本實用新型涉及無線通訊領(lǐng)域，特別涉及一種井下電磁波通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國現(xiàn)在絕大多數(shù)油田已經(jīng)進入了開采的中后期，研究方向向著中深井和水平井方向展開，在油氣田開發(fā)的過程中，將中深井井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婧椭v地面控制信息傳輸?shù)骄?，對于開發(fā)人員了解油井的開采動態(tài)、及時合理地規(guī)劃油井的后續(xù)開采方案和知道油氣田更高效地開發(fā)有著非常重要的作用。

現(xiàn)有井下數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)有有線方式和無線方式兩種，其中，有線方式主要包括投撈式傳感器監(jiān)測技術(shù)，永久式毛細(xì)管傳感器監(jiān)測技術(shù)，永久式光纖傳感器監(jiān)測技術(shù)，通過電纜、光纖等物理介質(zhì)，將井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄?；無線方式主要利用泥漿脈沖、聲波等通過大地、鉆桿、套管、環(huán)空等作為傳輸途徑，獲得井下待測的動態(tài)數(shù)據(jù)。

在實現(xiàn)本實用新型的過程中，設(shè)計人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：

現(xiàn)有的有線方式在完井過程中和氣井后期開采作業(yè)中極為不便利，無線方式中利用泥漿脈沖的傳輸方式信息的傳輸速度較低且只針對鉆井作業(yè)，利用聲波的傳輸方式由于信號衰減快，背景干擾性強，所以面臨信號采集、檢測困難的問題，同時，現(xiàn)有的傳輸技術(shù)大多是單向傳輸，還未實現(xiàn)基于電磁波的油氣井井下遠(yuǎn)距離無線雙向通訊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于此，本實用新型提供一種井下電磁波通信系統(tǒng)，用于井下遠(yuǎn)距離雙向傳輸無線信號。

具體而言，所述井下電磁波通信系統(tǒng)如下：

一種井下電磁波通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括井下子系統(tǒng)、地面子系統(tǒng)、電纜和天線；

所述地面子系統(tǒng)包括顯示模塊、控制模塊和第一信號轉(zhuǎn)換模塊；

所述井下子系統(tǒng)包括雙極性天線、核心處理模塊、驅(qū)動模塊、執(zhí)行模塊、第二信號轉(zhuǎn)換模塊和傳感器模塊；

所述控制模塊的第一端與所述第一信號轉(zhuǎn)換模塊的第一端連接，所述控制模塊的第二端與所述顯示模塊連接，所述第一信號轉(zhuǎn)換模塊的第二端與所述天線連接，所述第一信號轉(zhuǎn)換模塊的第三端與所述電纜相連；

所述第二信號轉(zhuǎn)換模塊包括第一信號轉(zhuǎn)換單元、第二信號轉(zhuǎn)換單元、第三信號轉(zhuǎn)換單元和第四信號轉(zhuǎn)換單元，所述傳感器模塊包括第一傳感器單元和第二傳感器單元；

所述核心處理模塊的第一端與所述驅(qū)動模塊相連，所述驅(qū)動模塊與所述執(zhí)行模塊相連；

所述核心處理模塊的第二端與所述第二信號轉(zhuǎn)換模塊相連，其中，所述第一信號轉(zhuǎn)換單元與所述第一傳感器單元相連，所述第二信號轉(zhuǎn)換單元與所述第二傳感器單元相連，所述第三信號轉(zhuǎn)換單元與所述雙極性天線的第一端相連，所述雙極性天線的第二端與所述第四信號轉(zhuǎn)換單元相連。

進一步地，所述地面子系統(tǒng)還包括限幅濾波器和功率放大器，所述限幅濾波器和所述功率放大器位于所述第一信號轉(zhuǎn)換模塊和所述天線之間，所述第一信號轉(zhuǎn)換模塊的第二端與所述限幅濾波器一端相連，所述限幅濾波器的另一端與所述功率放大器的一端相連，所述功率放大器的另一端與所述天線連接。

進一步地，所述地面子系統(tǒng)還包括電源模塊，所述電源模塊分別與所述顯示模塊、所述控制模塊、所述限幅濾波器和所述功率放大器相連。

進一步地，所述第一信號轉(zhuǎn)換模塊包括D/A通道和A/D通道。

進一步地，所述井下子系統(tǒng)還包括電源模塊。

進一步地，所述電源模塊包括第一電源單元和第二電源單元，所述第一電源單元分別與所述傳感器模塊、所述存儲模塊和所述核心處理模塊相連，所述第二電源單元分別與所述驅(qū)動模塊、所述執(zhí)行模塊和所述第二信號轉(zhuǎn)換模塊相連。

進一步地，所述井下子系統(tǒng)還包括存儲模塊，所述核心處理模塊的第三端與所述存儲模塊相連。

進一步地，所述井下子系統(tǒng)還包括功率放大器，所述功率放大器位于所述雙極性天線與所述第三信號轉(zhuǎn)換單元和所述第四信號轉(zhuǎn)換單元之間。

進一步地，所述天線與大地相連。

進一步地，所述電纜的另一端與井口相連。

本實用新型實施例提供的技術(shù)方案的有益效果：

本實用新型的井下電磁波通信系統(tǒng)，包括井下子系統(tǒng)、地面子系統(tǒng)、電纜和天線，所述地面子系統(tǒng)包括顯示模塊、控制模塊和第一信號轉(zhuǎn)換模塊，所述井下子系統(tǒng)包括雙極性天線、核心處理模塊、驅(qū)動模塊、執(zhí)行模塊、第二信號轉(zhuǎn)換模塊和傳感器模塊，通過電磁波建立井上、井下的雙向通信通道，可以準(zhǔn)確簡便地實現(xiàn)中深井井下測量信號向地面的實時傳輸和地面指令信號向井下的實時傳輸，完成井下設(shè)備的操作管理和井下信息的獲取顯示，提高了油氣藏生產(chǎn)過程的參數(shù)監(jiān)測能力以及油氣井開發(fā)過程的自動化控制水平。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為一種井下電磁波通信系統(tǒng)整體示意圖；

圖2為地面子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為井下子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中的附圖標(biāo)記分別表示：

1、井口；2、電纜；3、地面子系統(tǒng)；4、天線；5、套管；6、井下子系統(tǒng)；

301、控制模塊；302、顯示模塊；303、第一信號轉(zhuǎn)換模塊；304、天線；

305、電源模塊；306、電纜；307、限幅濾波器；308、功率放大器；

601、核心處理模塊；602、驅(qū)動模塊；603、執(zhí)行模塊；

604、第二信號轉(zhuǎn)換模塊；605、傳感器模塊；606、存儲模塊；

607、電源模塊；608、功率放大器；609、雙極性天線。

具體實施方式

為使本實用新型的技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細(xì)描述。

本實用新型實施例提供了一種井下電磁波通信系統(tǒng)，如圖1所示，包括井下子系統(tǒng)6、地面子系統(tǒng)3、電纜2和天線4；

具體地，如圖2所示，地面子系統(tǒng)3包括顯示模塊302、控制模塊301和第一信號轉(zhuǎn)換模塊303；如圖3所示，井下子系統(tǒng)6包括雙極性天線609、核心處理模塊601、驅(qū)動模塊602、執(zhí)行模塊603、第二信號轉(zhuǎn)換模塊604和傳感器模塊605；

其中，控制模塊301的第一端與第一信號轉(zhuǎn)換模塊303的第一端連接，控制模塊301的第二端與顯示模塊302連接，第一信號轉(zhuǎn)換模塊303的第二端與天線4連接，第一信號轉(zhuǎn)換模塊303的第三端與電纜2的一端相連；

第二信號轉(zhuǎn)換模塊604包括第一信號轉(zhuǎn)換單元、第二信號轉(zhuǎn)換單元、第三信號轉(zhuǎn)換單元和第四信號轉(zhuǎn)換單元，傳感器模塊605包括第一傳感器單元和第二傳感器單元，核心處理模塊601的第一端與驅(qū)動模塊602相連，驅(qū)動模塊602與執(zhí)行模塊603相連，核心處理模塊601的第二端與第二信號轉(zhuǎn)換模塊604相連，第一信號轉(zhuǎn)換單元與第一傳感器單元相連，第二信號轉(zhuǎn)換單元與第二傳感器單元相連，第三信號轉(zhuǎn)換單元與雙極性天線609的第一端相連，雙極性天線609的第二端與第四信號轉(zhuǎn)換單元相連。

因此，本實用新型利用井下子系統(tǒng)6、地面子系統(tǒng)3、電纜2和天線4構(gòu)成了地面與井下的通訊回路，通過電磁波建立井上、井下的雙向通訊通道，準(zhǔn)確簡便地實現(xiàn)中深井井下測量信號向地面的實時傳輸和地面指令信號向井下的實施傳輸，完成井下設(shè)備的操作管理和井下信息的獲取顯示，提高了油氣藏生產(chǎn)過程的參數(shù)監(jiān)測能力以及油氣井開發(fā)過程的自動化控制水平。

對于地面子系統(tǒng)3而言，地面子系統(tǒng)3可以用來接收信號和發(fā)射信號。具體地，地面子系統(tǒng)3還包括限幅濾波器307和功率放大器308，限幅濾波器307和功率放大器308位于第一信號轉(zhuǎn)換模塊303和天線304之間，限幅濾波器307用于限幅濾波，功率放大器308用于功率的放大，第一信號轉(zhuǎn)換模塊303的第二端與限幅濾波器307一端相連，限幅濾波器307的另一端與功率放大器308的一端相連，功率放大器308的另一端與天線304連接，地面子系統(tǒng)3還包括電源模塊305，電源模塊305分別與顯示模塊302、控制模塊301、限幅濾波器307和功率放大器308相連，用于為顯示模塊302、控制模塊301、限幅濾波器307和功率放大器308提供電力支持，同時，需要說明的是，第一信號轉(zhuǎn)換模塊303包括D/A通道和A/D通道，其中，D/A通道用于將數(shù)字編碼信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，A/D通道用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼信號。

在本實施例的實際使用過程中，一方面，控制模塊301負(fù)責(zé)地面的數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和人機交互軟件的運行，采用MSK調(diào)制算法調(diào)制指令以中心頻率為6.25Hz的正弦波震蕩信號調(diào)制包含啟動信號、標(biāo)識信號和操作指令信號等的數(shù)字編碼信號，經(jīng)過第一信號轉(zhuǎn)換模塊303的D/A通道，以調(diào)頻形式形成模擬信號，該模擬信號經(jīng)過功率放大到50W后，以電磁波的形式進入天線4中發(fā)射給井下子系統(tǒng)6；另一方面，天線4可以接收井下子系統(tǒng)6雙極性天線609發(fā)射出的關(guān)于執(zhí)行信息、壓力信息、溫度信息等數(shù)字編碼信號的電磁波，在功率發(fā)大過之后，經(jīng)過第一信號轉(zhuǎn)換模塊303的D/A通道對信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換和信號處理后，傳給控制模塊301，控制模塊301采用基于LabVIEW開發(fā)的信號處理系統(tǒng)將接收到的信號進行解析，解調(diào)出位置信息、壓力信息和溫度信息的狀態(tài)信號，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳送到顯示模塊302中進行顯示。

對于井下子系統(tǒng)6而言，井下子系統(tǒng)6也可以用來接收信號和發(fā)射信號。具體地，井下子系統(tǒng)6還包括電源模塊607，電源模塊607包括第一電源單元和第二電源單元，第一電源單元分別與傳感器模塊605、存儲模塊606和核心處理模塊601相連，第二電源單元分別與驅(qū)動模塊602、執(zhí)行模塊603和第二信號轉(zhuǎn)換模塊604相連，井下子系統(tǒng)6還包括存儲模塊606，核心處理模塊601的第三端與存儲模塊606相連，井下子系統(tǒng)6還包括功率放大器608，功率放大器608位于雙極性天線609與第三信號轉(zhuǎn)換單元和第四信號轉(zhuǎn)換單元之間。

在本實施例的實際使用過程中，第一傳感器單元包括溫度傳感器和壓力傳感器，第二傳感器單元包括位置傳感器。一方面，核心處理模塊601收集通過第一傳感器單元采集的溫度信息和壓力信息、第二傳感器單元采集的位置信息，將信息存儲到存儲模塊606中，同時經(jīng)過命令信息的處理，采用中心頻率為6.25Hz的正弦波震蕩信號調(diào)制包含位置信號、壓力信號和溫度信號等的數(shù)字編碼信號，經(jīng)過第二信號轉(zhuǎn)換模塊604的第四信號轉(zhuǎn)換單元，以調(diào)頻形式形成模擬信號，該模擬信號經(jīng)過功率放大到30W后，以電磁波的形式進入雙極性天線609中發(fā)射給地面子系統(tǒng)3；另一方面，雙極性天線609可以接收地面子系統(tǒng)3天線4發(fā)射出的關(guān)于啟動信號、標(biāo)示信號等的數(shù)字編碼信號，在功率放大器608 的功率發(fā)大過之后，經(jīng)過第二信號轉(zhuǎn)換模塊604的第三信號轉(zhuǎn)換單元對信號解調(diào)處理傳送到核心處理模塊601，核心處理模塊601將得到的標(biāo)識信號與自身標(biāo)識碼進行對比，如果相同，則回傳自身標(biāo)識碼，建立與地面子系統(tǒng)3的通信通道并繼續(xù)接收信號，然后將得到的標(biāo)識信號與操作指令與自身標(biāo)識再次進行對比，如果相同，核心處理模塊601經(jīng)過濾波消噪和信號提取等算法后將有效控制信息解讀出來，執(zhí)行模塊602按操作指令進行相應(yīng)操作，如果不相同，執(zhí)行模塊602不做出響應(yīng)。

需要說明的是，天線4與大地相連，電纜2的另一端與井口1相連，使得整個基于電磁波的無線雙向通訊系統(tǒng)構(gòu)成一個回路。

在本實施例中，核心處理單元601的內(nèi)置芯片的長寬高分別為300mm、40mm和16mm，天線成桶狀結(jié)構(gòu)，外徑Φ154mm，內(nèi)徑Φ128mm，長度320mm，且2～3個天線串聯(lián)安裝，井下子系統(tǒng)6能在溫度150℃、壓力最高達(dá)到140MPa的密封裝置中長期穩(wěn)定工作。

本實用新型的井下電磁波通信系統(tǒng)，包括井下子系統(tǒng)、地面子系統(tǒng)、電纜和天線，地面子系統(tǒng)包括顯示模塊、控制模塊和第一信號轉(zhuǎn)換模塊，井下子系統(tǒng)包括雙極性天線、核心處理模塊、驅(qū)動模塊、執(zhí)行模塊、第二信號轉(zhuǎn)換模塊和傳感器模塊，通過電磁波建立井上、井下的雙向通信通道，可以準(zhǔn)確簡便地實現(xiàn)中深井井下測量信號向地面的實時傳輸和地面指令信號向井下的實時傳輸，完成井下設(shè)備的操作管理和井下信息的獲取顯示，提高了油氣藏生產(chǎn)過程的參數(shù)監(jiān)測能力以及油氣井開發(fā)過程的自動化控制水平。

以上所述僅是為了便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本實用新型的技術(shù)方案，并不用以限制本實用新型。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。