[發明專利]一種井下至地面的測井通信和控制裝置及方法

在審

• 申請號: 202110411350.7
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113073974A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 孫哲;馮澤東;賀羽
• 申請（專利權）人: 國儀石油技術（無錫）有限公司
• 主分類號: E21B47/13
• 分類號: E21B47/13
• 代理公司: 蘇州國誠專利代理有限公司 32293
• 代理人: 杜丹盛

本發明提供了一種井下至地面的測井通信和控制裝置，其具有探測靈敏度高、工作溫度范圍寬、工作能耗低、占用體積小、信道寬度大、傳輸速率快、價格低廉的特點，在井下至地面數據通訊的無線傳輸方面具有明顯優勢。其包括地面部分和井下部分，所述地面部分設置有原子磁力計接收裝置及量子數據讀出的量子探測設備，所述井下部分包括有電磁波發射系統，所述電磁波發射系統用于將井下探測到的信號進行編碼并通過電磁波發射。

技術領域

本發明涉及量子測井的技術領域，具體為一種井下至地面的測井通信和控制裝置，本發明還提供了井下至地面的測井通信和控制的方法。

背景技術

現有的測井技術的井下數據向地面的傳輸是通過泥漿脈沖或EM-MWD來進行。泥漿脈沖的工作方法是通過鉆井時對井眼中的泥漿壓力信號進行編碼，通過采集泥漿壓力信號的變化實現信息傳輸，這種方式的傳輸速率非常有限，一般為幾個bps，并且隨著井深的加大，泥漿信號的不穩定性持續增大，解碼工作的困難程度也快速增加。此外，泥漿還是驅動井下發電機唯一手段，對泥漿信號做壓力編碼會在一定程度上干擾發電機的工作，導致發電機的功率不足，降低了整體的工作效率。EM-MWD是通過電磁信號傳輸來實現井下至地面通信的，其地面部分也是一個電磁波天線，EM-MWD靈敏度和精度較差，因此EM-MWD的傳輸深度比較有限，即使中間加了一節信號中繼的情況也往往不能超過3000米。

由于測井的距離和深度不斷擴大，故需要一種傳輸速度更高、穩定性更好、傳輸距離和深度更大的井下至地面的測井通信和控制裝置。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種井下至地面的測井通信和控制裝置，其具有探測靈敏度高、工作溫度范圍寬、工作能耗低、占用體積小、信道寬度大、傳輸速率快、價格低廉的特點，在井下至地面數據通訊的無線傳輸方面具有明顯優勢。

一種地面至井下量子測井通信和控制裝置，其特征在于：其包括地面部分和井下部分，所述地面部分設置有原子磁力計接收裝置及量子數據讀出的量子探測設備，所述井下部分包括有電磁波發射系統，所述電磁波發射系統用于將井下探測到的信號進行編碼并通過電磁波發射。

其進一步特征在于：

原子磁力計接收裝置與量子數據讀出的量子探測設備之間通過線纜連接，確保數據最后解碼的準確可靠；

所述原子磁力計接收裝置采用高靈敏度⁸⁷Rb原子磁力計或金剛石量子磁力計，其傳輸信道覆蓋0-100Hz，所能夠探測的磁場強度低至10^-12T量級，本底噪聲低至1PT/Hz^1/2，具有超高的靈敏度和探測信噪比；

在原子磁力計接收裝置作為信號接收裝置時，電磁波發射系統采用更低的發射功率進行信號發射即可達到信號的穩定傳輸和探測效果，降低了井下儀器系統的整體能耗；

其還包括有一井下電磁信號中繼器，當電磁波發射系統和原子磁力計接收裝置的直線距離大于4km時，井下部分設置有井下電磁信號中繼器，電磁波發射系統所發出的信號通過電磁信號中繼器放大后朝向原子磁力計接收裝置發出放大后的信號，使得原子磁力計接收裝置接收到有效信號，使得整個裝置的傳輸距離和深度得到擴展。

一種井下至地面測井通信和控制方法，其特征在于：工作時由井下電磁波發射系統對要發射的信息進行編碼和調制并按照頻率進行發射，電磁波信號由井眼經由地層輻射到地面，位于地面的原子磁力計對電磁波信號進行探測，并通過對應的接收裝置對其進行記錄和解碼，實現井下到地面的通信功能。

其進一步特征在于：通過原子磁力計接收裝置對低頻電磁信號進行高靈敏度探測和接收，具體極高的信噪比和探測靈敏度，適用于隨鉆探測中的井下至地面通信領域；

電磁波發射系統的編碼方式根據需求進行設置，其發射頻率為1-100Hz范圍之內的頻率。