电磁脉冲随钻测量数据传输技术研究

目前，我国油气田多处于开发中后期，地下油气储藏关系复杂，特别在近年来的欠平衡钻井技术中，随钻测量(MWD)技术作为复杂地层钻井的必备手段，已成为现代钻井技术发展的前沿标志。然而，由于地层中信号传输的复杂性，MWD井下通讯技术的发展已成为世界范围内制约随钻测量的主要瓶颈。本项目首次提出利用微秒级脉冲放电激发电磁脉冲，在钻柱中进行井下随钻测量信号的短距传输，并以中继短节形成无线井下数传网络，藉以达到油气井随钻测量数据无线传输的目的。目前报道的电磁脉冲应用是在军事上作为摧毁敌方电子信息系统的新一代武器系统，而作为信号传输的手段未见报道。采用电磁脉冲实现井下无线数据传输，可以突破当前井下无线信号传输的基本模式，形成一种新的高速井下无线数字信号传输系统，突破传统钻井液传输介质的限制及地层电磁波传输对低电阻率地层的限制，能够广泛应用于各类地质条件下的随钻测量，因此具有较大的学术价值与科学价值。

在油气井井下环境中，由于钻井液、钻杆以及土壤的高导电特性，利用电磁波的通信技术会遭遇信道不稳定、天线尺寸大和多路径损耗的缺陷。一些研究学者尝试寻找一些其它的通讯技术来替代电磁场通信在狭小空间高导电环境中的应用。在过去的十年间里，磁感应（Magnetic Induction, MI）通信逐渐引起研究人员的注意。通过分析磁感应通信系统的物理原理可以发现，磁感应通信具有信道稳定、小天线尺寸和无多路径损耗的特点。因此，将磁感应通信应用于井下环境中有其实用价值。.但是磁感应通信的缺陷是路径损耗很大，导致其通信距离很短，一般在2m以内。为了提高通信距离，我们采用了谐振耦合和脉冲功率的方法。通过分别建立采用这两种方法的磁感应通信系统的模型，分析其性能指标（传输功率比、路径损耗、信噪比、误码率），并与传统的磁感应通信系统的性能指标相比较。研究结果显示，谐振耦合和脉冲功率能够降低磁感应通信系统的路径损耗和误码率，提高传输功率比和信噪比，进而提高信号的传输距离。.提高信号传输距离的另一思路是在接收端采用有效的降噪和检测方法检测出低信噪比接收信号中的微弱有用信号。由于有用信号的瞬变性，我们采用了自适应奇异值分解和小波模极大值匹配方法。仿真结果表明，与传统算法相比，改进的两种方法能更好地检测微弱瞬变信号，从而提高传输距离。