[發明專利]一種井下極低頻通信模組的近場延長器

有效

• 申請號: 202110516237.5
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113250683B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 周凱;汪澤;余沐陽;劉昶;倪謝霆;陳慶;李紅斌
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: E21B47/12
• 分類號: E21B47/12
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 王穎翀

本發明公開了一種井下極低頻通信模組的近場延長器，屬于井下無線通信領域，包括：對稱串接于井下極低頻通信模組兩端的兩個部分；每個部分包括：由油管短節連接的若干個絕緣扶正器和一個金屬扶正器；絕緣扶正器的數量和油管短節的數量由近場延長實用距離確定；其中，井下極低頻通信模組將極低頻電流信號發射至近場負載回路及遠場負載回路；近場負載回路由井下極低頻通信模組、兩端的近場延長器、延長器外側的管間介質、套管和土質層構成；遠場負載回路由井下極低頻通信模組、兩端的近場延長器、近場段與地面之間的套管和土質層構成。本發明通過延長近場負載回路增大了近場等效阻抗，提高電源驅動效率，進而增強地面接收信號強度。

技術領域

本發明屬于井下無線通信領域，更具體地，涉及一種井下極低頻通信模組的近場延長器。

背景技術

地面-井下無線通信是實現油田信息化、智慧化的關鍵組成部分。目前，井下無線通信介質有聲波、極低頻電磁波、泥漿脈沖三種，其中，極低頻電磁波抗干擾能力強、衰減慢、適用場景廣，故通信介質多數采用極低頻電磁波。采用該介質需要井下無線發射模組將采集到的油氣參數轉換為電信號，進而發射至地面信號接收端。在套管井井下發射系統的驅動方面，電源驅動負載發射極低頻電磁波的方式分為線圈感應驅動和直接驅動兩種，直接驅動方式結構簡單、能量損耗更低，因此，無線發射系統的負載驅動方式往往采用直接驅動。

在專利CN202011605569.2中提出了套管井電磁通信信道的遠近場域分段模型，近場域即井下極低頻通信模組發射信號的局部場域。在近場域中油管、套管、金屬扶正器為金屬材質，具備良好的導電性，其造成的直接影響便是近場負載阻抗極低，僅毫歐級，但驅動電流信號為數十安培，故直驅方式面臨著“大電流電源-毫歐級負載”的極端負載驅動工況。負載阻抗低意味著驅動效率受限，同時受環境影響因素較強，導致接收端接收信號的強度和穩定性不能得到保障。專利CN202011503130.9從改進直驅電路的角度提高驅動效率能力，該方式改善效果有限。綜上，現有技術套管井電磁通信負載驅動效率低。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種井下極低頻通信模組，其目的在于，通過在所述井下極低頻通信模組兩端對稱串接絕緣扶正器和油管短節的管柱組合，井下極低頻通信模組通過將采集的所述油氣參數轉化為極低頻電流信號，并以直驅方式發射至近場延長后的負載回路；由此解決直驅方式下負載驅動效率低的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種井下極低頻通信模組的近場延長器，包括：

對稱串接于所述井下極低頻通信模組兩端的兩個部分；每個部分包括：由油管短節依次連接的若干個絕緣扶正器和一個金屬扶正器；所述絕緣扶正器的使用數量和所述油管短節的使用數量由近場延長實用距離確定；

其中，井下極低頻通信模組，串接于油管上且置于油氣參數測量段，用于將采集的所述油氣參數轉化為極低頻電流信號，并以直驅方式發射至近場負載回路及遠場負載回路；

所述近場負載回路由所述井下極低頻通信模組、兩端的所述近場延長器、延長器外側的管間介質、所述套管和土質層構成；所述遠場負載回路由所述井下極低頻通信模組、兩端的所述近場延長器、近場段與地面之間的套管和所述土質層構成。

在其中一個實施例中，所述絕緣扶正器，表面噴有絕緣涂層，用于所述近場延長器的扶正及其與套管間的電氣隔離。

在其中一個實施例中，所述金屬扶正器，用于提供近場延長器與所述套管間的電氣連接，以構成近場電流回流通道。

在其中一個實施例中，所述絕緣扶正器的最大供起半徑小于所述套管的內徑，且二者差值小于第一差值閾值；所述金屬扶正器的最大拱起半徑大于所述套管的內徑，且二者差值大于第二差值閾值。

在其中一個實施例中，所述近場延長實用距離L_p的獲取過程包括：