井间电磁发射系统的制作方法
【专利摘要】一种井间电磁发射系统，是在井间电磁发射地面测井系统绞车的控制下，套管监测短节、通讯传感短节、电磁发射电子线路短节、电磁储能短节、电磁发射探头连接在一起在井下连续运动并发射低频电磁波进入发射目的层，以此反复直至完成所有目的层的井间电磁发射。其中，通讯传感短节把地面指令进行解码，对温度、伽马、井斜方位等数据进行采集、编码、驱动。电磁发射电子线路短节把地面的同步信号恢复后，进行锁相分频，产生多路发射信号，通过发射接口和发射调谐模块把多种发射信号转换成高压脉冲传递给电磁发射探头和电磁储能短节，以谐振方式发射低频电磁波进入地层；同时把电磁发射探头和套管监测短节的监测信息进行采集、处理，上传至地面测井系统。
【专利说明】
井间电磁发射系统
技术领域
[0001]本发明属于测井装置领域的一种井间电磁发射系统，是用于井间电磁成像测井中的电磁波发射控制装置。
现有技术
[0002]传统的电磁感应测井无论是双感应还是阵列感应，其电磁感应发射由发射驱动电路与发射线圈组成，其发射线圈采用单一的空芯结构，通过电缆给发射驱动电路供电，发射驱动电路驱动发射线圈发射几千至几百千赫兹的中、低频电磁波进入地层，然后由接收线圈接收经地层衰减和移相的电磁感应信号。其缺点是:该电磁波及其经地层感应出来的电磁感应信号传播距离短、穿透能力弱，其探测深度浅，一般只有几分米到几米的发射与探测距离，根本无法穿透金属套管和深处地层，无法实现过套管、远探测和井间探测的电磁感应测井。
[0003]井间电磁发射系统、井间电磁接收系统、井间电磁测量时间同步系统和井间电磁反演是井间电磁测量中四项关键组成技术，其中井间电磁发射系统负责井间电磁波的发射与监测。
【发明内容】
[0004]发明的目的针对现有技术的缺点，为确保井下发射的电磁波足以穿透金属套管并在地层中传播，确保井下高温高压环境下的稳定发射，提出一种井间电磁发射系统。
[0005]井间电磁发射系统作为一种新型井间发射技术，用于井间电磁测量，其发射线圈采用导磁磁芯，由电缆给发射驱动电路供电，通过发射控制电路控制发射线圈发射几至几千赫兹低频的大功率电磁波进入地层，其发射强度大、穿透能力强、探测深度深，可以达到上百米甚至上千米的发射与探测距离，有效解决了过套管、远探测及井间探测的技术难题。
[0006]井间电磁发射需要克服电磁波在金属套管等高导磁介质中的发射难题，是一项具有较大技术难度的井下电磁发射技术，它既确保发射的电磁波能量足够大以穿透金属套管并在地层中传播到达远在另一口井的井间电磁接收装置接收，并确保井下高温高压环境下的高效和稳定发射。
[0007]本发明的技术方案是:
井间电磁发射系统，由通讯传感短节、电磁储能短节、电磁发射探头、套管监测短节、电磁发射电子线路短节五部分连接组成；其中，通讯传感短节包括:电源模块、电缆恢复与驱动模块、数字处理模块、模拟信号采集处理模块和传感器模块，通讯传感短节把来自发射地面测井系统的指令进行解码，并根据解码结果对包括温度、伽马、井斜方位数据进行采集、编码；电磁储能短节由多个电容模块组成；电磁发射探头由一个以上的发射线圈组合构成，每组发射线圈配套连接有监测模块、发射天线和温度传感器；套管监测短节由磁芯和外绕线圈组成；电磁发射电子线路短节包括电源模块、通讯模块、数字处理与控制模块、发射接口模块、发射调谐模块和模拟模块，电磁发射电子线路短节把来自发射地面测井系统的同步信号进行恢复后，进行锁相分频，产生发射同步信号，控制电磁储能短节给电磁发射探头提供稳定的发射能量，根据发射地面测井系统指令通过发射接口和发射调谐模块把多种发射信号传递给电磁发射探头，并以谐振方式控制电磁发射探头发射指定频率的电磁波穿过套管进入地层，同时对来自电磁发射探头和套管监测短节的监测信息进行采集、处理，调节电磁波发射，并由通讯传感短节编码驱动后上传至发射地面测井系统。
[0008]上述方案还包括:
所述通讯传感短节的传感器模块包括磁力计、加速度计、温度传感器和自然伽马传感器，电源模块把来自井间电磁发射地面测井系统的高压交流电经过整流、滤波产生低压直流电给电缆恢复与驱动模块、数字处理模块、模拟信号采集处理模块和传感器模块供电；电缆恢复与驱动模块对来自井间电磁发射地面测井系统的指令信号进行放大、滤波、整形后送入数据处理模块和电磁发射电子线路短节，同时把发往井间电磁发射地面测井系统的传感器数据与来自电磁发射电子线路短节的电磁发射监测数据进行调制、驱动以近正弦波的形式送往间电磁发射地面测井系统的电缆；数字处理模块对井下与地面数据编码、译码，并对来自模拟信号采集处理模块的信号进行数字处理；模拟信号采集处理模块对来自磁力计、加速度计、温度传感器、自然伽马传感器及低压直流电等模拟信号分别进行滤波、缓冲、米集；
所述电磁储能短节的每个电容模块均由高性能电容与保护电路组成，把来自电磁发射电子线路短节的高压直流脉冲送入发射探头中的每个发射天线；
所述电磁发射探头的监测模块为监测线圈，对发射天线发射参数进行采集并传给电磁发射电子线路短节；
所述电磁发射电子线路短节中，电源模块把来自井间电磁发射地面测井系统的高压交流电经过整流、滤波产生低压直流电给通讯模块、数字处理与控制模块、发射接口模块、发射调谐模块和模拟模块供电；通讯模块把经通讯传感短节整形后的数据进行解码，并把来自数字处理与控制模块的监测数据与模拟数据编码送入通讯传感短节；数字处理与控制模块除了产生并控制发射逻辑，采集监测发射电压、电流、温度等模拟数据，还要根据井间电磁发射地面测井系统下发的同步信号产生高精度的发射同步与采集信号；发射接口模块把来自数字处理与控制模块的发射控制信号进行放大，以驱动发射调谐模块中的开关调谐电路；发射调谐模块利用经发射接口模块驱动的控制信号，经调谐电路配合电磁储能短节为发射探头提供高压发射脉冲信号发射电磁波；模拟模块对发射电压、电流、发射天线温度、线路温度及低压直流电等模拟数据进行信号调理，调理后送入数字处理与控制模块进行数字化，并根据采样结果控制发射过程。
[0009]上述方案进一步包括:
所述的通讯传感短节、电磁储能短节、电磁发射探头、套管监测短节、电磁发射电子线路短节均由密封壳体封闭，之间采用多芯防灌接头连接；其中，电磁发射探头的监测模块、发射天线和温度传感器设置在充满硅油中的压力平衡仓中。
[0010]所述的多芯防灌接头是由承压接头和多芯接头插接配合。
[0011]本发明的井间电磁发射系统是井间电磁测量中的关键技术，通过井间电磁发射系统为井间电磁测量提供大功率发射源。井间电磁发射地面测井系统通过7芯电缆为通讯短节、电磁发射电子线路短节、电磁储能短节和电磁发射探头供电，根据井间电磁发射地面测井系统下发的全球同步卫星的基准时钟信号，电磁发射电子线路控制电磁储能短节给电磁发射探头提供稳定的发射能量，电磁发射探头发射指定频率的电磁波穿过套管进入地层，发射电子线路短节通过采集来自电磁发射探头和套管监测短节的监测信息并对发射控制信号进行调整，保证电磁波的高效稳定发射，为井间电磁接收提供高信噪比电磁感应信号。
[0012]该技术能够完成裸眼井间距达到500米，金属套管井间距达到200米电磁波的发射，其发射磁矩为0-10000AM2，耐压138Mpa，耐温125°C。
【附图说明】
[0013]附图1是一种井间电磁发射系统总体结构示意图附图2是井间电磁发射系统电路示意图
附图3是电磁储能短节电路示意图附图4是电磁发射探头电路示意图附图5是套管监测短节电路示意图
【具体实施方式】
[0014]结合附图，对本发明实施例作进一步的描述:
井间电磁发射系统说明:如附图1、2所示，该结构设计部分包括:通讯传感短节2，电磁储能短节3，电磁发射电子线路短节4，电磁发射探头5和套管监测短节6。其中I为井间电磁发射地面测井系统。井间电磁发射地面测井系统I通过电缆给通讯传感短节2、电磁储能短节3、电磁发射电子线路短节4、电磁发射探头5提供高压直流电和交流电，通讯传感短节2把来自井间电磁发射地面系统的指令进行解码，并根据解码结果对温度、伽马、井斜方位等数据进行采集、编码驱动上传至井间电磁发射地面测井系统I。电磁发射电子线路短节4把来自井间电磁发射地面系统I的同步时钟信号进行恢复后，进行锁相分频，产生发射同步信号，根据井间电磁发射地面测井系统I下发的指令通过发射接口和发射调谐模块把多种发射信号传递给电磁发射探头5以谐振方式发射电磁波进入地层。对来自电磁发射探头5和套管监测短节6的监测信息进行采集、处理，调节电磁波发射，并由通讯传感短节2编码驱动后上传至井间电磁发射地面测井系统1，其中通讯传感短节2，电磁储能短节3，电磁发射电子线路短节4，电磁发射探头5和套管监测短节6之间采用多芯防灌接头进行连接。
[0015]如附图2所示，通讯传感短节2包括:电源模块21，电缆恢复与驱动模块22，数字处理模块23，模拟信号采集处理模块24和传感器模块25。通讯传感短节2所有模块由密封壳体封闭，均位于密封壳体内部与井下高温高压气液体相隔离，其中底部为承压接头，顶部为多芯接头。传感器模块25包括磁力计253、加速度计252、温度254和自然伽马251，电源模块21把来自电缆的高压交流电经过整流、滤波产生+5、+15/-15, +12/-12低压直流电给电缆恢复与驱动模块22、数字处理模块23、模拟信号采集处理模块24和传感器模块25供电。电缆恢复与驱动模块22对来自井间电磁发射地面测井系统I的指令信号进行放大、滤波、整形后送入数据处理模块23和电磁发射电子线路短节4，同时把发往井间电磁发射地面测井系统I的传感器数据与来自电磁发射电子线路短节4的电磁发射监测数据进行调制、驱动以近正弦波的形式送往电缆；数字处理模块23对井下与地面数据编码、译码，并对来自模拟信号采集处理模块24的信号进行数字处理。模拟信号采集处理模块24对来自磁力计253、加速度计252、温度254、自然伽马251、+5、+15/-15, +12/-12等模拟信号分别进行滤波、缓冲、采集。传感器模块25主要由磁力计253、加速度计252、温度254和自然伽马251等传感器组成。
[0016]如附图3所示，电磁储能短节3由多个电容模块组成，分别为电容模块1、电容模块2......电容模块η等，每个电容模块均由高性能电容与保护电路组成，负责把来自电磁发射电子线路短节4的高压直流脉冲送入发射探头5中的发射天线51、52...5η以提供稳定的发射能量，并减少对电子线路的电磁冲击。电磁储能短节3所有模块由密封壳体封闭，均位于密封壳体内部与井下高温高压气液体相隔离，其中底部为承压接头，顶部为多芯接头。
[0017]如附图2所示，电磁发射电子线路短节4包括电源模块41，通讯模块42，数字处理与控制模块43，发射接口模块44，发射调谐模块45和模拟模块46。电磁发射电子线路短节4所有模块由密封壳体封闭，均位于密封壳体内部与井下高温高压气液体相隔离，其中底部为承压接头，顶部为多芯接头。电源模块41把来自电缆的高压交流电经过整流、滤波产生+5、+15/-15, +12/-12低压直流电给通讯模块42、数字处理与控制模块43、发射接口模块44、发射调谐模块45和模拟模块46供电。通讯模块42把经通讯传感短节2整形后的数据进行解码，并把来自数字处理与控制模块43的监测数据与模拟数据编码送入通讯传感短节2。数字处理与控制模块43除了产生并控制发射逻辑，采集监测发射电压、电流、温度等模拟数据，还要根据井间电磁发射地面测井系统I下发的同步信号产生高精度的发射同步与采集信号。发射接口模块44把来自数字处理与控制模块43的发射控制信号进行放大，以驱动发射调谐模块45中的开关调谐电路。发射调谐模块45利用经发射接口模块44驱动的控制信号经调谐电路配合电磁储能短节3为发射探头5提供高压发射脉冲信号发射电磁波。模拟模块46对发射电压、电流、发射天线温度、线路温度、+5、+15/-15、+12/-12等模拟数据进行信号调理，调理后送入数字处理与控制模块43进行数字化，并根据采样结果控制发射过程。
[0018]如附图4所示，电磁发射探头5由多组监测模块、发射天线和温度传感器组成，分别为监测模块51，发射天线51，监测模块52，发射天线52……监测模块5n，发射天线5n+l等。监测模块由监测线圈构成负责对发射天线发射参数进行采集并传给电磁发射电子线路短节4。电磁发射探头5所有模块由密封壳体封闭，均位于密封壳体内部与井下高温高压气液体相隔离，其中底部为承压接头，顶部为多芯接头，其中监测模块、发射天线和温度传感器位于充满硅油中的压力平衡仓中。
[0019]根据附图5，套管监测短节6由磁芯61和外绕线圈62组成负责实施对金属套管的监测，识别套管节箍及套管的腐蚀、损伤状况。套管监测短节6所有模块由密封壳体封闭，均位于密封壳体内部与井下高温高压气液体相隔离，顶部为多芯接头。
[0020]实施方式:井间电磁发射地面测井系统通过7芯电缆给通讯传感短节、电磁发射电子线路短节、电磁储能短节、电磁发射探头供直流电和交流电，交流电用于产生分别用于通讯传感短节、电磁发射电子线路短节的低压直流电，直流电由电磁发射电子线路短节在井间电磁发射地面测井系统的发射同步信号的协调下转换成高压发射脉冲经电磁储能短节充放电发射低频电磁波进入地层。在井间电磁发射地面测井系统绞车的控制下，通讯传感短节、电磁发射电子线路短节、电磁储能短节、电磁发射探头连接在一起在井下连续运动并发射低频电磁波进入发射目的层，以此反复直至完成所有目的层的井间电磁发射。期间，通讯传感短节把来自井间电磁发射地面测井系统的指令进行解码，并根据解码结果对温度、伽马、井斜方位等数据进行采集、编码、驱动。电磁发射电子线路短节把来自井间电磁发射地面测井系统的同步信号恢复后，进行锁相分频，产生多路发射信号，根据井间电磁发射地面测井系统指令通过发射接口和发射调谐模块把多种发射信号转换成高压脉冲传递给电磁发射探头和电磁储能短节，以谐振方式发射低频电磁波进入地层；发射电磁波的同时为有效监测发射过程，把来自电磁发射探头和套管监测短节的监测信息进行采集、处理，调节电磁波发射频率、幅度与相位，并由通讯传感短节编码驱动后上传至井间电磁发射地面测井系统。
【主权项】
1.井间电磁发射系统，其特征是由通讯传感短节、电磁储能短节、电磁发射探头、套管监测短节、电磁发射电子线路短节五部分组成；其中，通讯传感短节包括:电源模块、电缆恢复与驱动模块、数字处理模块、模拟信号采集处理模块和传感器模块，通讯传感短节把来自发射地面测井系统的指令进行解码，并根据解码结果对包括温度、伽马、井斜方位数据进行采集、编码；电磁储能短节由多个电容模块组成；电磁发射探头由一个以上的发射线圈组合构成，每组发射线圈配套连接有监测模块、发射天线和温度传感器；套管监测短节由磁芯和外绕线圈组成；电磁发射电子线路短节包括电源模块、通讯模块、数字处理与控制模块、发射接口模块、发射调谐模块和模拟模块，电磁发射电子线路短节把来自发射地面测井系统的同步信号进行恢复后，进行锁相分频，产生发射同步信号，控制电磁储能短节给电磁发射探头提供稳定的发射能量，根据发射地面测井系统指令通过发射接口和发射调谐模块把多种发射信号传递给电磁发射探头，并以谐振方式控制电磁发射探头发射指定频率的电磁波穿过套管进入地层，同时对来自电磁发射探头和套管监测短节的监测信息进行采集、处理，调节电磁波发射，并由通讯传感短节编码驱动后上传至发射地面测井系统。2.根据权利要求1所述的井间电磁发射系统，其特征是:所述通讯传感短节的传感器模块包括磁力计、加速度计、温度传感器和自然伽马传感器，电源模块把来自井间电磁发射地面测井系统的高压交流电经过整流、滤波产生低压直流电给电缆恢复与驱动模块、数字处理模块、模拟信号采集处理模块和传感器模块供电；电缆恢复与驱动模块对来自井间电磁发射地面测井系统的指令信号进行放大、滤波、整形后送入数据处理模块和电磁发射电子线路短节，同时把发往井间电磁发射地面测井系统的传感器数据与来自电磁发射电子线路短节的电磁发射监测数据进行调制、驱动以近正弦波的形式送往间电磁发射地面测井系统的电缆；数字处理模块对井下与地面数据编码、译码，并对来自模拟信号采集处理模块的信号进行数字处理；模拟信号采集处理模块对来自磁力计、加速度计、温度传感器、自然伽马传感器及低压直流电等模拟信号分别进行滤波、缓冲、采集。3.根据权利要求1所述的井间电磁发射系统，其特征是:所述电磁储能短节的每个电容模块均由高性能电容与保护电路组成，把来自电磁发射电子线路短节的高压直流脉冲送入发射探头中的每个发射天线。4.根据权利要求1所述的井间电磁发射系统，其特征是:所述电磁发射探头的监测模块为监测线圈，对发射天线发射参数进行采集并传给电磁发射电子线路短节。5.根据权利要求1所述的井间电磁发射系统，其特征是:所述电磁发射电子线路短节中，电源模块把来自井间电磁发射地面测井系统的高压交流电经过整流、滤波产生低压直流电给通讯模块、数字处理与控制模块、发射接口模块、发射调谐模块和模拟模块供电；通讯模块把经通讯传感短节整形后的数据进行解码，并把来自数字处理与控制模块的监测数据与模拟数据编码送入通讯传感短节；数字处理与控制模块除了产生并控制发射逻辑，采集监测发射电压、电流、温度等模拟数据，还要根据井间电磁发射地面测井系统下发的同步信号产生高精度的发射同步与采集信号；发射接口模块把来自数字处理与控制模块的发射控制信号进行放大，以驱动发射调谐模块中的开关调谐电路；发射调谐模块利用经发射接口模块驱动的控制信号，经调谐电路配合电磁储能短节为发射探头提供高压发射脉冲信号发射电磁波；模拟模块对发射电压、电流、发射天线温度、线路温度及低压直流电等模拟数据进行信号调理，调理后送入数字处理与控制模块进行数字化，并根据采样结果控制发射过程。6.根据权利要求1所述的井间电磁发射系统，其特征是: 所述通讯传感短节的传感器模块包括磁力计、加速度计、温度传感器和自然伽马传感器，电源模块把来自井间电磁发射地面测井系统的高压交流电经过整流、滤波产生低压直流电给电缆恢复与驱动模块、数字处理模块、模拟信号采集处理模块和传感器模块供电；电缆恢复与驱动模块对来自井间电磁发射地面测井系统的指令信号进行放大、滤波、整形后送入数据处理模块和电磁发射电子线路短节，同时把发往井间电磁发射地面测井系统的传感器数据与来自电磁发射电子线路短节的电磁发射监测数据进行调制、驱动以近正弦波的形式送往间电磁发射地面测井系统的电缆；数字处理模块对井下与地面数据编码、译码，并对来自模拟信号采集处理模块的信号进行数字处理；模拟信号采集处理模块对来自磁力计、加速度计、温度传感器、自然伽马传感器及低压直流电等模拟信号分别进行滤波、缓冲、米集； 所述电磁储能短节的每个电容模块均由高性能电容与保护电路组成，把来自电磁发射电子线路短节的高压直流脉冲送入发射探头中的每个发射天线； 所述电磁发射探头的监测模块为监测线圈，对发射天线发射参数进行采集并传给电磁发射电子线路短节； 所述电磁发射电子线路短节中，电源模块把来自井间电磁发射地面测井系统的高压交流电经过整流、滤波产生低压直流电给通讯模块、数字处理与控制模块、发射接口模块、发射调谐模块和模拟模块供电；通讯模块把经通讯传感短节整形后的数据进行解码，并把来自数字处理与控制模块的监测数据与模拟数据编码送入通讯传感短节；数字处理与控制模块除了产生并控制发射逻辑，采集监测发射电压、电流、温度等模拟数据，还要根据井间电磁发射地面测井系统下发的同步信号产生高精度的发射同步与采集信号；发射接口模块把来自数字处理与控制模块的发射控制信号进行放大，以驱动发射调谐模块中的开关调谐电路；发射调谐模块利用经发射接口模块驱动的控制信号，经调谐电路配合电磁储能短节为发射探头提供高压发射脉冲信号发射电磁波；模拟模块对发射电压、电流、发射天线温度、线路温度及低压直流电等模拟数据进行信号调理，调理后送入数字处理与控制模块进行数字化，并根据采样结果控制发射过程。7.根据权利要求1-6任一所述的井间电磁发射系统，其特征是:所述的通讯传感短节、电磁储能短节、电磁发射探头、套管监测短节、电磁发射电子线路短节均由密封壳体封闭，之间采用多芯防灌接头连接；其中，电磁发射探头的监测模块、发射天线和温度传感器设置在充满硅油中的压力平衡仓中。8.根据权利要求7所述的井间电磁发射系统，其特征是:所述的多芯防灌接头是由承压接头和多芯接头插接配合。
【文档编号】E21B49/00GK105986809SQ201510050055
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月30日
【发明人】臧德福, 郭红旗, 晁永胜, 葛承河
【申请人】中石化石油工程技术服务有限公司, 中石化胜利石油工程有限公司测井公司