[发明专利]地面信号收发装置、井下信号收发装置和数据传输系统

摘要

本发明公开了一种地面信号收发装置、井下信号收发装置和数据传输系统，其中，地面信号收发装置设置在钻井的地面端，包括：地面天线模块，其用于将接收到的来自井下的电磁信号转换为电信号，以及将携带地面信息的电信号转换为电磁信号并向井下发送；收发切换模块，其与地面天线模块连接；第一信号接收电路和第一信号发送电路，其分别与收发切换模块连接；第一数据处理模块，其与第一信号接收电路和第一信号发送电路连接；其中，收发切换模块对第一信号接收电路和第一信号发送电路进行隔离。该系统能够实现地面设备与井下设备之间的数据双向传输，无须开停泵，不耽误钻进时间，不容易产生误操作。

主权项

1.一种地面信号收发装置，其特征在于，所述地面信号收发装置设置在钻井的地面端，其包括：地面天线模块，其用于将接收到的来自井下的电磁信号转换为电信号，以及将携带地面信息的电信号转换为电磁信号并向井下发送；收发切换模块，其与所述地面天线模块连接；第一信号接收电路和第一信号发送电路，其分别与所述收发切换模块连接；第一数据处理模块，其与所述第一信号接收电路和第一信号发送电路连接；其中，所述收发切换模块对所述第一信号接收电路和第一信号发送电路进行隔离，其在所述第一数据处理模块的控制下导通地面天线模块与第一信号接收电路之间的连接以完成信号的接收过程，或是导通地面天线模块与第一信号发送电路之间连接以完成信号的发送过程，其中，所述地面天线模块将携带地面信息的电信号转换为电磁信号并向井下发送时，发射功率根据井下设备的感应电压来确定：其中，通过以下方式确定所述井下设备的感应电压：通过将地面设备的第一埋地电极和第二埋地电极的输入阻抗相加得到所述地面设备的地面天线模块的输入阻抗Z；根据下式得到所述井下设备所处位置处的电场分量E，其中，ρ表示地层电阻率，ω表示发射信号载波频率转换得到的角频率，μ₀表示地层磁导率，l表示第二埋地电极的长度，V₀表示施加在所述地面天线模块上的电压，k₁表示传播波数，γ表示传播常数，h表示所述井下设备到地面的距离，a表示电磁信号在地层中传输时的趋肤效应经验系数，z表示在沿钻杆方向的坐标轴上的分量；根据下式确定所述井下设备的感应电压V，其中，b表示钻杆半径。