基于电磁感应原理的随钻数据传输方式的研究-论文.pdf

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1、2014年20期科技一向导◇科技论坛◇基于电磁感应原理的随钻数据传输方式的研究潘睿f大庆钻探工程公司国际事业部黑龙江大庆163413)【摘要】随钻仪器在工作时向地面进行信号传输所采用的方式有许多种，目前大部分已经不能满足井下大量数据传输的要求。本文介绍一种适用于随钻仪器高速数据传输的方法．它利用钻杆接头处线圈间的电磁感应耦合原理实现信号的非接触式传输。经过大量实验及应用效果表明．该技术以能够实现随钻仪器数据的高速双向传输。【关键词】随钻仪器；数据传输；电磁感应耦合；非接触随钻测井系统主要包括工程参数测量和地质参数测量两部分。前键控法在频率捷变时相位不连续

2、．频率转换时间依赖于选择开关者主要是对钻井过程的井眼轨迹参数进行测量．包括井斜、钻井方位的切换速率．而且频率f2和f1需要另外的时钟源产生，提高了系统的角和工具角度等_l_。后者是对前者的补充．包括地层电阻率、孔隙度和复杂度本文采用了DDS芯片实现FSK的调制，可以克服这一系列的钻具扭矩、钻压等．同时还可以提供方向参数。问题。随着随钻仪器采集的参数不断增加．数据量也越来越大．那么在2．2设计方法井下和地面之间的信息通路的数据传输速率就必须要提高。因而半个电路的核心在于全数字化频率合成器(DDS)的设计。主要有五部谓啊解多世纪以来人们研究了各种数据传输技术

3、，但这些传输方法各有其优分组成：相位累加器、正弦查找表(ROM)、数模转换器(DAC)、低通滤缺点电磁波传输和声波传输方法的数据传输速率仍然不够快而且传波器(LPF)和参考时钟．其结构框图如图3所示。输距离也有限：光纤传输和有线对接传输速度很快但无法避免通信线路在钻杆接头处的磨损。使得其可靠性下降；而钻杆存贮式传输技术不能实时传输数据。怎样解决速率、可靠性和实时性三者的矛盾，成为突破信息传输的瓶颈的关键问题在这种背景下．国外出现一种基于电磁感应耦合原理的随钻数据传输方法．其速率可高达2Mbps[t1．此系统也称为磁感应数据传输系图3DDS结构框图统本文深

4、入研究了这种数据传输方法．建立磁感应传输的信道模型参考时钟是一个稳定的石英晶体振荡器．用于同步频率合成器的以及实验系统各个部分。相位累加器以预先设置的相位增量(频率控制字)进行相位1．基本原理累加．其输出作为正弦查找表ROM的地址．寻址ROM得到相应的正在这种方式下．数据通过钻杆传输至地面，在两个钻杆接头处采弦波形幅度离散值．DAC将这些离散幅度值转换为模拟信号．最后用非接触的方式进行传输。具体做法是在钻杆两端放置磁感应线圈，LPF对高频分量进行衰减得到平滑的输出波形钻杆连接之后．相邻两节钻杆端部线圈之间的间隙很小．允许小信号NE564是工作频率可到50

5、MHz的超高频通用集成锁相环路除以电磁感应的方式通过为了提高传输效率．线圈放置在用磁性材料了锁相环路的基本部件：鉴相器、压控振荡器和环路滤波器之外，电路制作的环形槽中。在钻杆内部．信号通过高强度的电缆传输。中还有输入信号限幅器、放大器、直流恢复器和施密特触发器。它只需另外．数字信号不能直接在电磁感应信道中传输．电磁感应传输外界环路滤波器及定时电容等少数元器件即可构成一个效果很好的的基本原理就是用待传输的数字信号对能够在信道中传输的载波进FSK解调器。基于NE564的FSK解调电路如图4所示。行调制．让载波信号的幅度、频率或相位随数字信号变化目系统中使用的

6、载波类型为正弦信号．信号加到电磁感应信道上．会在线圈中激——[答!竺出励出交变电流．交变电流会产生交变磁场．该交变磁场能够在相邻线VCC1—圈中激励出交变电流信号就是以这种方式在钻杆之间一级一级向前传输．如下图所示朝籼擎箍蝗5}直流恢复l4———]晦啦微置1。2阵；]：譬GND8K图1电磁感应原理NE5642．调制解调电路设计图4基于NE564和FSK的解调电路2．1调制方式的实现3．系统模拟测试数字信号调制的基本类型有：振幅键控(AmplitudeShiftKeying，3．1模拟系统设计ASK)、频移键控(FrequencyShiftKeying，F

7、SK)和相位键控(PhaseShift模拟系统的钻铤采用双台肩设计．一台肩端面开环形槽．槽内嵌Keying，PSK)131由于信道输出电压幅值随频率和传输距离的变化较入磁芯材料和线圈。两钻杆经螺纹配合后．钻杆接头内的两个线圈构大．不宜采用ASK方式。而PSK占用频带最窄．抗干扰能力也加强，很成感应耦合器．两个线圈的间距约为3ram。适合磁感应信道传输，但其电路实现较复杂。本文选择FSK作为信号应耦合器的磁材料应满足所需频带范围内高磁导率和高电阻率调制解调方式的要求本实验系统采用了的锰锌铁氧体，其初始磁导率=2000，电FSK可由键控法实现．其理论框图如图

8、2所示。阻率0=140Q．m，温度Tc>130Co。工作频率范围为lkHz～3M