[發明專利]一種用于油水井中的聲波通信方法

有效

• 申請號: 202010044385.7
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111262635B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 湯瓊妮;冉立新
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04B11/00
• 分類號: H04B11/00;H04B17/382;E21B47/16;E21B47/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種用于油水井的自適應聲波通信方法。在井口和井下分別放置聲波/超聲波的發送裝置和接收裝置，以油水井中的水或油水混合物、油管和套管作為傳輸媒質，以聲波或超聲波為信息載體，發送裝置通過在聲波或超聲波載波中調制信息并傳輸到井下，接收裝置通過傳感器接收并解調信息，實現信息從井口到井下的傳輸。本發明方法可有效地用于石油開采的自動化應用，具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及了一種聲波或超聲波通信方法，尤其是涉及了一種用于油水井中的聲波通信方法。

背景技術

石油深埋于深達幾千米的地下，作為一種重要的戰略資源控制著世界各個國家的經濟命脈。現如今，石油的開采難度日益增加，在油水井中實現可靠的無線通信，方便地控制井下儀器及生產設備，是能否提高開采效率的重要因素。傳統油水井的通信方式主要采用有線電纜傳輸方式，而電纜在工作過程中容易磨損且布放困難、設備維護成本較高、擴展兼容性差。因此，采用基于聲波或超聲波的井下無線通信技術具有重要的現實意義。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明公開一種用于油水井中的自適應聲波通信方法。通過使用聲波或超聲波作為信息載體，使用具有宏觀周期性結構油水井作為傳輸通道，在井口和井下分別放置發送和接收裝置，從而實現信息從井口到井下傳輸的一種通信方法。可有效地用于石油開采的自動化通信。

本發明采用的技術方案包括以下步驟：

油水井包括油管和套管，水泥環套裝在巖層中，套管同軸套裝在水泥環中，油管同軸套裝在套管中，油管是由沿上下的多根子管同軸依次連接構成，相鄰子管端口之間通過接箍同軸固定連接，上下的接箍之間非等間距布置；伸出地面以上的最上端的子管內部安裝發送裝置，地面以下的一個子管外側壁局部加厚形成金屬空腔，金屬空腔中裝有接收裝置并充滿有非導電液體，金屬空腔中充滿的非導電液體不連通于外部的水或油水混合物；方法包括：

(1)通信前在油管內部以及油管和套管之間的內腔中注滿水或油水混合物，控制發送裝置選擇一個初始頻率發出聲波或超聲波，聲波或超聲波沿著油管、套管及其中的水或油水混合物傳導到接收裝置，由接收裝置接收獲得接收信號；

(2)重復步驟(1)多次測量，每次采用不同的頻率，然后利用測量得到的聲學特性對多次測量中使用的發射信號進行分析處理獲得最終發射工作頻率；

由發送裝置對油水井由擬周期接箍導致的聲學特性進行測量，根據所得的聲學特性中損耗較小的頻帶獲得發射工作頻率，并將在發射工作頻率上調制有通信信息的聲波或超聲波，發射到油水井中，被接收裝置接收完成自適應通信。

(3)控制發送裝置以發射工作頻率發出聲波或超聲波，聲波或超聲波調制有通信信息，聲波或超聲波沿著油管、套管及其中的水或油水混合物傳導到接收裝置，由接收裝置接收獲得接收信號，接收信號進行解調獲得通信信息。

所述的接收裝置采用寬頻帶或多頻帶聲波或超聲波傳感器接收信號，并解調出信息。

本發明以油管中的水或油水混合物、油管、套管、油管和套管之間的水或油水混合物以及套管以外的水泥環組成的多層柱狀結構構成的油井二維聲波導中的聲波或超聲波進行通信，將油水井作為油井二維聲波導進行聲波傳輸通信。

所述的發送裝置包括發送單片機、發送聲波放大器、發送壓電陶瓷元件和發送實時時鐘，發送單片機輸出端經發送聲波放大器后和發送壓電陶瓷元件連接，發送單片機和發送實時時鐘連接；控制信號輸入到發送單片機經由發送聲波放大器放大后輸入到發送壓電陶瓷元件，控制發送壓電陶瓷元件發出所設定頻率的振動超聲波；發送聲波放大器的輸出端同時引出后經匹配負載接地；

所述的接收裝置包括接收單片機、接收聲波放大器、接收壓電陶瓷元件和接收實時時鐘，接收壓電陶瓷元件輸出端經接收聲波放大器后和接收單片機輸入端連接，接收單片機和接收實時時鐘連接；振動超聲波傳導到接收壓電陶瓷元件被接收轉換為電信號輸出，經由接收聲波放大器放大后輸入到接收單片機。