钻井液水力通信通道传输信号的时频特性分析

传送随钻测量遥测信号的钻井液水力信道对信号有很大干扰,为把该信号从干扰信号中分离出来,采用脉冲编码组合克服传输通道的干扰。建立脉冲编码信号的时频特性基本方程,分析了脉冲编码信号的时频特性,提出了钻井液信道信号传输的通用准则。认为信号的脉冲长度与脉冲频谱宽度的乘积最小既可增大信号沿水力通道传送的速度,又可增加通信系统的有效距离。

基于钻井液的无线通信系统模型及其协议研究

分析发现目前国内外关于钻井液信道中数据通信协议及其体系结构的研究较为缺乏,这在一定程度上限制了钻井液通信系统的研究和发展,不能满足钻井工艺提高的要求。而且由于随钻测量系统信道独特的特征,不能直接套用现有的计算机网络通信中的协议及其体系结构。参照了现行的国际标准,根据钻井液信道的特点,设计了三层结构的数据下行通信模型和四层结构的数据上行通信模型,以及对应的分层协议和数据流。仿真结果表明,该模型非常适合低信噪比环境下的钻井液信道通信,能够提高随钻测量系统的传输效率、实时性和准确性,而且设置灵活、扩展性强。

利用水声通信原理解决随钻数据传输问题

在现有随钻数据传输技术的基础上,首次提出利用水声通信原理解决随钻数据传输难题的设想。首先选择钻杆内的钻井液作为水声通讯信道,并将其简化为一维、有限长、均匀、等截面波导。根据理想流体的小振幅波方程,讨论随钻水声信道的截止频率与黏滞力、非线性特性等因素的影响,确定通讯系统的频率、功率与传输距离等基本参数。然后提出建立随钻信道的分段、时变、分布式模型思路,适应信道结构分段变化、钻井深度随时间增加、信道参数时变分布等特点,仿真分析随钻水声信道的传输特性。最后通过定量计算水基钻井液、油基钻井液对水声信号的衰减,提出通过相控阵技术增强信源功率,提高信源质量与信宿检测能力。结果表明:利用水声通信原理解决随钻数据的高速传输问题是可行的,有望使随钻数据传输技术取得突破性进展,彻底解决随钻数据传输问题;结合钻井工程参数,可以选用的水声信号频率大于2 kHz,有效地避开了钻井过程噪声,有利于随钻信号提取;现有水声换能器、传感器可以满足3 000 m以内的随钻通信需求。