[发明专利]一种用于油水井中的声波通信方法

说明书

本发明公开了一种用于油水井的自适应声波通信方法。在井口和井下分别放置声波/超声波的发送装置和接收装置，以油水井中的水或油水混合物、油管和套管作为传输媒质，以声波或超声波为信息载体，发送装置通过在声波或超声波载波中调制信息并传输到井下，接收装置通过传感器接收并解调信息，实现信息从井口到井下的传输。本发明方法可有效地用于石油开采的自动化应用，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及了一种声波或超声波通信方法，尤其是涉及了一种用于油水井中的声波通信方法。

背景技术

石油深埋于深达几千米的地下，作为一种重要的战略资源控制着世界各个国家的经济命脉。现如今，石油的开采难度日益增加，在油水井中实现可靠的无线通信，方便地控制井下仪器及生产设备，是能否提高开采效率的重要因素。传统油水井的通信方式主要采用有线电缆传输方式，而电缆在工作过程中容易磨损且布放困难、设备维护成本较高、扩展兼容性差。因此，采用基于声波或超声波的井下无线通信技术具有重要的现实意义。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明公开一种用于油水井中的自适应声波通信方法。通过使用声波或超声波作为信息载体，使用具有宏观周期性结构油水井作为传输通道，在井口和井下分别放置发送和接收装置，从而实现信息从井口到井下传输的一种通信方法。可有效地用于石油开采的自动化通信。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

油水井包括油管和套管，水泥环套装在岩层中，套管同轴套装在水泥环中，油管同轴套装在套管中，油管是由沿上下的多根子管同轴依次连接构成，相邻子管端口之间通过接箍同轴固定连接，上下的接箍之间非等间距布置；伸出地面以上的最上端的子管内部安装发送装置，地面以下的一个子管外侧壁局部加厚形成金属空腔，金属空腔中装有接收装置并充满有非导电液体，金属空腔中充满的非导电液体不连通于外部的水或油水混合物；方法包括：

(1)通信前在油管内部以及油管和套管之间的内腔中注满水或油水混合物，控制发送装置选择一个初始频率发出声波或超声波，声波或超声波沿着油管、套管及其中的水或油水混合物传导到接收装置，由接收装置接收获得接收信号；

(2)重复步骤(1)多次测量，每次采用不同的频率，然后利用测量得到的声学特性对多次测量中使用的发射信号进行分析处理获得最终发射工作频率；

由发送装置对油水井由拟周期接箍导致的声学特性进行测量，根据所得的声学特性中损耗较小的频带获得发射工作频率，并将在发射工作频率上调制有通信信息的声波或超声波，发射到油水井中，被接收装置接收完成自适应通信。

(3)控制发送装置以发射工作频率发出声波或超声波，声波或超声波调制有通信信息，声波或超声波沿着油管、套管及其中的水或油水混合物传导到接收装置，由接收装置接收获得接收信号，接收信号进行解调获得通信信息。

所述的接收装置采用宽频带或多频带声波或超声波传感器接收信号，并解调出信息。

本发明以油管中的水或油水混合物、油管、套管、油管和套管之间的水或油水混合物以及套管以外的水泥环组成的多层柱状结构构成的油井二维声波导中的声波或超声波进行通信，将油水井作为油井二维声波导进行声波传输通信。

所述的发送装置包括发送单片机、发送声波放大器、发送压电陶瓷元件和发送实时时钟，发送单片机输出端经发送声波放大器后和发送压电陶瓷元件连接，发送单片机和发送实时时钟连接；控制信号输入到发送单片机经由发送声波放大器放大后输入到发送压电陶瓷元件，控制发送压电陶瓷元件发出所设定频率的振动超声波；发送声波放大器的输出端同时引出后经匹配负载接地；

所述的接收装置包括接收单片机、接收声波放大器、接收压电陶瓷元件和接收实时时钟，接收压电陶瓷元件输出端经接收声波放大器后和接收单片机输入端连接，接收单片机和接收实时时钟连接；振动超声波传导到接收压电陶瓷元件被接收转换为电信号输出，经由接收声波放大器放大后输入到接收单片机。