BH-VDT垂直钻井工具无线电磁短传模块影响因素分析

垂直钻井工具组合大扭矩螺杆一体化提速技术,是山前高陡构造防斜打快的主要手段。BH-VDT垂直钻井工具采用随钻测量、控制和实时上传一体化设计,如何绕过螺杆将近钻头采集信息高效传输至地面,成为了当下面临的主要技术难题。为此,将脉冲发生器从工具中分离出来,加入无线电磁短传模块,在螺杆的两端接入无线发射模块与无线接收模块,并采用有限元分析软件,建立钻井试验模型来分析影响无线电磁短传模块的因素。仿真结果与现场试验数据符合较好,无线电磁短传模块中的接收天线正极距离套管底部的距离大于20 m时,套管对接收信号强度的屏蔽影响趋于平缓,钻井液电阻率和地层电阻率对该模块的无线传输效果影响较大,接收天线两级的绝缘距离越长对传输效果越有利;而发射端和接收端的距离在8~15 m范围内,对接收信号强度的影响较小。研究结果表明:采用无线电磁短传模块是解决BH-VDT垂直钻井工具绕过螺杆实现井下信息实时高效传输的有效手段,对其他工具为解决此类问题的设计、现象解释有指导意义。

井下无线电磁短传天线阻抗匹配分析与研究

在井下无线电磁短传系统中,短传天线的输出阻抗和环境阻抗是发射天线设计的重要影响因素。基于绝缘天线模型,首先建立了阻抗与电流关系的样本表,然后对不同岩性环境阻抗进行实际测试与分析,通过查表、插补计算法确定发射天线的输出阻抗和发射功率。最后,以1Ω负载时发射效率达到70%为目标,根据输出阻抗计算方法反推发射驱动单元电路参数,并针对新参数进行试验验证。基于绝缘天线模型的大部分地层阻抗在10Ω以下,以此确定输出阻抗为0.8Ω。研究结果为井下无线电磁短传的研究提供了环境负载数据。

井下无线电磁短传系统的信号发射装置研究

在井下数据无线电磁短传系统地面模拟试验平台基础上，完成了信号传输幅频特性试验。确定信号传输较稳定、衰减程度较小的频段为1～7kHz。但采用调幅方式进行信号传输时易受外界干扰，存在较大波动，最终确立了通过调频方式传输信号的新方案。分别基于函数发生器1CL8038和单片机2种方案对信号发射装置进行设计，并完成标定试验。试验结果表明，该信号发射装置工作稳定，信号采集精确，这为井下数据无线电磁短传系统的进一步研究打下了坚实基础。