自适应BPSK在井下钻柱声波传输中的应用

基于钻柱信道的随钻数据声波传输方式能够满足现代钻井速度快、传输数据量大的要求,针对声波在钻柱中传播的问题,进行了声信号沿钻柱传输的信道特征以及声波通信的研究。根据波导理论,建立了声波沿钻柱传输的信道模型,声波在钻柱中传播,采用BPSK载波调制,为了克服BPSK载波在传输过程中相位偏移问题,运用自适应扩频通信系统模拟通信信道模型,自适应模拟跟踪信道特性,为正确地解调信号提供保障。实验结果表明:该方法可有效地实现数据沿钻柱高速传播,而且具有解码过程简单,误码率低、可靠性高等特点。在未来的深钻应用中,使声学遥测成为一种有效的传输方法来获取井下数据,实现更高速率的数据传输。     

钻柱中换能器声波信号传输特性实验研究

利用声波通过钻柱传输井下信息,具有得天独厚的信道条件,但是声波在钻柱中的传播特性还没有得到充分的研究,尤其是贴近工程应用的实验研究。依托低频宽带换能器建立了测试声波在钻柱信道中传输的实验装置,基于该装置对换能器声波信号的传输特性进行了实验研究及分析。结果表明:随着换能器激励电压的增大接收信号幅值呈现增大趋势,当电压大于130 V时接收信号幅值趋近饱和。理论和实验分析得到的频域特性均表现出明显的梳状滤波特性;但具体通阻带分布和结构形式存在差异,实际钻柱信道的频域特性更为复杂。由于换能器非线性特性和钻柱信道频带特性共同作用,对于实验用低频宽带换能器,选取3 100 Hz以内频率,并结合正交频分复用编码技术可极大增强声波传输的速率和适用性。     

长线缆宽带瞬态脉冲骚扰的传播特性分析

将电快速瞬变脉冲群(EFT/B)展开为傅里叶正弦级数,解决了色散传输线的激励加载问题。建立双绞线、单导线、双导线和同轴电缆的传输线模型,采用叠加原理分析宽带骚扰的传播特性,结果表明:骚扰电压极性会随着传播距离增大而不断转换,电压峰值在正负极性间呈振荡变化。双绞线和双导线对骚扰的传播具有自然抑制作用,长度为1km时负载端的骚扰电压已衰减为0;同轴电缆在距离较短时骚扰电压峰值最低,距离较长时电压峰值会产生波动,带负载时正反向电压峰值都很大,长距离传输信号易受EFT/B的影响;单导线骚扰电压振荡最明显,且负载开路时会产生叠加效应,电压峰值最大可达激励源电压峰值的2.5倍,对地共模干扰是EFT/B的主要形式。     

智能钻杆磁感应传输技术及其信道特性分析

分析感应耦合原理并制作耦合器,将仿真与实测相结合,在高频变压器模型基础上建立单个耦合器的准确电路模型。然后对多节耦合器连接的电路特性进行分析,得到每增加一个耦合器就增加了一个谐振回路的规律,进而得到磁感应传输信道的电路模型。针对多级信号传输的衰减问题,采用电容补偿的方法,增加谐振频率点的幅值以提高信号传输效率。最后,建立用于随钻信息磁感应传输的实验系统,验证磁感应信道电路模型的有效性。选取模型中的两个谐振点作为通信频点,在20节的传输系统中实现了115.2kbit/s的通信速率。     

钻柱中声传播的影响因素

采用有限差分方法研究钻井液黏滞阻尼、地层阻尼系数及弹性系数、钻杆数量及钻铤的存在对钻柱中通带声波传播特性的影响,分析声波时域及频域分布。结果表明:钻井液黏滞阻尼影响声波在钻柱中传输的时域分布,但对声信号幅值及频域分布影响较小;地层阻尼系数影响大振幅声信号幅值及小振幅声信号分布,地层阻尼系数越大,大振幅声信号振幅略有减小,地层阻尼系数越小,小振幅声信号振动增多,振动杂乱;地层弹性系数影响声信号振动幅值,地层弹性系数越大,声信号幅值越大;钻杆数量影响声波的时域分布,钻杆数量越多,接收到的声信号幅值越小;在不考虑衰减的情况下,钻铤不影响声波的传播特性;钻柱结构对载波频率的选择起主要作用,其他因素及钻柱结构对中继装置的分布有影响。     

钻柱中正弦信号声波传输特性实验研究

充分认识声波信号在钻柱中的传输特性,是实现井下信息远距离传输的基础。为研究声信号在钻柱中的传输特性,建立了钻柱结构声传输实验系统。采用不同尺寸钻杆组成的有限长钻柱进行了传输特性实验研究,同时结合理论分析的结果进行实验分析,对声传输系统的可行性进行了分析研究。研究结果表明:实验分析结果与理论分析结果具有特性描述一致性,随着频率的升高接收信号幅值呈现下降趋势,传输距离增大时信号接收幅值减小,并且这种减小程度随着频率的增大而增大,钻柱结构尺寸差异大则接收信号幅值其随着频率变化的速率小。     

井下电磁中继传输技术研究及应用

 钻井过程中,可以通过随钻测量技术实时获取井下工程参数及地质参数。电磁随钻测量技术有着其他随钻测量技术难以比拟的优势,但其易受到地层电阻率的限制,导致电磁信号传输深度较浅,因此电磁信号的传输深度是电磁随钻测量技术发展和应用的最大制约因素。分析表明,采用中继传输技术是提高电磁信号传输深度最直接、经济的方法。为此,开展了井下电磁信号中继传输特性理论研究,确定了中继器电磁激励方式和天线结构,建立了井下电磁信号中继传输模型;设计了中继器开发方案。根据方案,完成了中继器工程样机的研制,并进行了现场应用实验。实验表明,采用井下电磁信号中继传输技术可有效提高EM-MWD 仪器的传输深度,每级中继器可以提高传输深度70%以上,从而使电磁信号的传输深度不再受制于地层电阻率,拓展了EM-MWD 仪器的使用范围。     

各向异性磁介质中三维同轴电缆的自感

在高频信号的传输过程中，传输线的分布电感和分布电容不容忽视，以磁各向异性的毕奥-萨伐尔定律，以及由此定律而求出的在各向异性磁介质中载流直导线磁场，作为论述该研究的基础，从而由公式εL|dI/dt|，求出在各向异性磁介质中有一定横截面的同轴电缆的分布电感。     

随钻测井钻柱声波的频谱特性

分别采用传递矩阵法和有限差分法数值模拟了由多根钻杆和接箍组成的钻柱中的纵波的传输特性,得到了钻柱脉冲响应的频谱曲线。结果表明：可以根据钻柱具有的通带和阻带的传输特性来选择发射信号的频率,使声波信号通过钻柱传输或者被衰减掉;当钻柱较长时,传递矩阵法比有限差分法计算的结果更可靠。     

耦合钻井液钻柱声波传播特性研究

钻井过程中非常规钻井液的应用,使得随钻数据无法通过传统的钻井液脉冲方式传输,迫切需要更高数据传输速率和受工作环境影响更小的井下随钻无线传输技术。基于钻柱信道的井下信息声波传输技术是较为理想的随钻数据无线传输方式,为给声波传输系统的设计提供理论依据,针对钻柱信道中的声波传播特性进行了研究。研究结果表明:钻柱信道具有通带和阻带相间的梳状滤波器特征,频带分布具有一定的周期性和对称性特征。钻柱结构决定了其信道通阻带的分布情况,随着钻杆根数的增加通带内小谱峰的个数增加,信道传输能力下降,结构尺寸不一致会使通带变窄,声波传输性能下降。     

基于光纤传输技术的高压纳秒脉冲测量系统的研究

测量高压纳秒脉冲时,采用同轴电缆传输受电磁干扰严重,测量精度不高,光纤传输可有效克服此缺陷。叙述了光电转换、光纤传输测量系统的原理,给出了光发射模块及接收模块的电路结构,并用电路仿真软件Multisim进行了仿真。对所设计的光纤传输测量系统与同轴电缆传输测量系统进行了对比试验,光纤传输测量系统具有抗干扰能力强、测量精度高、长距离传输不失真等优点。     

输电线路故障行波时差定位系统的研究

故障的精确定位可大大提高电力系统的运行效率。利用GPS同步时钟，可以实现故障的时差定位。为此，分析了高压线路故障时差定位系统的定位原理及对传感器的要求，介绍了几种传感器，提出了一种安装方便、响应快速的电流传感器及采用电流传感器的定位系统，并在3km长的同轴电缆（模拟4．5km线路）上进行了模拟测距试验，测距误差很小，试验结果令人满意。     

便携式电缆断点定位仪

在对电缆结构以及电信号在电缆中传输的原理进行系统分析的基础上 ,根据电磁波在电缆中传播的特点 ,提出了非损伤性对电缆内部断点进行精确定位的方法。测试功能包括导通测试、断点检测与定位以及短路点的检测。采用电位比较法判断是否导通、短路或者开路 ,并通过光、声显示出来。利用波的反射原理 ,测取短路点或开路点到测试端的距离 ;利用电磁感应原理对开路点 (即断点 )进行精确定位     

电梯轿厢无随行电缆非接触供电系统设计

电梯轿厢随行电缆有碍美观且需要定期维护,为了摆脱对随行电缆的依赖,设计了一种新颖的电梯轿厢无随行电缆非接触供电系统,采用高频松耦合变压器实现电能的非接触传输.电梯轿厢升降运动时利用蓄电池的储能供电,非接触供电系统处于关闭状态;在每个楼层平层静止时,系统收到电梯平层信号,系统启动供电并对蓄电池充电.这种供电方式可以提高供电效率,减少高频电磁污染.分析了松耦合变压器的等效电路模型,研究了工作气隙、工作频率、补偿电容等对供电效率的影响.根据系统要求设计了简单高效的大功率开关电源充电器,稳压效果好,可靠性高.     

雷电电磁脉冲场对多芯线的耦合效应研究

为研究多芯线短线缆在雷电电磁脉冲场辐照下终端负载的感应电压,利用WU-800型MARX源和有界波模拟器来模拟雷电电磁脉冲场,对多芯线进行辐照耦合试验。试验中通过改变试验条件,得到了不同雷电电磁脉冲波形、多芯线长度、辐射场与线缆夹角、线缆终端负载条件下多芯线终端负载的感应电压的变化规律。试验发现:雷电电磁脉冲的上升沿对线缆耦合电压幅值影响较大,脉宽对耦合电压影响较小;线缆长度对感应电压的幅值及响应频点有重要影响;电场极化方向对线缆终端响应幅值有较大影响,但并不改变响应波形;随着受测端负载阻值的增加,线缆感应电压也逐步增大,非受测端负载对线缆感应电压无影响。     

利用钻柱振动频谱判别钻柱复杂情况的方法

为实现钻井过程中井下钻柱运动状态以及井下复杂情况的实时监测,依据振动测试原理,结合实际钻井工况中钻柱振动特征,研制钻柱振动信号测量及处理系统。现场试验结果表明:钻柱出现黏卡、跳钻等现象后,利用快速傅里叶变换和小波变换处理方法可有效提取和识别钻柱在井下的振动特征;研制的钻柱振动采集系统可以应用于现场钻柱振动信号的采集、处理,其结果可以判断钻柱的井下工作状态。     

单导体传输线与屏蔽电缆串扰问题的研究

采用时域BLT方程对单导体传输线和屏蔽电缆的串扰问题进行了研究。将单导体传输线和屏蔽电缆的串扰模型分解为内、外传输线系统,应用时域BLT方程对内、外传输线系统求解,分别得到屏蔽层和芯线上的电压、电流响应,内、外传输线系统通过转移阻抗联系起来。研究了不同频率正弦波激励时,同轴电缆和双芯屏蔽电缆屏蔽层和芯线终端的时域串扰响应。仿真结果表明同轴电缆和双芯屏蔽电缆芯线终端的串扰响应幅值随着激励源频率的增大而增大。