射的模拟参数信号；
步骤2：钻杆发射组件1将所述模拟参数信号发射至邻井5中的邻井接收组件2；
步骤3：所述邻井接收组件2接收所述模拟参数信号并进行第二信号处理，得到待测井4的目标参数信息；
步骤4：地面显示终端3显示所述待测井4的目标参数信息。
上述实施例的基于邻井接收天线的电磁随钻测量方法，通过设置在所述邻井5中的邻井接收组件2对所述钻杆发射组件1发送的模拟参数信号并进行信号处理，得到所述待测井4内的目标参数信息，能够避免地面工频干扰，减少电磁波信号在邻井接收机上部地层的传播损失，极大地增加了电磁随钻测量系统的测量深度，能够广泛应用于煤层气、页岩气、地热井、干热岩等新能源的勘探开发中。
本实施例中，所述待测井4的目标参数信息包括压力、温度、重力场和磁场强度等。
优选地，所述步骤1中第一信号处理的具体实现为：将所述感应参数信号依次进行编码、数模转换和放大处理，得到模拟参数信号。通过对所述感应参数信号进行第一信号处理，可以减少数据容量，降低带宽，提高数据的安全性，减少外部干扰，确保检测结果准确。
本实施例中，所述步骤2中，所述钻杆发射组件1分为两路将所述模拟参数信号发送至邻井5中的邻井接收组件2，其中一路通过铠装电缆6传输到所述邻井接收组件2，另一路经过地层传输到所述邻井5的邻井接收组件2，且所述钻杆发射组件1与所述邻井接收组件2形成回路。通过上述方式可以使得所述邻井接收组件2准确的获取所述钻杆发射组件1发射的模拟参数信号，从而得到所述待测井4的目标参数信息。
本实施例中，所述步骤3中，所述第二信号处理具体实现为：
步骤31：将所述模拟参数信号进行前置放大处理，再经过低通滤波处理；
步骤32：将经过所述步骤21处理的所述模拟参数信号进行二级放大处理，再经过AD转换；
步骤33：将经过所述步骤22处理的所述模拟参数信号进行解码，得到待测井4的目标参数信息。
通过上述步骤可以提高所述模拟参数信号的增益，滤除所述模拟参数信号中的杂波成分，经过解码都可以准确的得到所述待测井4的目标参数信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统，其特征在于：包括钻杆发射组件(1)、邻井接收组件(2)和地面显示终端(3)；
所述钻杆发射组件(1)插入至待测井(4)底部，所述邻井接收组件(2)设置在邻井(5)中，且所述钻杆发射组件(1)的上端与所述邻井接收组件(2)电连接，下端与所述邻井接收组件(2)无线连接，所述邻井接收组件(2)与所述地面显示终端(3)电连接；
所述钻杆发射组件(1)用于采集待测井(4)的感应参数信号并进行第一信号处理，得到模拟参数信号，将所述模拟参数信号发射至邻井(5)中的邻井接收组件(2)；
所述邻井接收组件(2)用于对所述模拟参数信号进行第二信号处理，得到所述待测井(4)的目标参数信息；
所述地面显示终端(3)用于显示所述待测井(4)的目标参数信息。
2.根据权利要求1所述的基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统，其特征在于：所述钻杆发射组件(1)包括从上至下顺次连接的上钻杆(11)、绝缘短节(12)和下钻杆(13)，所述上钻杆(11)和下钻杆(13)均为导体，所述绝缘短节(12)内部中空设置，且所述绝缘短节(12)内设有探管总成(14)，所述探管总成(14)的上下两端分别与所述上钻杆(11)和下钻杆(13)电连接，所述探管总成(14)分为两路发射所述模拟参数信号，一路通过所述上钻杆(11)传输到所述邻井接收组件(2)，另一路通过所述下钻杆(13)经过地层传输到所述邻井接收组件(2)，且钻杆发射组件(1)与所述邻井接收组件(2)形成回路。
3.根据权利要求2所述的基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统，其特征在于：所述上钻杆(11)与所述邻井接收组件(2)之间以及所述邻井接收组件(2)与所述地面显示终端(3)之间均通过铠装电缆(6)电连接。
4.根据权利要求3所述的基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统，其特征在于：所述探管总成(14)包括信号采集电路、信号处理电路和发射电路，所述采集电路、信号处理电路和发射电路顺次串联，所述发射电路分别与上钻杆(11)和下钻杆(13)连接；
所述信号采集电路用于采集待测井(4)的感应参数信号；
所述信号处理电路用于对所述待测井(4)的感应参数信号进行第一信号处理，得到模拟参数信号；
所述发射电路用于将所述模拟参数信号发射至邻井(5)中的邻井接收组件(2)。
5.根据权利要求4所述的基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统，其特征在于：所述邻井接收组件(2)包括邻井接收机(21)和至少一根弹性接收天线(22)，所述邻井接收机(21)通过所述铠装电缆(6)与所述上钻杆(11)电连接，所述弹性接收天线(22)设置在所述邻井(5)中，并与所述邻井(5)内壁接触设置，所述邻井接收机(21)与所述弹性接收天线(22)电连接，所述弹性接收天线(22)与所述发射电路无线连接；
所述弹性接收天线(22)用于接收所述模拟参数信号并发送至所述邻井接收机(21)；
所述邻井接收机(21)用于对所述模拟参数信号进行第二信号处理，得到待测井(4)的目标参数信息，并发送至所述地面显示终端(3)进行显示。
6.根据权利要求5所述的基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统，其特征在于：所述邻井接收组件(2)还包括绞车(23)，所述绞车(23)设置在所述邻井(5)的进口上方，且所述铠装电缆(6)饶接在所述绞车(23)上，且所述邻井接收机(21)悬挂设置在所述铠装电缆(6)位于所述邻井(5)中的一端。
7.一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：钻杆发射组件(1)采集待测井(4)的感应参数信号并进行第一信号处理，得到待发射的模拟参数信号；
步骤2：钻杆发射组件(1)将所述模拟参数信号发射至邻井(5)中的邻井接收组件(2)；
步骤3：所述邻井接收组件(2)接收所述模拟参数信号并进行第二信号处理，得到待测井(4)的目标参数信息；
步骤4：地面显示终端(3)显示所述待测井(4)的目标参数信息。
8.根据权利要求7所述的基于邻井接收天线的电磁随钻测量方法，其特征在于：所述步骤1中第一信号处理的具体实现为：将所述感应参数信号依次进行编码、数模转换和放大处理，得到模拟参数信号。
9.根据权利要求7所述的基于邻井接收天线的电磁随钻测量方法，其特征在于：所述步骤2中，所述钻杆发射组件(1)分为两路将所述模拟参数信号发送至邻井(5)中的邻井接收组件(2)，其中一路通过铠装电缆(6)传输到所述邻井接收组件(2)，另一路经过地层传输到所述邻井(5)的邻井接收组件(2)，且所述钻杆发射组件(1)与所述邻井接收组件(2)形成回路。
10.根据权利要求7所述的基于邻井接收天线的电磁随钻测量方法，其特征在于：所述步骤3中，所述第二信号处理具体实现为：
步骤31：将所述模拟参数信号进行前置放大处理，再经过低通滤波处理；
步骤32：将经过所述步骤21处理的所述模拟参数信号进行二级放大处理，再经过AD转换；
步骤33：将经过所述步骤22处理的所述模拟参数信号进行解码，得到所述待测井(4)的目标参数信息。
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