随钻测量数据的井下无线电磁传输系统设计研究

摘要

自20世纪90年代初开始，随着随钻测量技术的发展，世界钻井技术进入了信息化、自动化、智能化的快速发展新时期。人们希望更加准确并实时了解井下工作状况，然而如何将井下近钻头数据发送到地面是一个难题。针对这一问题，本文对国内外关于无线传输技术的现状和发展进行了充分调研，开展了无线电磁传输系统的设计和相关模拟实验研究。
　　本文以西安石油大学井下测控研究所旋转导向钻井系统的无线短节为传输样机，提出利用电磁感应原理实现井下近钻头采集数据发送的井下无线电磁传输系统。该系统包括信号发射部分、无线信道部分、信号接收部分、MWD通讯部分、中控电路以及电源部分。
　　本文根据电磁学基础原理，研究了无线电磁技术的传输原理，分析了无线电磁传输系统的磁路和电路，了解了材料磁化规律，讨论了磁场强度和磁化电流的计算方法。根据磁环实际尺寸及钻具在井下的实际工作状况，选定了绕线材料，设计计算了无线电磁传输关键部件的传输参数，给出了发射线圈和接收线圈的具体匝数。
　　根据得到的关键部件特征参数，对无线电磁系统进行了ANSYS分析，观察了线圈的磁力线分布，得出接收端信号强度与接收位置和接收方向有关的结论。进行了无线电磁传输关键部件的传输实验，得出在不同条件下的接收端信号电压-频率特性曲线。获得了无线电磁传输系统的传输频带。进行了无线传输系统整体测试实验，成功实现了无线电磁系统的数据传输。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 主要研究内容

1．5 论文开展步骤

1．6 本章小结

第二章 无线电磁传输理论研究

2．1 无线传输系统模型

2．1．1 系统传输原理

2．1．2 物质磁化与媒质特性

2．1．3 系统等效回路

2．2 无线传输系统磁路及电路

2．2．1 系统磁环磁场

2．2．2 系统磁芯电路

2．3 系统磁环材料

2．3．1 磁环材料磁化

2．3．2 磁芯材料选择

2．4 本章小结

第三章 关键部件参数研究及ANSYS分析

3．1 绕线材料选择

3．2 发射线圈参数研究

3．2．1 基础参数

3．2．2 计算公式推导

3．2．3 线圈参数计算

3．3 接收线圈参数研究

3．3．1 计算公式推导

3．3．2 线圈参数计算

3．4 铁氧体磁芯的线圈参数研究

3．4．1 发射线圈参数计算

3．4．2 接收线圈参数计算

3．5 环形线圈ANSYS有限元分析

3．5．1 电磁场基本理论

3．5．2 ANSYS电磁场分析对象

3．5．3 环形线圈ANSYS电磁场分析

3．6 本章小结

第四章 无线电磁传输调理电路研究

4．1 信号发射调理电路

4．1．1 硬件电路研究

4．1．2 信号发射简要流程

4．1．3 信号调制电路研究

4．2 信号接收调理电路

4．2．1 滤波电路研究

4．2．2 包络检波电路研究

4．3 信号解调结果显示

4．4 本章小结

第五章 无线电磁传输模拟实验

5．1 实验目的

5．2 实验仪器设备

5．2．1 信号发生器

5．2．2 示波器

5．2．3 功率放大器

5．2．4 收发装置

5．2．5 无线传输短节

5．3 实验方法与实验步骤

5．3．1 实验方法

5．3．2 实验步骤

5．4 实验结果

5．5 实验结论

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间发表的论文