一种盐穴储气库的井下信号无线传输系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种盐穴储气库的井下信号无线传输系统及方法,属于井下测量技术领域。包括：井下检测装置，其安装在位于腔体内的中心管的外壁，用于将检测到的数据转化为电信号后以中心管为载体传输给中继器；中继器，其安装在位于套管内的中心管的外壁，用于进行阻抗变换使电信号适应中继器所处套管部分的中心管处的低阻抗环境，将电信号以中心管为载体传输给井上检测装置。本发明专利技术在高阻抗低电导率的井下部分，使用电信号在腔体内的中心管无线传输，在低阻抗高电导率的套管部分，使用中继器的线圈进行阻抗变换，中继器所处中心管的阻抗将被调高，从而使电信号能顺利无线传输；利用一个或多个中继器可实现信号在井下的长距离传输。

A wireless transmission system and method of underground signal for salt cavern gas storage

【技术实现步骤摘要】
一种盐穴储气库的井下信号无线传输系统及方法
本专利技术属于井下测量
，更具体地，涉及一种盐穴储气库的井下信号无线传输系统及方法。
技术介绍
盐穴储气库是通过注入淡水的方式将盐矿作为溶腔储气的方式建造，其过程为：通过钻井向下打入中心管、中间管、套管等管道；通过注入淡水的方法进行溶解，由排水管排出卤水，并由注水管与套管之间的空隙注入隔离液避免顶部溶解；在上述期间不断根据卤水盐度等技术参数调整参数，控制地下腔穴的几何形状和体积，最终得到符合设计要求的储气库。储气库往往在地下数千米的位置，因此在使用过程中，井下数据的实时传输有利于及时准确评价井下情况。同时，在储气库建成后投入使用后，要求严格密封，会在中心管上使用永久封隔器，这使原来在建造过程中能使用的例如光缆通信等有线传输方法无法使用。目前，在井下信号传输的过程中存在的问题有：1)现有的基于电信号传输技术设计的电磁无线通讯系统，是使用沿管道的轴向交变电流激励通过电磁场进行信号传输，适用于电导率较高的环境，而在电导率较低的环境，电磁无线传输通道无法建立。而使用基于磁传输技术的电磁无线通讯系统，通过安装在管道上的线圈的交变电流环激励沿管道方向的电磁场进行信号传输，适用于电导率较低的环境，而在电导率较高的环境中，信号衰减加剧，信号传输距离严重受限。而盐穴储气库中同时存在低阻抗(套管部分)和高阻抗(腔内中心管部分)环境，信号传输难度更高。2)由于盐穴储气库在建造过程中，中心管等管道是采用以一段一段的管道连续向下伸入安装的方法安装，同时在建成使用后为了使管道在向下延伸的过程中保持腔体密闭性而使用永久封隔装置，因此有线传输以及体积较大的无线信号传输装置无法使用。3)井下的无线数据传输需要跨越数百数千米的距离，存在较大能量损耗，并且需要同时保证数据通讯的准确性和时效性，一些例如声波法等在井下无线短距传输中适用的方法不再适用。4)井下采用使用中继器的多级信号传输时，存在故障点难以检测的问题，一旦某一装置出现问题，难以检测故障点的位置，这给检修维护工作带来较大难度。5)在申请号201811565293.2的专利《一种井下全井无线传输方法》中提到了一种使用中继器的井下信号传输方法，该方法使用中继器极大地提升了信号传输距离，但是该方法无法解决在井下高低阻抗并存时的信号传输问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种盐穴储气库的井下信号无线传输系统及方法，其目的在于解决了高低阻抗并存环境井下无线信号传输困难的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种盐穴储气库的井下信号无线传输系统，该系统包括：井下检测装置，其安装在位于盐穴储气库腔体内的中心管的外壁，用于将检测到的井下数据转化为电信号后施加在绝缘层两侧的中心管上，绝缘层两侧形成的电压差使电信号以中心管为载体传输给中继器；中继器，其安装在位于套管内的中心管的外壁，用于进行阻抗变换使电信号适应中继器所处套管部分的中心管处的低阻抗环境，将电信号以中心管为载体传输给井上装置。优选地，对盐穴储气库腔体内位于最大安全高度气液表面之上的一个丝扣做绝缘处理，用于形成绝缘层。优选地，所述绝缘处理方式为在丝扣内填充绝缘材料。优选地，所述中继器包括线圈，线圈原线圈匝数与副线圈匝数比值k大于1，用于增大中继器电压信号源两端的阻抗。优选地，中继器的阻抗变换对信号的接收和发射均有效。优选地，所述系统中存在多个中继器，并采用时频分复用制工作，即每一个中继器与井下检测装置都工作在自己的独占时间段内，同时每一路信号在自己划分好的子信道中传输。优选地，所述中继器采用故障反馈机制，即任一中继器在规定时间内没检测到信号，立即向地面主机发送预先设定好的信号，从而确认故障时间及位置。优选地，所述位于盐穴储气库腔体内的中心管的外壁上设置有置物层，用于放置井下检测装置。优选地，所述井下检测装置包括电压信号源，电压信号源一极直接与中心管相连，另一极穿过做绝缘处理的丝扣与中心管相接。为实现上述目的，按照本专利技术的第二方面，提供了一种盐穴储气库的井下信号无线传输方法，该方法包括以下步骤：S1.将井下检测装置测量到的井下数据转化为电信号后，以中心管为载体传输给中继器；S2.使用中继器对接收到的电信号进行解调，同时进行阻抗变换将中继器所处中心管的阻抗调高以后，将电信号以中心管为载体传输给井上检测装置。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：(1)针对井下信号无线传输，中心管裸露在空气的部分处于高阻抗环境，嵌套在套管中的部分处于低阻抗环境，导致无线信号传输困难的问题，本专利技术在高阻抗低电导率的井下部分，使用电信号在腔体内的中心管无线传输，在低阻抗高电导率的套管部分，使用中继器的线圈进行阻抗变换，中继器所处中心管的阻抗将被调高，从而使电信号能顺利无线传输；利用一个或多个中继器可实现信号在井下的长距离传输。(2)本专利技术利用盐穴储气库中腔内中心管远端与卤水直接接触的天然属性，在井下检测装置的电压源两极之间使用绝缘层，建立电信号通道，实现电信号的传输。(3)本专利技术的中继器工作时，采用故障反馈机制，通过预设定的反应时间和反应信号，便于快速及时确定故障点的位置。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种盐穴储气库的井下信号无线传输系统结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的盐穴储气库的井下无线传输装置的井下部分电压源安装的局部示意图；图3为本专利技术实施例提供的盐穴储气库的井下无线传输装置的井下部分示意图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：1-中心管；2-加厚置物层；3-丝扣处绝缘层；4-中继器；5-储存的气体；6-气液表面；7-卤水；8-盐穴储气库；9-中间管；10-地表；11-气体注采口；12-永久封隔器；13-井上检测装置；14-地面主机；15-电压信号源；16-线圈；17-套管。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本专利技术提供了一种盐穴储气库的井下信号无线传输系统，该系统包括：井下检测装置，其安装在位于腔体内的中心管的外壁，用于将检测到的数据转化为电信号后以中心管为载体传输给中继器；中继器，其安装在位于套管内的中心管的外壁，用于进行阻抗变换使电信号适应中继器所处套管部分的中心管处的低阻抗环境，将电信号以中心管为载体传输给井上检测装置。如图2所示，井下检测装置安装在井下油管部分的中心管1管道外壁上设置的加厚置物层2，主要由置物层中放置的电压信号源15、电源与管道上连接处的丝扣绝缘层3组成。在传输信号时，电压信号源15产生电信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盐穴储气库的井下信号无线传输系统，其特征在于，该系统包括：/n井下检测装置，其安装在位于盐穴储气库腔体内的中心管的外壁，用于将检测到的井下数据转化为电信号后施加在绝缘层两侧的中心管上，绝缘层两侧形成的电压差使电信号以中心管为载体传输给中继器；/n中继器，其安装在位于套管内的中心管的外壁，用于进行阻抗变换使电信号适应中继器所处套管部分的中心管处的低阻抗环境，将电信号以中心管为载体传输给井上装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种盐穴储气库的井下信号无线传输系统，其特征在于，该系统包括：
井下检测装置，其安装在位于盐穴储气库腔体内的中心管的外壁，用于将检测到的井下数据转化为电信号后施加在绝缘层两侧的中心管上，绝缘层两侧形成的电压差使电信号以中心管为载体传输给中继器；
中继器，其安装在位于套管内的中心管的外壁，用于进行阻抗变换使电信号适应中继器所处套管部分的中心管处的低阻抗环境，将电信号以中心管为载体传输给井上装置。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，对盐穴储气库腔体内位于最大安全高度气液表面之上的一个丝扣做绝缘处理，用于形成绝缘层。


3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述绝缘处理方式为在丝扣内填充绝缘材料。


4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中继器包括线圈，线圈原线圈匝数与副线圈匝数比值k大于1，用于增大中继器电压信号源两端的阻抗。


5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，中继器的阻抗变换对信号的接收和发射均有效。


6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统中存在多个中继...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昶，陈庆，叶才勇，杨思谛，余沐阳，胡皓然，欧阳宇伦，饶波，徐争光，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42