本发明专利技术公开了一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置及方法，属于油气田开发技术领域，井下数据上传时，上部短节Ⅰ作为电磁信号接收短节，下部短节Ⅱ作为电磁信号发射短节，当短节Ⅱ中的TM波发射天线通过交变电流在磁芯中产生交变磁场，则电磁信号接收短节的短节Ⅰ上的磁芯可以对上述电流信号进行捕获而实现信号的上传；同理，地面数据下传时，短节Ⅱ作为电磁信号接收短节，短节Ⅰ作为电磁信号发射短节，当短节Ⅰ中的TM波发射天线通过交变电流在磁芯中产生交变磁场，在短节Ⅱ对电流信号进行捕获而完成信号下传，短节Ⅰ与短节Ⅱ之间的信号的双向传递。与现有技术相比，传输相同距离的情况下，接收信号幅度更大，载波频率更高。载波频率更高。载波频率更高。
【技术实现步骤摘要】
一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置及方法
[0001]本专利技术涉及油气田开发
，特别涉及一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置及方法。
技术介绍
[0002]油气田开发过程中用于储层流体属性参数监测以及井下测控仪器设备的井地双向操作都依赖于井地双向通信信道的建立，譬如分层开采已广泛应用于现代油气田开发生产，无论是油气田的分层压裂还是后期分层注水助采以及采油采气的生产过程监控，都需要实时了解储层及井下设备的状态数据来为开发生产管理提供可靠实时的决策依据，这在改进油气采集工艺和油气井管理方面发挥着至关重要的作用。
[0003]目前，井下数据的无线上传技术主要有声波传输、电磁波传输等方式。基于电磁的无线测井技术，大多采用电流场型的信道传输原理来进行信号传输。如专利CN103061755A、CN105178948A、CN110111555A均是利用钻杆与大地构成等效回路来进行电磁信号的传输。但这种传输方式对地层的电参数(电导率、介电常数和磁导率)有很高的要求，容易受地质条件和地下流体的运移的影响。
[0004]而目前现有的井地无线电磁通信系统主要用于测井，主要有井下发射装置和接收装置，用绝缘短节将钻杆截断，构成绝缘偶极子发射天线，将发射装置的正端子、负端子分别接到绝缘短节的上端和下端，正端子上的激励电流将会沿着绝缘短节上端的金属钻杆向上流动，并随着钻杆的向上延伸电流会逐渐泄漏到地层中，在地面采用埋地电极来检测泄漏到地层中的泄漏电流，进而实现信号的传输。
[0005]现有的技术要依靠大地构成闭合回路完成信号的传输，该方法面临地层电参数(电导率、介电常数和磁导率)的变化（不同井，同一井不同采油周期）带来信号传输的不稳定，通常会出现由于地层水的流动导致某段时间通信异常以及A地区通信正常，而B地区由于地层参数不同而无法通信的现象，通用性不强。
[0006]现有的技术要依靠大地构成闭合回路完成信号的传输，由于电磁波在地层中的传输深度由电磁波在地层中的趋肤深度δ决定，而趋肤深度（ρ地层电导率，f工作频率），因此，为了更深的遥测深距离，通常采用极低频（0.1Hz
‑
10Hz）的载波进行数据传输，这导致数据的传输速率慢、效率低。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置及方法，本申请为能够将处于各向异性复杂地层环境下的金属套管、金属油管及封隔器和高盐度的油套管环空地层水的狭小空间下的井下测控信号从井下通过无线电磁方式上传至地面以及地面控制指令无线下传至井下测控仪器设备的装置。
[0008]为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置，包括设置在井下的套管以及设置在所述套管内由上至下依次连接的油管、扶正器Ⅰ、短节Ⅰ、封隔器、短节Ⅱ、传感器集成短节以及扶正器Ⅱ；所述扶正器Ⅰ与扶正器Ⅱ上下设置，所述扶正器Ⅰ与扶正器Ⅱ用于所述套管与油管电气连接；所述短节Ⅰ与短节Ⅱ之间通过电磁信号连通，所述短节Ⅰ与短节Ⅱ之间的信号的双向传递。
[0009]作为本申请的进一步方案，所述短节Ⅰ与短节Ⅱ均包括油管、金属保护外套以及设置在所述油管和金属保护外套之间的电池组、发射信号处理模块以及接收信号处理模块。
[0010]作为本申请的进一步方案，所述短节Ⅱ还包括TM（Transverse magnetic wave，横磁波）波发射天线，TM波发射天线由环形的软磁材料以及环绕在软磁材料之外的线圈组成。
[0011]作为本申请的进一步方案，所述短节Ⅰ还包括TM波接收天线，TM波接收天线由高磁导率的磁芯以及线圈组成。
[0012]作为本申请的进一步方案，所述发射信号处理模块包括传感器模拟信号采集电路（A/D）、编码模块、调制模块、带通滤波电路模块、功率放大电路模块以及发射电流监测模块，所述发射信号处理模块用于产生调制信号，所述调制信号由第一微控制器进行传感器模拟信号采集（A/D）、编码以及调制得到,所述发射信号处理模块中的功率放大电路与TM波发射天线电气连接。
[0013]作为本申请的进一步方案，所述短节Ⅰ和短节Ⅱ上均设有绝缘材料制成用于进行封装的密封罩。
[0014]作为本申请的进一步方案，所述短节Ⅱ、传感器集成短节以及油管通过螺纹接头相连接，传感器集成短节与短节Ⅱ通过电缆传输传感器信号。
[0015]作为本申请的进一步方案，所述接收信号处理模块包括信号滤波电路、以及电压增益放大电路，其中，接收信号处理模块接收的信号由第二微控制器进行解调和解码。
[0016]作为本申请的进一步方案，所述油管、扶正器Ⅰ、套管以及扶正器Ⅱ构成了一个电流从油管流向扶正器，并回流至感应电动势的负极的等效回路。
[0017]作为本申请的进一步方案，一种套管井井地信号双向无线电磁传输方法，基于上述所述的套管井井地信号双向无线电磁传输装置，所述套管井井地信号双向无线电磁传输方法，包括以下步骤：步骤1）、井下数据上传时，上部短节Ⅰ作为电磁信号接收短节，下部短节Ⅱ作为电磁信号发射短节，当电磁发射短节的短节Ⅱ中的TM波发射天线通过交变电流在磁芯中产生交变磁场，由于穿过发射天线磁芯的金属油套管和回路电极或封隔器构成导体回路而在回路中产生感应电流，则处于上述回路中的电磁信号接收短节的短节Ⅰ上的磁芯对电流信号进行捕获而实现信号的上传；步骤2）、地面数据下传时，下部短节Ⅱ作为电磁信号接收短节，上部短节Ⅰ作为电磁信号发射短节，当电磁发射短节的短节Ⅰ中的TM波发射天线通过交变电流在磁芯中产生交变磁场，交变磁场在电磁信号发射短节的短节Ⅰ的油管上产生感应电动势，在电磁信号接收短节的短节Ⅱ对电流信号进行捕获而完成信号下传，所述短节Ⅰ与短节Ⅱ之间的信号的双向传递。
[0018]与现有技术相比，本申请的有益效果是：
与现有井下无线电磁通信系统利用大地回路进行信号传输不同的是，本申请的套管井井地信号双向无线电磁传输装置，将油管与套管进行电气连接，利用油套管金属回路来传输电磁信号，由于金属电阻率远远小于地层电阻率，因此电流回路中的电流强度远远高于传统技术电流回路的电流强度。现有井下无线电磁通信系统在地层中的传输主要依靠泄漏到地层中的泄露电流的趋肤效应。因此本申请与现有技术相比，由于基于导体回路而不是依赖于电阻率时空变在的地层来实现信号回路，传输相同距离的情况下，接收信号幅度更大，载波频率更高，由于不依赖于地层，也就不会因为地质条件的不同而造成传输的不稳定。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本申请的套管井井地信号双向无线电磁传输装置的结构示意图。
[0021]图2为本申请的套管井井地信号双向无线电磁传输装置中短节Ⅱ的正视剖面结构示意图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置，其特征在于，包括设置在井下的套管(1)以及设置在所述套管(1)内由上至下依次连接的油管(2)、扶正器Ⅰ(3)、短节Ⅰ(4)、封隔器(5)、短节Ⅱ(6)、传感器集成短节(7)以及扶正器Ⅱ(9)；所述扶正器Ⅰ(3)与扶正器Ⅱ(9)上下设置，所述扶正器Ⅰ(3)与扶正器Ⅱ(9)用于所述套管(1)与油管(2)电气连接；所述短节Ⅰ(4)与短节Ⅱ(6)之间通过电磁信号连通，所述短节Ⅰ(4)与短节Ⅱ(6)之间的信号的双向传递。2.根据权利要求1所述的一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置，其特征在于，所述短节Ⅰ(4)与短节Ⅱ(6)均包括油管(2)、金属保护外套以及设置在所述油管(2)和金属保护外套之间的电池组、发射信号处理模块以及接收信号处理模块。3.根据权利要求2所述的一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置，其特征在于，所述短节Ⅱ(6)还包括TM波发射天线，TM波发射天线由环形的软磁材料以及环绕在软磁材料之外的线圈组成。4.根据权利要求2所述的一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置，其特征在于，所述短节Ⅰ(4)还包括TM波接收天线，TM波接收天线由高磁导率的磁芯以及线圈组成。5.根据权利要求2
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4任一所述的一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置，其特征在于，所述发射信号处理模块包括传感器模拟信号采集电路、编码模块、调制模块、带通滤波电路模块、功率放大电路模块以及发射电流监测模块，所述发射信号处理模块用于产生调制信号，所述调制信号由第一微控制器进行传感器模拟信号采集、编码以及调制得到,所述发射信号处理模块中的功率放大电路与TM波发射天线电气连接。6.根据权利要求5所述的一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置，其特征在于，所述短节Ⅰ(4)和短节Ⅱ(6)上均设有绝缘材料制成用于进行封装的密封罩。7.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：李伟勤，刘建生，林磊，王万江，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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