[实用新型]一种基于金属空芯波导的随钻通信装置

说明书

本实用新型提供一种基于金属空芯波导的随钻通信装置，属于通信装置领域，包括钻杆、钻头、WIFI通信模块、金属空芯波导、石墨烯颗粒导光胶、光纤传感器、太赫兹光波收发器及随钻测井仪器等。本实用新型具有通过对钻杆内部进行结构设计，挖孔镀层，使续接钻杆内孔成为金属空芯波导，再以太赫兹光波为传输媒质进行传输井下数据，具有损耗低、带宽大、传输距离远、安全性高等优点，在随钻通信领域有很好的应用前景。

技术领域：

本实用新型属于通信装置领域，具体涉及一种基于金属空芯波导的随钻通信装置。

背景技术：

随钻测量是在钻头钻进方向确定的前提下，不间断地测量获取钻头附近有关参量信息的技术手段，并将测量信息实时的传输到地表，该技术作为先进的测井技术被广泛应用到各种复杂情况下的石油勘探开发中。随钻测量所获得信息如何稳定的、快速的传输到地表一直是研究重点。

当前随钻传感器信息无线传输方式，主要有泥浆脉冲传输、声波传输、井下电磁波传输三种介质方式。泥浆脉冲方式成熟可靠，然而误码率高，数据传输率低，约0.5～5bit/s。声波传输测井信号，传输率可达100bit/s，可用于深井测量，不足之处是易受环境干扰，信号衰减快，需要中继电路完成深井探测任务，发展前途有限。地层信道特点与空气信道不同，地层信道对电磁波有较大的损耗。对土层和岩石介质的研究表明，这些介质属于容性半导电媒质，本质上决定传导电磁波的速率非常有限。

有线传输即在钻柱中嵌入多芯铜导线，不仅可以从地上向井下输送电能，还可以实现地面和井下全双工的大信息量、宽带的传输系统，信息传输速率高，而且信息传输不受钻井液流体类型和性能的影响。但是其铺设麻烦且所用钻杆是由一节一节的短节组成，如若钻杆高速转动，运用电缆传输信号非常困难，且电缆的维护维修成本较高，电缆受到损坏将直接影响到整个系统的正常运行。同时，速率有限又需要中继，无法实时传输跨尺度图像传感网络信息和多层次图像感知信息。

综上所述，传统随钻通信存有的问题为：无线传输方式易受环境干扰，信号衰减快且传输速率低下；有线传输方式电缆铺设麻烦，维修成本高，传输速度有限，钻杆续接繁杂。

太赫兹波导是太赫兹光波的传输通道，是各类太赫兹系统中不可或缺的关键组成部分。其中，太赫兹金属波导在太赫兹辐射源、安全检查和生物医学等领域有着成熟的应用。但是将太赫兹金属波导运行于通信领域还未有实际应用。随钻通信领域研究重点围绕着信道传输特性、信源编码和信息处理方法等方面展开，但对其他通信方式运用研究还未有报道。

在钻杆内部挖制金属空芯波导，从一定程度上，钻杆就可以近似看成传输介质，只需要简单地续接钻杆就构成了通信信道。金属空芯波导在钻杆的内部，隔绝了井下的恶劣环境，同时采用太赫兹光波为传输媒质进行传输数据。相比传统方式，这种通信方式更快、更稳定、更方便。构成钻杆的金属对太赫兹光波的反射能力相比于频率更高的激光更强，损耗也更低，能达到更远的传输距离。

发明内容：

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于金属空芯波导的随钻通信装置。本装置使用的介质/金属空芯波导作为通信信道，具有损耗低、带宽大、传输距离远、安全性高等优点，在随钻通信领域有很好的应用前景。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于金属空芯波导的随钻通信装置，该随钻通信装置至少包括钻杆、钻头、WIFI通信模块、金属空芯波导、井上太赫兹光波收发器、井底太赫兹光波收发器及随钻测井仪器；