【摘 要】
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能源是一个国家的发展命脉,它与政治、经济等方面都息息相关,直接影响国家的稳定发展。因此,为了使国家牢固地掌握自我能源安全保障权利,发展能源勘探开采技术是十分重要的。随着电子技术的发展与应用,将电子技术运用在油气勘探开采领域理所应当成为开采技术的发展趋势。愈加复杂的井下地质环境使井眼轨迹控制精度要求日益提高,随钻测井技术可以帮助地面操作人员了解井下地层的电阻率等参数信息,从而实现井下地质导向。随钻测
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能源是一个国家的发展命脉,它与政治、经济等方面都息息相关,直接影响国家的稳定发展。因此,为了使国家牢固地掌握自我能源安全保障权利,发展能源勘探开采技术是十分重要的。随着电子技术的发展与应用,将电子技术运用在油气勘探开采领域理所应当成为开采技术的发展趋势。愈加复杂的井下地质环境使井眼轨迹控制精度要求日益提高,随钻测井技术可以帮助地面操作人员了解井下地层的电阻率等参数信息,从而实现井下地质导向。随钻测井技术的关键是信息传输,包括近钻头处测量模块与螺杆上方的随钻测量仪器之间的信息传输和随钻测量仪器与地面控制台之间的信息传输。本文设计的无线电磁数据传输系统主要用于实现近钻头与螺杆上方的随钻测量仪器之间的数据信息传输。本文基于某随钻测井中心项目的实现需求,设计了一款基于电磁感应原理的无线数据传输系统,实现钻铤仪器上近钻头处与钻铤另一边的数据传输,可以实现载波信号产生、信号调制、信号发射、信号采集以及信号解调处理等主要功能,同时还包括模块通信、数据存储等辅助功能。采用环形线圈天线实现收发线圈之间的电磁耦合,从而达到数据传输的目的。全文从电磁传输理论研究、有限元仿真分析、重点技术、软硬件实现以及系统测试等几个方面进行详细的阐述。从电磁感应原理出发分析系统实现无线数据传输的基本理论,对比分析无损介质和有耗媒质中电磁波的衰减特性,结合电磁波在有耗媒质中的传播特性,从系统指标分析入手完成系统总体方案设计。通过建立有限元仿真模型分析环形线圈天线对系统中电磁信号传输性能的影响,以及电磁波在传输过程中的衰减特性。针对信号传输的抗干扰问题,采用基于2ASK的信号调制解调技术;针对系统微弱信号的采集问题,采用基于相敏检波算法的信号提取技术;提出基于FPGA和ARM架构的方案实现系统功能;利用RS485通信实现系统与上位机或其他主控板之间的长距离、稳定数据传输。最后,按照系统技术指标,选择合适的器件来进行电路设计,焊接并完成系统样机的制作及调试工作,并且完成了初步的试验工作,包括硬件电路板的单机功能测试,以及地面系统测试,从而完成无线电磁数据传输系统的设计与实现。
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