專利名稱：一種極低頻或超低頻電磁波隨鉆雙向遙傳系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探、石油、煤田、冶金等各種鉆進(jìn)時(shí)隨鉆無線傳輸井下信息的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代地質(zhì)工程、礦山或石油的鉆進(jìn)過程中，要及時(shí)了解鉆進(jìn)過程信息，鉆孔軌跡，所鉆地層的情況，根據(jù)井下的這些情況及時(shí)做出決策，或及時(shí)調(diào)整、控制井下鉆具按照鉆井者的意愿進(jìn)行工作。為達(dá)到這種目的，就需要解決鉆進(jìn)信息雙向傳輸?shù)膯栴}。
目前的鉆井信息傳輸通道有無線傳輸和有線傳輸兩種。有線傳輸方法是用電纜連接井下儀器，把井下儀器所測(cè)得的信息通過電纜傳輸?shù)降孛?；也可以通過電纜把控制信息傳輸給井下儀器或工具。但在鉆進(jìn)過程中電纜會(huì)被旋轉(zhuǎn)的鉆桿絞斷或磨斷，使用很不方便。所以鉆井信息傳輸技術(shù)的發(fā)展方向?yàn)闊o線傳輸。
目前，常見的無線傳輸方式有兩種一種是泥漿脈沖隨鉆遙測(cè)技術(shù)；另一種是電磁波隨鉆遙測(cè)技術(shù)。泥漿脈沖是用機(jī)械的方法瞬時(shí)堵塞或開啟泥漿流動(dòng)通道以產(chǎn)生液壓脈沖的方法，通過液壓脈沖來傳遞數(shù)據(jù)或信息的。這種方法傳遞數(shù)據(jù)較慢，并且只有在泥漿正常流動(dòng)時(shí)才能正常工作?，F(xiàn)代鉆進(jìn)要求傳遞的信息越來越多；在空氣鉆進(jìn)或欠平衡鉆進(jìn)中，無法產(chǎn)生泥漿脈沖。為滿足這些需要產(chǎn)生與發(fā)展了電磁波隨鉆測(cè)量方法。
但是，目前電磁波隨鉆測(cè)量存在如下缺點(diǎn)或不足1、目前的電磁波隨鉆信息傳輸多是單向的，即只能把井下的信息傳至地面，不能把控制信息從地面?zhèn)鹘o井下工具。
2、發(fā)射方式與傳輸距離方面的限制。電磁波經(jīng)地層傳播時(shí)，電磁波頻率越高，地層吸收率越高；頻率越低，則地表接收效果越好，或者說傳播距離越遠(yuǎn)。目采用發(fā)射線圈感應(yīng)信號(hào)的方式發(fā)射電磁波其頻率常常受到限制，對(duì)于極低頻(頻率為30Hz以下)或超低頻(頻率為30-300Hz)電磁波發(fā)射線圈的匝數(shù)要求很高，耗能較大；在鉆具空間受限時(shí)，電磁波傳播距離就會(huì)受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙向信息傳輸、傳播距離越遠(yuǎn)的極低頻或超低頻電磁波隨鉆雙向遙傳系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種極低頻或超低頻電磁波隨鉆雙向遙傳系統(tǒng)，它由計(jì)算機(jī)、井上機(jī)和井下機(jī)組成，井上機(jī)包括井上接收裝置，井上接收裝置由轉(zhuǎn)換開關(guān)、井上接收接口模塊、井上接收單片機(jī)、井上接收數(shù)字濾波電路、井上接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井上接收信號(hào)放大電路、井上天線組成，井上接收裝置通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與計(jì)算機(jī)相聯(lián)；井下機(jī)包括井下發(fā)射裝置，井下發(fā)射裝置由井下發(fā)射接口模塊、井下發(fā)射單片機(jī)、井下發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井下發(fā)射功率放大電路、井下天線組成，井下測(cè)量?jī)x器與井下發(fā)射接口模塊相聯(lián)；其特征在于井上天線包括金屬棒7，鉆塔1構(gòu)成井上天線的一部份，使用時(shí)，金屬棒埋入地下，井上接收裝置的井上接收信號(hào)放大電路的第一信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與金屬棒相連，井上接收信號(hào)放大電路的第二信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與鉆塔1連接；井下天線包括絕緣層10、金屬管11，鉆桿3構(gòu)成井下天線的一部份，絕緣層10套在鉆桿3上并與鉆桿3相粘接，金屬管11套在絕緣層10上并與絕緣層10相粘接，井下發(fā)射功率放大電路的第一輸出接口由導(dǎo)線12與金屬管11連接，井下發(fā)射功率放大電路的第二輸出接口由導(dǎo)線與鉆桿3連接；井上機(jī)包括井上發(fā)射裝置，井上發(fā)射裝置包括井上發(fā)射接口模塊、井上發(fā)射單片機(jī)、井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井上發(fā)射功率放大電路，井上發(fā)射接口模塊的輸出端與井上發(fā)射單片機(jī)的輸入端相聯(lián)，井上發(fā)射單片機(jī)的輸出端與井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端相聯(lián)，井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與井上發(fā)射功率放大電路的輸入端相聯(lián)；井上發(fā)射接口模塊的輸入端通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的第一輸出接口由導(dǎo)線與金屬棒7連接，井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的第二輸出接口由導(dǎo)線與鉆塔1連接；井下機(jī)包括井下接收裝置，井下接收裝置包括井下接收接口模塊、井下接收單片機(jī)、井下接收數(shù)字濾波電路、井下接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井下接收信號(hào)放大電路，井下接收信號(hào)放大電路的第一信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與金屬管11連接，井下接收信號(hào)放大電路的第二信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與鉆桿3連接；井下接收信號(hào)放大電路的輸出端與井下接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端相聯(lián)，井下接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與井下接收數(shù)字濾波電路的輸入端相聯(lián)，井下接收數(shù)字濾波電路的輸出端與井下接收單片機(jī)的輸入端相聯(lián)，井下接收單片機(jī)的輸出端與井下接收接口模塊的輸入端相聯(lián)，井下接收接口模塊的輸出端與井下發(fā)射接口模塊相聯(lián)。
本發(fā)明的有益效果是1、采用井下發(fā)射裝置的井下發(fā)射功率放大電路的第一輸出接口由導(dǎo)線12與金屬管11連接，井下發(fā)射功率放大電路的第二輸出接口由導(dǎo)線與鉆桿3連接；井上接收裝置的井上接收信號(hào)放大電路的第一信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與金屬棒相連，井上接收信號(hào)放大電路的第二信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與鉆塔1連接；即采用直接耦合的方法，不使用線圈而直接把電信號(hào)連接到作為兩極的導(dǎo)體上，能發(fā)射和接收1-100Hz的超低頻和極低頻的電磁波信號(hào)，傳播距離越遠(yuǎn)。井上發(fā)射裝置與井上接收裝置共用井上天線，井下接收裝置與井下發(fā)射裝置共用井下天線，采用直接耦合的方法，能發(fā)射和接收1-100Hz的超低頻和極低頻的電磁波信號(hào)，傳播距離越遠(yuǎn)。
2、本發(fā)明的井上機(jī)采用由井上接收裝置和井上發(fā)射裝置組成，井下機(jī)由井下發(fā)射裝置和井下接收裝置組成；能實(shí)現(xiàn)雙向信息傳輸。
3、井下天線采用鉆桿作為井下天線的一極，金屬管11作為井下天線的另一極，利用了鉆桿作為井下天線的一極，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。采用并行雙管結(jié)構(gòu)式發(fā)射天線，內(nèi)管采用普通鉆桿以保證強(qiáng)度，外管采用普通鋼管，中間填充絕緣材料(絕緣層10的材料為玻璃鋼)，中間填充絕緣材料不需要象鉆桿一樣具有很高抗扭、抗壓和抗拉強(qiáng)度，這種技術(shù)不需要特殊絕緣材料，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有材料與工藝水平條件下容易加工。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明使用狀態(tài)示意3是本發(fā)明井下天線的結(jié)構(gòu)示意中1-鉆塔，2-鉆孔，3-鉆桿，4-井下機(jī)，5-鉆頭，6-井下天線，7-金屬棒，8-井上機(jī)，9-計(jì)算機(jī)，10-絕緣層，11-金屬管，12-導(dǎo)線。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2、圖3所示，一種極低頻或超低頻電磁波隨鉆雙向遙傳系統(tǒng)，它由計(jì)算機(jī)9、井上機(jī)8和井下機(jī)4組成。井上機(jī)8由井上接收裝置和井上發(fā)射裝置組成；井上接收裝置由轉(zhuǎn)換開關(guān)、井上接收接口模塊、井上接收單片機(jī)、井上接收數(shù)字濾波電路、井上接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井上接收信號(hào)放大電路、井上天線組成；井上天線包括金屬棒7，鉆塔1構(gòu)成井上天線的一部份，使用時(shí)，金屬棒埋入地下，井上接收信號(hào)放大電路的第一信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與金屬棒相連，井上接收信號(hào)放大電路的第二信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與鉆塔1連接；鉆塔1、鉆桿形成連接回路(鉆桿3與鉆塔1相聯(lián))；井上接收信號(hào)放大電路的輸出端與井上接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，井上接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與井上接收數(shù)字濾波電路的輸入端相連，井上接收數(shù)字濾波電路的輸出端與井上接收單片機(jī)的輸入端相連，井上接收單片機(jī)的輸出端與井上接收接口模塊的輸入端相連，井上接收接口模塊的輸出端通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與計(jì)算機(jī)相聯(lián)；井上發(fā)射裝置包括井上發(fā)射接口模塊、井上發(fā)射單片機(jī)、井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井上發(fā)射功率放大電路，井上發(fā)射接口模塊的輸出端與井上發(fā)射單片機(jī)的輸入端相聯(lián)，井上發(fā)射單片機(jī)的輸出端與井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端相聯(lián)，井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與井上發(fā)射功率放大電路的輸入端相聯(lián)；井上發(fā)射接口模塊的輸入端通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，井上發(fā)射裝置與井上接收裝置共用井上天線，井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的第一輸出接口由導(dǎo)線與金屬棒7連接，井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的第二輸出接口由導(dǎo)線與鉆塔1連接；井下機(jī)由井下發(fā)射裝置和井下接收裝置組成；井下發(fā)射裝置由井下發(fā)射接口模塊、井下發(fā)射單片機(jī)、井下發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井下發(fā)射功率放大電路、井下天線組成；井下天線包括絕緣層10、金屬管11，鉆桿3構(gòu)成井下天線的一部份，絕緣層10套在鉆桿3上并與鉆桿3相粘接，金屬管11套在絕緣層10上并與絕緣層10相粘接；井下測(cè)量?jī)x器(如測(cè)斜探管)與井下發(fā)射接口模塊的輸入端相聯(lián)，井下發(fā)射接口模塊的輸出端與井下發(fā)射單片機(jī)的輸入端相聯(lián)，井下發(fā)射單片機(jī)的輸出端與井下發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端相聯(lián)，井下發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與井下發(fā)射功率放大電路的輸入端相聯(lián)， 井下發(fā)射功率放大電路的第一輸出接口由導(dǎo)線12與金屬管11連接，井下發(fā)射功率放大電路的第二輸出接口由導(dǎo)線與鉆桿3連接；井下接收裝置包括井下接收接口模塊、井下接收單片機(jī)、井下接收數(shù)字濾波電路、井下接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井下接收信號(hào)放大電路，井下接收裝置與井下發(fā)射裝置共用井下天線，井下接收信號(hào)放大電路的第一信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與金屬管11連接，井下接收信號(hào)放大電路的第二信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與鉆桿3連接；井下接收信號(hào)放大電路的輸出端與井下接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端相聯(lián)，井下接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與井下接收數(shù)字濾波電路的輸入端相聯(lián)，井下接收數(shù)字濾波電路的輸出端與井下接收單片機(jī)的輸入端相聯(lián)，井下接收單片機(jī)的輸出端與井下接收接口模塊的輸入端相聯(lián)，井下接收接口模塊的輸出端與井下發(fā)射接口模塊相聯(lián)。
井上接收裝置的轉(zhuǎn)換開關(guān)、井上接收接口模塊、井上接收單片機(jī)、井上接收數(shù)字濾波電路、井上接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井上接收信號(hào)放大電路，井上發(fā)射裝置的井上發(fā)射接口模塊、井上發(fā)射單片機(jī)、井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井上發(fā)射功率放大電路，井下發(fā)射裝置的井下發(fā)射接口模塊、井下發(fā)射單片機(jī)、井下發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井下發(fā)射功率放大電路，井下接收裝置的井下接收接口模塊、井下接收單片機(jī)、井下接收數(shù)字濾波電路、井下接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井下接收信號(hào)放大電路，均可采用公知技術(shù)。
井下天線6在井下機(jī)發(fā)射信號(hào)時(shí)是發(fā)射天線，而在接收信號(hào)時(shí)是接收天線。井下發(fā)射裝置把井下采集的數(shù)據(jù)與頻率為1-100Hz的超低頻和極低頻的電磁波調(diào)制成載波信號(hào)，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換和功率放大，把載波電信號(hào)通過鉆桿與金屬管11發(fā)射電磁波經(jīng)過地層傳輸?shù)降孛妫恍盘?hào)經(jīng)過地層傳輸?shù)降乇斫邮?金屬棒7接收)，接收到的信號(hào)在井上機(jī)8中進(jìn)行處理，井上機(jī)8中也包括接收和發(fā)射兩種功能；進(jìn)行信號(hào)接收時(shí)，信號(hào)經(jīng)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、信號(hào)解調(diào)后通過接口模塊進(jìn)入計(jì)算機(jī)9進(jìn)行顯示與處理。由地面向井下發(fā)射指令時(shí)則相反，由計(jì)算機(jī)9輸出指令，經(jīng)過井上發(fā)射裝置調(diào)制信號(hào)、數(shù)模轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大等過程由井上天線發(fā)送出去；由于井上發(fā)射裝置體積不受空間限制，為使井下機(jī)接收到較為清晰的信號(hào)，井上機(jī)的功率比井下機(jī)大的多，通常為7-10倍。
應(yīng)用實(shí)例本電磁波隨鉆雙向遙傳系統(tǒng)與井下測(cè)斜探管連接，即組成電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。鉆井時(shí)，井下測(cè)斜探管測(cè)量出鉆孔在測(cè)斜儀位置的井斜角(頂角)和方位角，這些數(shù)據(jù)可通過電磁波隨鉆雙向遙傳系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳送到地面，以便鉆井人員及時(shí)判斷井下是否產(chǎn)生了孔斜。
本發(fā)明可以把鉆孔孔內(nèi)鉆進(jìn)信息、地層信息實(shí)時(shí)的傳輸?shù)降孛妫瑫r(shí)也可以從地面發(fā)送指令控制孔內(nèi)鉆具或鉆具部件的動(dòng)作。從地面控制井下鉆具或鉆具部件動(dòng)作時(shí)，本電磁波隨鉆雙向遙傳系統(tǒng)的井下接收接口模塊與井下鉆具或鉆具部件連接。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)為1、可以用在5000米內(nèi)的深孔，實(shí)現(xiàn)雙向信息傳輸。
2、采用偶極發(fā)射天線，適應(yīng)超低頻深孔發(fā)射與接收。
3、井下天線，具有較強(qiáng)的發(fā)射能力，又容易制造。
本發(fā)明適合深孔鉆進(jìn)隨鉆測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種極低頻或超低頻電磁波隨鉆雙向遙傳系統(tǒng)，它由計(jì)算機(jī)、井上機(jī)和井下機(jī)組成，井上機(jī)包括井上接收裝置，井上接收裝置由轉(zhuǎn)換開關(guān)、井上接收接口模塊、井上接收單片機(jī)、井上接收數(shù)字濾波電路、井上接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井上接收信號(hào)放大電路、井上天線組成，井上接收裝置通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與計(jì)算機(jī)相聯(lián)；井下機(jī)包括井下發(fā)射裝置，井下發(fā)射裝置由井下發(fā)射接口模塊、井下發(fā)射單片機(jī)、井下發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井下發(fā)射功率放大電路、井下天線組成，井下測(cè)量?jī)x器與井下發(fā)射接口模塊相聯(lián)；其特征在于井上天線包括金屬棒(7)，鉆塔(1)構(gòu)成井上天線的一部份，使用時(shí)，金屬棒埋入地下，井上接收裝置的井上接收信號(hào)放大電路的第一信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與金屬棒相連，井上接收信號(hào)放大電路的第二信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與鉆塔(1)連接；井下天線包括絕緣層(10)、金屬管(11)，鉆桿(3)構(gòu)成井下天線的一部份，絕緣層(10)套在鉆桿(3)上并與鉆桿(3)相粘接，金屬管(11)套在絕緣層(10)上并與絕緣層(10)相粘接，井下發(fā)射功率放大電路的第一輸出接口由導(dǎo)線(12)與金屬管(11)連接，井下發(fā)射功率放大電路的第二輸出接口由導(dǎo)線與鉆桿(3)連接；井上機(jī)包括井上發(fā)射裝置，井上發(fā)射裝置包括井上發(fā)射接口模塊、井上發(fā)射單片機(jī)、井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井上發(fā)射功率放大電路，井上發(fā)射接口模塊的輸出端與井上發(fā)射單片機(jī)的輸入端相聯(lián)，井上發(fā)射單片機(jī)的輸出端與井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端相聯(lián)，井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與井上發(fā)射功率放大電路的輸入端相聯(lián)；井上發(fā)射接口模塊的輸入端通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的第一輸出接口由導(dǎo)線與金屬棒(7)連接，井上發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的第二輸出接口由導(dǎo)線與鉆塔(1)連接；井下機(jī)包括井下接收裝置，井下接收裝置包括井下接收接口模塊、井下接收單片機(jī)、井下接收數(shù)字濾波電路、井下接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、井下接收信號(hào)放大電路，井下接收信號(hào)放大電路的第一信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與金屬管(11)連接，井下接收信號(hào)放大電路的第二信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與鉆桿(3)連接；井下接收信號(hào)放大電路的輸出端與井下接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端相聯(lián)，井下接收數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與井下接收數(shù)字濾波電路的輸入端相聯(lián)，井下接收數(shù)字濾波電路的輸出端與井下接收單片機(jī)的輸入端相聯(lián)，井下接收單片機(jī)的輸出端與井下接收接口模塊的輸入端相聯(lián)，井下接收接口模塊的輸出端與井下發(fā)射接口模塊相聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁波隨鉆信息傳輸系統(tǒng)。一種極低頻或超低頻電磁波隨鉆雙向遙傳系統(tǒng)，它由計(jì)算機(jī)、井上機(jī)和井下機(jī)組成，其特征在于井上機(jī)天線包括金屬棒(7)，鉆塔(1)構(gòu)成井上天線的一部份，井上接收裝置的井上接收信號(hào)放大電路的第一信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與金屬棒相連，井上接收信號(hào)放大電路的第二信號(hào)輸入接口由導(dǎo)線與鉆塔(1)連接；井下天線包括絕緣層(10)、金屬管(11)，鉆桿(3)構(gòu)成井下天線的一部份，井下發(fā)射功率放大電路的第一輸出接口由導(dǎo)線(12)與金屬管(11)連接，井下發(fā)射功率放大電路的第二輸出接口由導(dǎo)線與鉆桿(3)連接；井上機(jī)包括井上發(fā)射裝置，井下機(jī)包括井下接收裝置。本發(fā)明具有雙向信息傳輸、傳播距離越遠(yuǎn)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B47/12GK101033687SQ20071005168
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者姚愛國(guó), 邢樹村, 邵養(yǎng)濤 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)