[发明专利]一种井下至地面的测井通信和控制装置及方法

说明书

本发明提供了一种井下至地面的测井通信和控制装置，其具有探测灵敏度高、工作温度范围宽、工作能耗低、占用体积小、信道宽度大、传输速率快、价格低廉的特点，在井下至地面数据通讯的无线传输方面具有明显优势。其包括地面部分和井下部分，所述地面部分设置有原子磁力计接收装置及量子数据读出的量子探测设备，所述井下部分包括有电磁波发射系统，所述电磁波发射系统用于将井下探测到的信号进行编码并通过电磁波发射。

技术领域

本发明涉及量子测井的技术领域，具体为一种井下至地面的测井通信和控制装置，本发明还提供了井下至地面的测井通信和控制的方法。

背景技术

现有的测井技术的井下数据向地面的传输是通过泥浆脉冲或EM-MWD来进行。泥浆脉冲的工作方法是通过钻井时对井眼中的泥浆压力信号进行编码，通过采集泥浆压力信号的变化实现信息传输，这种方式的传输速率非常有限，一般为几个bps，并且随着井深的加大，泥浆信号的不稳定性持续增大，解码工作的困难程度也快速增加。此外，泥浆还是驱动井下发电机唯一手段，对泥浆信号做压力编码会在一定程度上干扰发电机的工作，导致发电机的功率不足，降低了整体的工作效率。EM-MWD是通过电磁信号传输来实现井下至地面通信的，其地面部分也是一个电磁波天线，EM-MWD灵敏度和精度较差，因此EM-MWD的传输深度比较有限，即使中间加了一节信号中继的情况也往往不能超过3000米。

由于测井的距离和深度不断扩大，故需要一种传输速度更高、稳定性更好、传输距离和深度更大的井下至地面的测井通信和控制装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种井下至地面的测井通信和控制装置，其具有探测灵敏度高、工作温度范围宽、工作能耗低、占用体积小、信道宽度大、传输速率快、价格低廉的特点，在井下至地面数据通讯的无线传输方面具有明显优势。

一种地面至井下量子测井通信和控制装置，其特征在于：其包括地面部分和井下部分，所述地面部分设置有原子磁力计接收装置及量子数据读出的量子探测设备，所述井下部分包括有电磁波发射系统，所述电磁波发射系统用于将井下探测到的信号进行编码并通过电磁波发射。

其进一步特征在于：

原子磁力计接收装置与量子数据读出的量子探测设备之间通过线缆连接，确保数据最后解码的准确可靠；

所述原子磁力计接收装置采用高灵敏度⁸⁷Rb原子磁力计或金刚石量子磁力计，其传输信道覆盖0-100Hz，所能够探测的磁场强度低至10^-12T量级，本底噪声低至1PT/Hz^1/2，具有超高的灵敏度和探测信噪比；

在原子磁力计接收装置作为信号接收装置时，电磁波发射系统采用更低的发射功率进行信号发射即可达到信号的稳定传输和探测效果，降低了井下仪器系统的整体能耗；

其还包括有一井下电磁信号中继器，当电磁波发射系统和原子磁力计接收装置的直线距离大于4km时，井下部分设置有井下电磁信号中继器，电磁波发射系统所发出的信号通过电磁信号中继器放大后朝向原子磁力计接收装置发出放大后的信号，使得原子磁力计接收装置接收到有效信号，使得整个装置的传输距离和深度得到扩展。

一种井下至地面测井通信和控制方法，其特征在于：工作时由井下电磁波发射系统对要发射的信息进行编码和调制并按照频率进行发射，电磁波信号由井眼经由地层辐射到地面，位于地面的原子磁力计对电磁波信号进行探测，并通过对应的接收装置对其进行记录和解码，实现井下到地面的通信功能。

其进一步特征在于：通过原子磁力计接收装置对低频电磁信号进行高灵敏度探测和接收，具体极高的信噪比和探测灵敏度，适用于随钻探测中的井下至地面通信领域；

电磁波发射系统的编码方式根据需求进行设置，其发射频率为1-100Hz范围之内的频率。