電磁隨鉆傳輸理論與應用

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 EM-MWD系統(tǒng)工作原理與構成 4
1.1.1 EM-MWD系統(tǒng)的工作原理 5
1.1.2 EM-MWD系統(tǒng)的主要測量參數(shù) 5
1.1.3 EM-MWD系統(tǒng)的主要評價指標 7
1.2 EM-MWD系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 8
1.2.1 隨鉆電磁傳輸信道的特性研究現(xiàn)狀 8
1.2.2 低信噪比下EM-MWD信號的檢測技術研究現(xiàn)狀 11
1.2.3 EM-MWD系統(tǒng)國內外發(fā)展現(xiàn)狀 12
1.3 EM-MWD系統(tǒng)新技術與面臨的挑戰(zhàn) 17
參考文獻 18
第2章 井筒中低頻電磁波傳輸特性研究 22
2.1 EM-MWD系統(tǒng)工作原理及構成 22
2.1.1 EM-MWD系統(tǒng)井下電磁場的形成機理 24
2.1.2 絕緣段結構及等效物理模型 26
2.1.3 主要測量參數(shù) 27
2.2 井筒中低頻電磁波傳播規(guī)律研究 27
2.2.1 EM-MWD系統(tǒng)電磁信道的等效傳輸線法研究 28
2.2.2 金屬套管對隨鉆電磁信號傳播的影響 31
2.2.3 不同井眼結構下電磁波傳播規(guī)律研究 32
2.2.4 井場環(huán)境對電磁波信號的影響研究 34
2.2.5 影響 EM-MWD系統(tǒng)中電磁波衰減的因素 34
2.3 鄂北地區(qū)電磁波的衰減模型與仿真 36
2.3.1 鄂北地區(qū)電磁波的衰減模型 36
2.3.2 鄂北地區(qū)電阻率分布特性 37
2.3.3 EM-MWD系統(tǒng)中電磁波衰減仿真 37
2.4 小結 41
參考文獻 42
第3章 井場噪聲采集與噪聲特性研究 43
3.1 井場噪聲的統(tǒng)計特性 43
3.1.1 井場噪聲概述 44
3.1.2 井場噪聲源分類 44
3.1.3 常見的井場噪聲模型 48
3.1.4 井場噪聲譜分析 54
3.2 井場噪聲采集系統(tǒng)硬件設計 56
3.2.1 耦合變壓器設計及選型 57
3.2.2 低噪聲前置放大器設計 57
3.2.3 低噪聲濾波器設計 59
3.2.4 USB6221采集卡 61
3.2.5 井場電磁噪聲采集系統(tǒng)功能劃分 61
3.3 井場噪聲采集系統(tǒng)軟件設計 62
3.3.1 LabVIEW編程平臺及開發(fā)流程 62
3.3.2 井場噪聲采集系統(tǒng)主界面設計 63
3.3.3 井場噪聲采集系統(tǒng)各功能模塊設計 65
3.3.4 LabVIEW與MATLAB混合編程 66
3.4 井場噪聲Bootstrap方法分析 67
3.4.1 Bootstrap方法概述 68
3.4.2 Bootstrap技術在井場噪聲處理中的應用 69
3.5 實測井場噪聲數(shù)據(jù)分析與處理 72
3.5.1 實驗井場位置 73
3.5.2 基于Bootstrap方法的噪聲數(shù)據(jù)分析 74
3.5.3 井場噪聲的譜分析 75
3.5.4 不同鉆進狀態(tài)時的井場噪聲分析 77
3.6 小結 83
參考文獻 84
第4章 基于μC/OS-II的井下電磁發(fā)射機設計 86
4.1 電磁發(fā)射機概述 86
4.2 井下電磁發(fā)射機原理與構成 88
4.2.1 井下電磁發(fā)射機工作原理 88
4.2.2 定向測量探管 90
4.2.3 井下電磁發(fā)射機質量的評價標準 93
4.3 井下電磁發(fā)射機拓撲結構與負載等效模型 94
4.3.1 井下電磁發(fā)射機功率電路拓撲結構 95
4.3.2 井下電磁發(fā)射機的SPWM控制原理 97
4.3.3 井下電磁發(fā)射機負載等效模型 99
4.4 井下電磁發(fā)射機硬件設計 102
4.4.1 井下電磁發(fā)射機主控系統(tǒng)設計 102
4.4.2 發(fā)射機H橋功率驅動電路設計 105
4.4.3 井下電磁發(fā)射機檢測電路設計 106
4.4.4 發(fā)射機與定向探管接口電路設計 109
4.4.5 井下電磁發(fā)射機供電電源設計 109
4.4.6 井下電磁發(fā)射機儀器結構設計 110
4.5 井下電磁發(fā)射機軟件設計 111
4.5.1 井下發(fā)射機系統(tǒng)軟件概述 111
4.5.2 μC/OS-II在DSP上的移植 114
4.5.3 井下電磁發(fā)射機的任務劃分及優(yōu)先級 115
4.5.4 井下電磁發(fā)射機主程序設計 116
4.5.5 井下電磁調制信號產(chǎn)生子程序 117
4.5.6 輸出電壓與電流控制子程序 119
4.5.7 發(fā)射機與定向探管通信子程序 123
4.6 井下電磁發(fā)射機系統(tǒng)測試 124
4.6.1 井下電磁發(fā)射機的數(shù)學模型分析 124
4.6.2 井下電磁發(fā)射機的LC濾波分析 125
4.6.3 井下電磁發(fā)射機雙閉環(huán)PI控制 127
4.6.4 井下電磁發(fā)射機的仿真模型及結果分析 129
4.7 小結 135
參考文獻 135
第5章 隨鉆電磁信號地面接收系統(tǒng)設計 138
5.1 EM-MWD系統(tǒng)地面接收的工作原理與分析 138
5.1.1 地面接收機工作原理 139
5.1.2 接收機設計關鍵指標 141
5.1.3 EM-MWD系統(tǒng)工作參數(shù)的配置 142
5.2 EM-MWD地面接收系統(tǒng)硬件設計 146
5.2.1 地面接收機硬件設計 146
5.2.2 隔離式安全柵設計 147
5.2.3 低噪聲前置放大器設計 149
5.2.4 低噪聲濾波器設計 150
5.2.5 司鉆指示器設計 151
5.2.6 供電電源設計 153
5.3 地面接收機解調方法 153
5.3.1 電磁波載波同步技術 154
5.3.2 碼元同步與幀同步 160
5.3.3 相干解調算法與實現(xiàn) 160
5.4 EM-MWD地面接收系統(tǒng)軟件設計 161
5.4.1 EM-MWD地面接收系統(tǒng)軟件構架分析 162
5.4.2 EM-MWD地面接收系統(tǒng)軟件需求分析 163
5.4.3 電磁波數(shù)據(jù)的實時獲取及處理 164
5.4.4 EM-MWD地面接收系統(tǒng)軟件模塊設計 165
5.5 遠程接收系統(tǒng)方案設計 167
5.5.1 遠程接收系統(tǒng)工作原理及主要完成功能 168
5.5.2 遠程無線傳輸協(xié)議方案的選擇 169
5.5.3 基于ZigBee協(xié)議的遠程無線電磁信號傳輸方案設計 170
5.5.4 基于ZigBee技術的無線傳輸監(jiān)控軟件設計 174
5.5.5 實驗結果分析 176
5.6 小結 177
參考文獻 178
第6章 EM-MWD系統(tǒng)的信號檢測方法 179
6.1 EM-MWD電磁信號的檢測技術概述 179
6.2 井下電磁發(fā)射機的調制技術 180
6.2.1 EM-MWD系統(tǒng)調制技術優(yōu)選 182
6.2.2 井下電磁發(fā)射機 BPSK 調制信號的產(chǎn)生 183
6.2.3 井下電磁發(fā)射機 2DPSK 信號的解調 184
6.3 井場噪聲處理方法研究 188
6.3.1 陷波器工作原理 189
6.3.2 50Hz噪聲IIR數(shù)字陷波器研究 190
6.3.3 50Hz噪聲數(shù)字陷波器仿真研究 192
6.4 井場噪聲自適應抵消工作原理 194
6.4.1 改進的井場噪聲自適應抵消工作原理 197
6.4.2 井場噪聲自適應抵消方法探討 199
6.4.3 井場噪聲自適應抵消方法仿真 200
6.5 自適應BPSK算法在EM-MWD系統(tǒng)中的應用研究 203
6.5.1 自適應BPSK調制技術原理 203
6.5.2 EM-MWD系統(tǒng)中自適應BPSK相干檢測方法研究 205
6.5.3 EM-MWD系統(tǒng)中自適應BPSK相干檢測的誤比特率 206
6.5.4 自適應BPSK算法仿真 206
6.5.5 EM-MWD系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)分析與處理 209
6.6 小結 213
參考文獻 214