電磁隨鉆傳輸理論與應(yīng)用

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 EM-MWD系統(tǒng)工作原理與構(gòu)成 4
1.1.1 EM-MWD系統(tǒng)的工作原理 5
1.1.2 EM-MWD系統(tǒng)的主要測量參數(shù) 5
1.1.3 EM-MWD系統(tǒng)的主要評價指標(biāo) 7
1.2 EM-MWD系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 8
1.2.1 隨鉆電磁傳輸信道的特性研究現(xiàn)狀 8
1.2.2 低信噪比下EM-MWD信號的檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀 11
1.2.3 EM-MWD系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 12
1.3 EM-MWD系統(tǒng)新技術(shù)與面臨的挑戰(zhàn) 17
參考文獻(xiàn) 18
第2章 井筒中低頻電磁波傳輸特性研究 22
2.1 EM-MWD系統(tǒng)工作原理及構(gòu)成 22
2.1.1 EM-MWD系統(tǒng)井下電磁場的形成機理 24
2.1.2 絕緣段結(jié)構(gòu)及等效物理模型 26
2.1.3 主要測量參數(shù) 27
2.2 井筒中低頻電磁波傳播規(guī)律研究 27
2.2.1 EM-MWD系統(tǒng)電磁信道的等效傳輸線法研究 28
2.2.2 金屬套管對隨鉆電磁信號傳播的影響 31
2.2.3 不同井眼結(jié)構(gòu)下電磁波傳播規(guī)律研究 32
2.2.4 井場環(huán)境對電磁波信號的影響研究 34
2.2.5 影響 EM-MWD系統(tǒng)中電磁波衰減的因素 34
2.3 鄂北地區(qū)電磁波的衰減模型與仿真 36
2.3.1 鄂北地區(qū)電磁波的衰減模型 36
2.3.2 鄂北地區(qū)電阻率分布特性 37
2.3.3 EM-MWD系統(tǒng)中電磁波衰減仿真 37
2.4 小結(jié) 41
參考文獻(xiàn) 42
第3章 井場噪聲采集與噪聲特性研究 43
3.1 井場噪聲的統(tǒng)計特性 43
3.1.1 井場噪聲概述 44
3.1.2 井場噪聲源分類 44
3.1.3 常見的井場噪聲模型 48
3.1.4 井場噪聲譜分析 54
3.2 井場噪聲采集系統(tǒng)硬件設(shè)計 56
3.2.1 耦合變壓器設(shè)計及選型 57
3.2.2 低噪聲前置放大器設(shè)計 57
3.2.3 低噪聲濾波器設(shè)計 59
3.2.4 USB6221采集卡 61
3.2.5 井場電磁噪聲采集系統(tǒng)功能劃分 61
3.3 井場噪聲采集系統(tǒng)軟件設(shè)計 62
3.3.1 LabVIEW編程平臺及開發(fā)流程 62
3.3.2 井場噪聲采集系統(tǒng)主界面設(shè)計 63
3.3.3 井場噪聲采集系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計 65
3.3.4 LabVIEW與MATLAB混合編程 66
3.4 井場噪聲Bootstrap方法分析 67
3.4.1 Bootstrap方法概述 68
3.4.2 Bootstrap技術(shù)在井場噪聲處理中的應(yīng)用 69
3.5 實測井場噪聲數(shù)據(jù)分析與處理 72
3.5.1 實驗井場位置 73
3.5.2 基于Bootstrap方法的噪聲數(shù)據(jù)分析 74
3.5.3 井場噪聲的譜分析 75
3.5.4 不同鉆進(jìn)狀態(tài)時的井場噪聲分析 77
3.6 小結(jié) 83
參考文獻(xiàn) 84
第4章 基于μC/OS-II的井下電磁發(fā)射機設(shè)計 86
4.1 電磁發(fā)射機概述 86
4.2 井下電磁發(fā)射機原理與構(gòu)成 88
4.2.1 井下電磁發(fā)射機工作原理 88
4.2.2 定向測量探管 90
4.2.3 井下電磁發(fā)射機質(zhì)量的評價標(biāo)準(zhǔn) 93
4.3 井下電磁發(fā)射機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與負(fù)載等效模型 94
4.3.1 井下電磁發(fā)射機功率電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 95
4.3.2 井下電磁發(fā)射機的SPWM控制原理 97
4.3.3 井下電磁發(fā)射機負(fù)載等效模型 99
4.4 井下電磁發(fā)射機硬件設(shè)計 102
4.4.1 井下電磁發(fā)射機主控系統(tǒng)設(shè)計 102
4.4.2 發(fā)射機H橋功率驅(qū)動電路設(shè)計 105
4.4.3 井下電磁發(fā)射機檢測電路設(shè)計 106
4.4.4 發(fā)射機與定向探管接口電路設(shè)計 109
4.4.5 井下電磁發(fā)射機供電電源設(shè)計 109
4.4.6 井下電磁發(fā)射機儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計 110
4.5 井下電磁發(fā)射機軟件設(shè)計 111
4.5.1 井下發(fā)射機系統(tǒng)軟件概述 111
4.5.2 μC/OS-II在DSP上的移植 114
4.5.3 井下電磁發(fā)射機的任務(wù)劃分及優(yōu)先級 115
4.5.4 井下電磁發(fā)射機主程序設(shè)計 116
4.5.5 井下電磁調(diào)制信號產(chǎn)生子程序 117
4.5.6 輸出電壓與電流控制子程序 119
4.5.7 發(fā)射機與定向探管通信子程序 123
4.6 井下電磁發(fā)射機系統(tǒng)測試 124
4.6.1 井下電磁發(fā)射機的數(shù)學(xué)模型分析 124
4.6.2 井下電磁發(fā)射機的LC濾波分析 125
4.6.3 井下電磁發(fā)射機雙閉環(huán)PI控制 127
4.6.4 井下電磁發(fā)射機的仿真模型及結(jié)果分析 129
4.7 小結(jié) 135
參考文獻(xiàn) 135
第5章 隨鉆電磁信號地面接收系統(tǒng)設(shè)計 138
5.1 EM-MWD系統(tǒng)地面接收的工作原理與分析 138
5.1.1 地面接收機工作原理 139
5.1.2 接收機設(shè)計關(guān)鍵指標(biāo) 141
5.1.3 EM-MWD系統(tǒng)工作參數(shù)的配置 142
5.2 EM-MWD地面接收系統(tǒng)硬件設(shè)計 146
5.2.1 地面接收機硬件設(shè)計 146
5.2.2 隔離式安全柵設(shè)計 147
5.2.3 低噪聲前置放大器設(shè)計 149
5.2.4 低噪聲濾波器設(shè)計 150
5.2.5 司鉆指示器設(shè)計 151
5.2.6 供電電源設(shè)計 153
5.3 地面接收機解調(diào)方法 153
5.3.1 電磁波載波同步技術(shù) 154
5.3.2 碼元同步與幀同步 160
5.3.3 相干解調(diào)算法與實現(xiàn) 160
5.4 EM-MWD地面接收系統(tǒng)軟件設(shè)計 161
5.4.1 EM-MWD地面接收系統(tǒng)軟件構(gòu)架分析 162
5.4.2 EM-MWD地面接收系統(tǒng)軟件需求分析 163
5.4.3 電磁波數(shù)據(jù)的實時獲取及處理 164
5.4.4 EM-MWD地面接收系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計 165
5.5 遠(yuǎn)程接收系統(tǒng)方案設(shè)計 167
5.5.1 遠(yuǎn)程接收系統(tǒng)工作原理及主要完成功能 168
5.5.2 遠(yuǎn)程無線傳輸協(xié)議方案的選擇 169
5.5.3 基于ZigBee協(xié)議的遠(yuǎn)程無線電磁信號傳輸方案設(shè)計 170
5.5.4 基于ZigBee技術(shù)的無線傳輸監(jiān)控軟件設(shè)計 174
5.5.5 實驗結(jié)果分析 176
5.6 小結(jié) 177
參考文獻(xiàn) 178
第6章 EM-MWD系統(tǒng)的信號檢測方法 179
6.1 EM-MWD電磁信號的檢測技術(shù)概述 179
6.2 井下電磁發(fā)射機的調(diào)制技術(shù) 180
6.2.1 EM-MWD系統(tǒng)調(diào)制技術(shù)優(yōu)選 182
6.2.2 井下電磁發(fā)射機 BPSK 調(diào)制信號的產(chǎn)生 183
6.2.3 井下電磁發(fā)射機 2DPSK 信號的解調(diào) 184
6.3 井場噪聲處理方法研究 188
6.3.1 陷波器工作原理 189
6.3.2 50Hz噪聲IIR數(shù)字陷波器研究 190
6.3.3 50Hz噪聲數(shù)字陷波器仿真研究 192
6.4 井場噪聲自適應(yīng)抵消工作原理 194
6.4.1 改進(jìn)的井場噪聲自適應(yīng)抵消工作原理 197
6.4.2 井場噪聲自適應(yīng)抵消方法探討 199
6.4.3 井場噪聲自適應(yīng)抵消方法仿真 200
6.5 自適應(yīng)BPSK算法在EM-MWD系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 203
6.5.1 自適應(yīng)BPSK調(diào)制技術(shù)原理 203
6.5.2 EM-MWD系統(tǒng)中自適應(yīng)BPSK相干檢測方法研究 205
6.5.3 EM-MWD系統(tǒng)中自適應(yīng)BPSK相干檢測的誤比特率 206
6.5.4 自適應(yīng)BPSK算法仿真 206
6.5.5 EM-MWD系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)分析與處理 209
6.6 小結(jié) 213
參考文獻(xiàn) 214