[发明专利]一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置及方法

说明书

本发明公开了一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置及方法，属于油气田开发技术领域，井下数据上传时，上部短节Ⅰ作为电磁信号接收短节，下部短节Ⅱ作为电磁信号发射短节，当短节Ⅱ中的TM波发射天线通过交变电流在磁芯中产生交变磁场，则电磁信号接收短节的短节Ⅰ上的磁芯可以对上述电流信号进行捕获而实现信号的上传；同理，地面数据下传时，短节Ⅱ作为电磁信号接收短节，短节Ⅰ作为电磁信号发射短节，当短节Ⅰ中的TM波发射天线通过交变电流在磁芯中产生交变磁场，在短节Ⅱ对电流信号进行捕获而完成信号下传，短节Ⅰ与短节Ⅱ之间的信号的双向传递。与现有技术相比，传输相同距离的情况下，接收信号幅度更大，载波频率更高。

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置及方法。

背景技术

油气田开发过程中用于储层流体属性参数监测以及井下测控仪器设备的井地双向操作都依赖于井地双向通信信道的建立，譬如分层开采已广泛应用于现代油气田开发生产，无论是油气田的分层压裂还是后期分层注水助采以及采油采气的生产过程监控，都需要实时了解储层及井下设备的状态数据来为开发生产管理提供可靠实时的决策依据，这在改进油气采集工艺和油气井管理方面发挥着至关重要的作用。

目前，井下数据的无线上传技术主要有声波传输、电磁波传输等方式。基于电磁的无线测井技术，大多采用电流场型的信道传输原理来进行信号传输。如专利CN103061755A、CN105178948A、CN110111555A均是利用钻杆与大地构成等效回路来进行电磁信号的传输。但这种传输方式对地层的电参数(电导率、介电常数和磁导率)有很高的要求，容易受地质条件和地下流体的运移的影响。

而目前现有的井地无线电磁通信系统主要用于测井，主要有井下发射装置和接收装置，用绝缘短节将钻杆截断，构成绝缘偶极子发射天线，将发射装置的正端子、负端子分别接到绝缘短节的上端和下端，正端子上的激励电流将会沿着绝缘短节上端的金属钻杆向上流动，并随着钻杆的向上延伸电流会逐渐泄漏到地层中，在地面采用埋地电极来检测泄漏到地层中的泄漏电流，进而实现信号的传输。

现有的技术要依靠大地构成闭合回路完成信号的传输，该方法面临地层电参数(电导率、介电常数和磁导率)的变化（不同井，同一井不同采油周期）带来信号传输的不稳定，通常会出现由于地层水的流动导致某段时间通信异常以及A地区通信正常，而B地区由于地层参数不同而无法通信的现象，通用性不强。

现有的技术要依靠大地构成闭合回路完成信号的传输，由于电磁波在地层中的传输深度由电磁波在地层中的趋肤深度δ决定，而趋肤深度（ρ地层电导率，f工作频率），因此，为了更深的遥测深距离，通常采用极低频（0.1Hz-10Hz）的载波进行数据传输，这导致数据的传输速率慢、效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置及方法，本申请为能够将处于各向异性复杂地层环境下的金属套管、金属油管及封隔器和高盐度的油套管环空地层水的狭小空间下的井下测控信号从井下通过无线电磁方式上传至地面以及地面控制指令无线下传至井下测控仪器设备的装置。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置，包括设置在井下的套管以及设置在所述套管内由上至下依次连接的油管、扶正器Ⅰ、短节Ⅰ、封隔器、短节Ⅱ、传感器集成短节以及扶正器Ⅱ；所述扶正器Ⅰ与扶正器Ⅱ上下设置，所述扶正器Ⅰ与扶正器Ⅱ用于所述套管与油管电气连接；所述短节Ⅰ与短节Ⅱ之间通过电磁信号连通，所述短节Ⅰ与短节Ⅱ之间的信号的双向传递。

作为本申请的进一步方案，所述短节Ⅰ与短节Ⅱ均包括油管、金属保护外套以及设置在所述油管和金属保护外套之间的电池组、发射信号处理模块以及接收信号处理模块。

作为本申请的进一步方案，所述短节Ⅱ还包括TM（Transverse magnetic wave，横磁波）波发射天线，TM波发射天线由环形的软磁材料以及环绕在软磁材料之外的线圈组成。