CN113078960B - 一种井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置，包括：第一钻杆；无线发射装置，其安装在第一钻杆上；第一套管，其沿轴向套设在第一钻杆上；其中，第一钻杆的一端延伸至第一套管的一端外侧；第二钻杆，其与第一钻杆间隔设置；无线接收装置，其安装在第二钻杆上；第二套管，其沿轴向套设置第二套管上；其中，第二钻杆的一端延伸至第二套管的一端外侧；有缆遥传装置，其安装在第二钻杆上；计算机，其通过电缆连接有缆遥传装置；钻杆电阻率模拟短结，其一端连接第一钻杆，另一端连接第二钻杆；套管电阻率模拟短结，其一端连接第一套管，另一端连接第二套管；多条接地线，其一端分别连接套管电阻率模拟短结的不同位置，另一端接地。

Description

一种井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置及方法

技术领域

本发明属于石油、天然气勘探测试技术领域，特别涉及一种井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置及方法。

背景技术

目前，随着海上油气测试范围的不断扩大，时效要求的提高，工况情况趋于复杂，作业难度越来越大。因此，基于电磁无线技术的数据传输系统是地层测试发展的必然趋势，从而如何仿真模拟测试该系统，最大程度的建立起实际井况环境和相关测试方法，是提高电磁无线传输系统研究和作业一次上井成功率的必然要求。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置，其能够在无线电磁传输系统研发过程和仪器定期维保过程中实现长远距离地面仿真测试。

本发明的目的之二是提供一种井下电磁无线传输系统模拟仿真测试方法，其便于操作，能够实现不同套管环境、不同钻杆环境、不同井液环境的模拟仿真测试，并且提高仿真测试效率。

本发明提供的技术方案为：

一种井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置，包括：

第一钻杆；

无线发射装置，其安装在所述第一钻杆上；

第一套管，其沿轴向套设在所述第一钻杆上；

其中，所述无线发射装置位于所述第一套管内，所述第一钻杆的一端延伸至所述第一套管的一端外侧；

第二钻杆，其与所述第一钻杆间隔设置；

无线接收装置，其安装在所述第二钻杆上；

第二套管，其沿轴向套设置所述第二套管上；

其中，所述无线接收装置位于所述第二套管内，所述第二钻杆的一端延伸至所述第二套管的一端外侧；

有缆遥传装置，其安装在所述第二钻杆上；

计算机，其通过电缆连接所述有缆遥传装置；

钻杆电阻率模拟短节，其一端连接所述第一钻杆的一端，另一端连接所述第二钻杆的一端；

套管电阻率模拟短节，其一端连接所述第一套管的另一端，另一端连接所述第二套管的另一端；

多条接地线，其一端分别连接所述套管电阻率模拟短节的不同位置，另一端接地。

优选的是，所述的井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置，还包括：

封隔器，其安装在第一钻杆上，并且设置在所述第一套管内；

其中，所述无线发射装置位于所述第一套管的另一端的内壁与所述封隔器之间。

一种井下电磁无线传输系统模拟仿真测试方法，包括如下步骤：

步骤一、将第一套管和第二套管内注入测试液，并进行打压；

步骤二、操作封隔器进行坐封；

步骤三、根据作业需求的传输距离，设置套管电阻率模拟短节和钻杆电阻率模拟短节的长度；

步骤四、根据实际井况地层情况，设置连接套管电阻率模拟短节的接地点；

步骤五、启动测试装置，通过计算机接收测试数据并监控测试过程。

优选的是，在所述步骤一中，将第一套管和第二套管内注入测试液后，进行10000psi打压。

优选的是，在所述步骤三中，设置所述套管电阻率模拟短节的长度为：

其中，κ表示套管电阻率模拟短节的长度系数，κ＝0.93～0.96；S表示传输距离，SNR表示井下电磁无线传输系统的信噪比。

优选的是，在所述步骤三中，设置所述钻杆电阻率模拟短节的长度为：

其中，τ表示钻杆电阻率模拟短节的长度系数，τ＝0.68～0.72；S表示传输距离，SNR表示井下电磁无线传输系统的信噪比，I表示井下电磁无线传输系统的工作电流。

本发明的有益效果是：

本发明提供的井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置，能够在无线电磁传输系统研发过程和仪器定期维保过程中实现长远距离地面仿真测试；解决了无线电磁传输系统无法进行地面仿真环境的测试和维保问题。

本发明提供的井下电磁无线传输系统模拟仿真测试方法，能够实现不同套管环境、不同钻杆环境、不同井液环境的模拟仿真测试，便于操作，并且能够提高仿真测试效率。

附图说明

图1为本发明所述的井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置的总体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了一种井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置，主要由套管、钻杆、封隔器、钢管电缆、套管电阻率模拟短节、钻杆电阻率模拟短节和无线电磁传输系统构成。在该系统中可实现不同套管环境、不同钻杆环境、不同井液环境等相关模拟仿真测试；并且能够通过钢管电缆穿越套管对系统的运行状态及数据进行监控。

如图1所示，所述的井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置，将系统电子短节以托筒的方式安装于钻杆110和钻杆120上，其中，钻杆110上安装有无线发射装置210，钻杆120上安装有无线接收装置220。钻杆110和钻杆120分别放置于套管310和套管320内，并做好承压密封；其中，钻杆110的一端111延伸至套筒310外侧，钻杆120的一端121延伸至套筒320的外侧。同时，钻杆120上还安装有遥传装置230，遥传装置230位于套管320内；无线接收装置220通过有缆遥传装置230收集接收的信号后，经过穿越钢管电缆240将信号引出套管320，由PC400进行数据的监控分析。套管电阻率模拟短节330的两端分别连接套管310的一端和套管320的一端；钻杆电阻率模拟短节130的两端分别连接和钻杆110的一端111和钻杆120的一端121。还设置有多条接地线500，其一端分别连接套管电阻率模拟短节330的不同位置(不同接地节点)，另一端接地；通过上述设置实现在套管电阻率模拟短节330上设置多处接地路径。封隔器600安装在第一钻杆110上，并且设置在第一套管310内；其中，无线发射装置210位于套管320的一端(远离钻杆121的一端)的内壁与封隔器600之间。

通过不同的钻杆电阻率模拟短节、套管电阻率模拟短节和接地路径的不同组合从而最大程度有效仿真井下无线传输路径和影响因素。通过给套管中注入不同的测试液模拟不同井液对无线电磁传输系统信号的影响。

本发明还提供了一种井下电磁无线传输系统模拟仿真测试方法，包括如下步骤：

①根据需要进行的测试类型对套管内注入相关测试液，并进行10000psi打压；

②操作封隔器进行坐封；

③根据实际井况作业要求的传输距离，设置套管电阻率模拟短节和钻杆电阻率模拟短节的长度；

其中，根据经验设置所述套管电阻率模拟短节的长度为：

其中，κ表示套管电阻率模拟短节的长度系数，κ＝0.93～0.96；S表示传输距离，SNR表示井下电磁无线传输系统的信噪比。

设置所述钻杆电阻率模拟短节的长度为：

其中，τ表示钻杆电阻率模拟短节的长度系数，τ＝0.68～0.72；S表示传输距离，SNR表示井下电磁无线传输系统的信噪比，I表示井下电磁无线传输系统的工作电流。

经实践验证通过上述公式设置套管电阻率模拟短节和钻杆电阻率模拟短节的长度，能够提高信号传输的准确性。

④根据实际井况地层情况，设置连接套管电阻率模拟短节的接地点，模拟地层电阻率情况。

在另一实施例中，设置连接套管电阻率模拟短节的接地点的规则为：当底层为高阻地层时，选择靠近无线接收装置的接地点，当地层为低阻底层时，选择靠近无线发射装置的接地点。

完成以上相关设置后，可以启动无线传输系统，通过PC对系统传输速率、误码率、基准频率裕度、功耗等参数进行测评和监控，从而实现不同套管环境、不同钻杆环境、不同井液环境的模拟仿真测试。

其中，根据井况情况将测试类型分为以下几种：

(1)水基泥浆+高阻地层

(2)水基泥浆+低阻地层

(3)油基泥浆+高阻地层

(4)油基泥浆+低阻地层

(5)气体及充气井液+高阻地层

(6)气体及充气井液+低阻地层

(7)其它。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置，其特征在于，包括：

第一钻杆；

无线发射装置，其安装在所述第一钻杆上；

第一套管，其沿轴向套设在所述第一钻杆上；

其中，所述无线发射装置位于所述第一套管内，所述第一钻杆的一端延伸至所述第一套管的一端外侧；

第二钻杆，其与所述第一钻杆间隔设置；

无线接收装置，其安装在所述第二钻杆上；

第二套管，其沿轴向套设置所述第二套管上；

其中，所述无线接收装置位于所述第二套管内，所述第二钻杆的一端延伸至所述第二套管的一端外侧；

有缆遥传装置，其安装在所述第二钻杆上；

计算机，其通过电缆连接所述有缆遥传装置；

钻杆电阻率模拟短节，其一端连接所述第一钻杆的一端，另一端连接所述第二钻杆的一端；

套管电阻率模拟短节，其一端连接所述第一套管的另一端，另一端连接所述第二套管的另一端；

多条接地线，其一端分别连接所述套管电阻率模拟短节的不同位置，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置，其特征在于，还包括：

封隔器，其安装在第一钻杆上，并且设置在所述第一套管内；

其中，所述无线发射装置位于所述第一套管的另一端的内壁与所述封隔器之间。

3.一种井下电磁无线传输系统模拟仿真测试方法，使用如权利要求1或2所述的井下电磁无线传输系统模拟仿真测试装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将第一套管和第二套管内注入测试液，并进行打压；

步骤二、操作封隔器进行坐封；

步骤三、根据作业需求的传输距离，设置套管电阻率模拟短节和钻杆电阻率模拟短节的长度；

步骤四、根据实际井况地层情况，设置连接套管电阻率模拟短节的接地点；

步骤五、启动测试装置，通过计算机接收测试数据并监控测试过程。

4.根据权利要求3所述的井下电磁无线传输系统模拟仿真测试方法，其特征在于，在所述步骤一中，将第一套管和第二套管内注入测试液后，进行10000psi打压。

5.根据权利要求4所述的井下电磁无线传输系统模拟仿真测试方法，其特征在于，在所述步骤三中，设置所述套管电阻率模拟短节的长度为：

其中，κ表示套管电阻率模拟短节的长度系数，κ＝0.93～0.96；S表示传输距离，SNR表示井下电磁无线传输系统的信噪比。

6.根据权利要求4或5所述的井下电磁无线传输系统模拟仿真测试方法，其特征在于，在所述步骤三中，设置所述钻杆电阻率模拟短节的长度为：

其中，τ表示钻杆电阻率模拟短节的长度系数，τ＝0.68～0.72；S表示传输距离，SNR表示井下电磁无线传输系统的信噪比，I表示井下电磁无线传输系统的工作电流。

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