随钻电测井及其宽带传输新方法研究

论文摘要

随钻测井是现代石油测井技术的重要发展方向之一,随钻测井是在钻井过程中进行测井作业,不仅效率高,节约成本,而且在随钻条件下地层尚未受井内泥浆的污染,容易测出原状地层的真实电参数。随钻测井的关键技术是信号传输。随着随钻测井的发展,人们对随钻信号传输的要求越来越高,传统的信号传输方式不能快速准确的把地层信息反馈到地面。因此,信号传输成为制约随钻测井技术发展的“瓶颈”。针对以上所述,本文利用美国Novatek公司提出的“钻杆内电缆传输”和“钻杆间电磁耦合传输”的原理,设计一种使钻杆间电磁耦合最佳的耦合结构,通过优化结构尺寸以及各种电参数来提高耦合效率并实现钻杆内电缆和线圈的匹配,以减小系统损耗为目的。本文首先深入了解随钻测井的研究背景和国内外的发展动态,阐述了课题研究的重要意义;其次从非均匀介质中的波动方程出发,推导出符合本文结构的数值模式匹配(NMM)方程,并应用于电磁耦合结构的建模。其优点是求解速度快,精度高,但只能用于二维轴对称结构。随后通过理论计算设计出耦合效果较好的耦合结构尺寸,并在此尺寸下,优化出最佳的信号传输频率,磁导率等参数,使系统传输衰减最小,得到系统的衰减。最后通过实验和测试,验证了随钻信号无线耦合传输的可行性和正确性。为实现真正意义上的高速实时随钻数据传输提供了理论和实验依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 有线传输方式
• 1.1.2 无线传输方式
• 1.2 国内外研究历史与现状
• 1.3 课题研究内容及论文结构安排
• 1.3.1 课题研究的主要内容
• 1.3.2 本文的结构安排
• 第二章 随钻测井信号无线耦合传输的基本原理和建模
• 2.1 随钻测井信号无线耦合传输的基本原理
• 2.2 随钻测井信号无线耦合传输的建模
• 2.2.1 随钻测井信号无线耦合的物理模型
• 2.2.2 随钻电测井信号无线耦合模型的求解
• 第三章 数值模式匹配的基本理论
• 3.1 径向不均匀性介质中场的数值模式
• 3.2 水平分层界面的反射与投射
• 3.2.1 单界面情形与局部反射系数和局部投射系数
• 3.2.2 多界面情形和广义反射矩阵
• 3.3 小结
• 第四章 电磁耦合结构的优化设计
• 4.1 工作频率的选择
• 4.2 耦合结构设计
• 4.3 线圈的输入阻抗
• 4.3.1 并联谐振电路
• 4.3.2 环天线的输入阻抗
• 4.3.2.1 环天线的辐射阻抗
• 4.3.2.2 环天线的欧姆阻抗
• 4.4 数值计算分析
• 4.4.1 数值优化计算
• 4.4.2 同轴线的损耗
• 4.5 矩形同轴线的特性阻抗与损耗
• 4.6 小结
• 第五章 实验测试和结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 实验设计
• 5.3 实验测试
• 5.3.1 线圈线径为0.04mm 时的响应
• 5.3.2 线圈线径为0.23mm 时的响应
• 5.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果