[发明专利]信道自适应钻井通信中继短节、钻柱和频率自适应调节器

说明书

本发明实施例涉及数据传输技术领域，公开了一种信道自适应钻井通信中继短节、钻柱和频率自适应调节器，利用中继短节接收井下传输来的信号，经过解调、调制、放大等处理后，将该信号转发给上方钻杆，从而实现井下信号接力传输，提高信号的抗衰减能力。

技术领域

本发明实施例涉及数据传输技术领域，特别涉及一种信道自适应钻井通信中继短节、钻柱和频率自适应调节器。

背景技术

随着石油钻井技术的不断发展，钻井设备也在向着信息化和自动化方向发展。在钻井过程中，有必要实时获取测井过程中的地质数据，实时监控钻井环境，从而及时的调整钻井工艺。随钻测量技术，是指在钻井的过程中使用传感器对井下的各种参数进行测量，再将测量得到的数据实时发送回地面，方便地面的工作人员对数据进行收集，并根据收集到的数据对工作状态进行判断，进行实时决策。

但是，井下剧烈震动、高温高压、泥浆介质和金属钻杆电磁干扰等问题对随钻测控中数据高效传输到地面的上行通讯以及从地面将控制信号传送到井下的下行通讯提出了更高的要求。

智能钻柱网络系统实现了地面和井下的实时、高速通信。在两短节工具钻杆内部，数据经由同轴电缆传输，而在两短节工具之间的钻杆接头处，数据在耦合器的两线圈之间通过磁感应耦合原理进行传输。由电流的磁效应可知通电的导线能在其周围产生磁场，通过交变电流的导线在其周围产生变化的磁场，电磁感应原理表明变化磁场能在闭合的回路中生成电流，磁感应耦合器在两短节之间的通讯正依据这两个原理。

待传输的数字信号不能在磁感应信道中直接传输，用数字信号将其调制成能够在信道中传输的正弦载波信号，当数字信号产生变化时，载波信号的频率、相位或幅度也会随着变化。磁感应传输信道具有带通特性，正弦载波信号进入磁感应信道后，会有交变电流在初级线圈中产生，进而产生交变磁场，在次级线圈中交变磁场激励产生交变电流。在钻杆之间信号以这种方式进行传输，传输到井上后，对正弦载波信号进行解调，得到数字信号。

已调制信号沿着钻杆内的电缆经过感应接头一节一节的传输，由于两线圈之间存在漏磁通，它们不能完全的耦合，当经过约30节钻杆磁感应耦合器传输后，信号受到的干扰较多，衰减较大，难以继续传输信息。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种信道自适应钻井通信中继短节、钻柱和频率自适应调节器，能够使传输的信号被中继短节接收到后进行信号放大处理并转发至下一节钻杆，如此经过多次中继转发之后，使信号可以满足长距离的传输要求，最终使得信号到达目的地。

第一方面，本发明的实施方式提供了一种信道自适应钻井通信中继短节，包括：在所述中继短节两端的接头处分别设置有线圈，该线圈与相邻短节接头处的线圈形成耦合器，数据在所述耦合器的两线圈之间通过磁感应耦合原理进行传输；所述中继短节还包括：解调模块、调制模块和放大电路；

所述解调模块，用于接收从井下上传的第一相位连续FSK信号，并对所述第一相位连续FSK信号采用锁相环电路进行相位连续FSK信号解调，得到原始测量数字信号；

所述调制模块，用于对所述原始测量数字信号进行相位连续FSK信号调制，得到第二相位连续FSK信号；

所述放大电路，用于对所述第二相位连续FSK信号进行功率放大，并将放大后的信号继续上传至井上；

其中，所述锁相环电路包括：SE564锁相环芯片、环路滤波器及外接在SE564锁相环芯片引脚12、13的定时电容，所述定时电容包括多支容值不同的电容支路；

所述中继短节还包括：单片机和分别与所述单片机和所述定时电容控制连接的多路复用器；

所述单片机，用于控制所述多路复用器切换外接在所述SE564锁相环芯片引脚12、13的定时电容中的电容支路，以使得所述SE564锁相环芯片中射级耦合多谐振荡器的中心频率接近当前磁感应信道的谐振频率，以接收并解调从井下上传的所述第一相位连续FSK信号；