[发明专利]一种用于有杆采油井的井下参数传输系统

摘要

本发明属于计量测试技术领域，涉及一种有杆采油井井下参数传输系统，利用瞬变电磁传输井下参数的方法，提供一种高速、实时传输有杆采油井井下参数的传输系统，解决深井条件下井下传感器参数无法实时传输的问题。井下发射部分由井下发射控制组件、长接头舱、发射线圈、铁芯和短接头舱组成，井下发射部分包含井下发射控制组件、长接头舱、发射线圈、铁芯和短接头舱；地面接收处理部分包含接收线圈、前置放大器、可变增益放大器、瞬变电磁信号取样积分电路、A/D转换、数字滤波器和数据分析处理终端；系统的设备组成简单、容易制造和安装，能够在超过4000米深油井实现井下参数实时传输，且传输速度大于1kb/s。

主权项

一种用于有杆采油井的井下参数传输系统，包含井下发射部分和地面接收处理部分，其特征在于：（1）井下发射部分由井下发射控制组件1、长接头舱2、发射线圈3、铁芯4和短接头舱5组成，地面接收处理部分包含接收线圈7、前置放大器8、可变增益放大器9、瞬变电磁信号取样积分电路10、A/D转换11、数字滤波器12和数据分析处理终端13；长接头舱2和短接头舱5通过螺纹密封连接形成井下发射部分的机体，然后通过螺纹与抽油杆6连接，使井下发射部分在深井中具有稳定和可靠的工作环境，长接头舱2和短接头舱5内部所组成的稳定空腔用于安装对工作环境要求较高的井下发射控制组件1、发射线圈3和铁芯4，井下发射控制组件1从传感器获取参数信号，经过调理、转换处理，形成数字信号，并将数据存储于井下大容量存储器102以备份，同时将数据进行载频、调理、信号放大等处理，形成双极性矩形波激励信号并传输给发射线圈3，发射线圈3缠绕在铁芯4外部，铁芯4未绕线端经过绝缘处理后插入短接头舱5内，组成可靠的地下低频发射构成，将井下发射控制组件1产生的双极性矩形波的激励信号转化为有用电磁信号发射出去，电磁信号穿过油管和套管传输至地层，以地层为导体传输至地面，地面接收处理部分通过埋藏在地表油井口附近的接收线圈7，捕获来自地层深处的低频瞬变电磁信号，依次经过前置放大器8、可变增益放大器9、信号取样积分电路10、A/D转换11、数字滤波器12和数据分析处理终端13处理后，得到井下传输的参数；（2）井下发射控制组件由FPGA控制器101、大容量存储器102、大容量蓄电池103、电源控制电路104、信号调理电路105、A/D转换器107、发射数模转换108、功率放大器109和发射开关电路1010组成；（3）发射开关电路1010是瞬变电磁传输法的核心部分，主要进行电能转换、实现双极性矩形波的输出，它由四个场效应晶体管k1～k4及发射线圈RL组成控制桥路组成，其中k1和k4、k2和k3组成桥路，桥路交替导通，发射线圈就会出现正负交替的电流，另外由于金属套管对电磁波存在屏蔽作用，这就要求发射功率足够大，本系统的发射线圈接收的激励源发射电流幅度应限制在1A～3A，为了实现大电流发射和快速关断，k1、k2、k3和k4选用场效应晶体管；（4）瞬变电磁信号取样积分电路10为地面接收处理部分的关键一环，其收到的为双极性信号，当负极性瞬变电磁信号进入时，极性开关14换向倒向，使得进入取样积分器的信号始终为正值；经过这种由前置运算放大器15处理后的输出值对于有用信号而言将得到累加的结果，而对于慢衰变的噪声信号，由于正、负半周期内的采样值符号相反，两者相加将互相抵消，从而大大降低了干扰电平；取样门16由触发17周期性触发脉冲控制，将多个周期的 瞬变电磁响应信号逐次累加保持下来。