摘要：電磁波隨鉆測(cè)量的精準(zhǔn)度與信號(hào)傳輸載體、遙感深度等具有一定的聯(lián)動(dòng)性，以載波通信原理為基礎(chǔ)，將電磁波與電磁導(dǎo)體之間建立一個(gè)信號(hào)耦合機(jī)制則可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波系統(tǒng)的建設(shè)，極大提高信號(hào)傳輸質(zhì)量?；诖耍恼聦?duì)電磁波隨鉆測(cè)量中的信號(hào)傳輸機(jī)理以及電磁波傳輸特點(diǎn)進(jìn)行論述，對(duì)電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：載波通信;電磁波隨鉆測(cè)量;數(shù)據(jù)傳輸

載波通信是模擬通信制式的一種代表，其采用的是頻分復(fù)用技術(shù)，有效將信號(hào)的傳輸頻率進(jìn)行獨(dú)立保護(hù)，確保不同信號(hào)在不同頻譜之間可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)傳輸。對(duì)于石油開(kāi)采行業(yè)來(lái)講，利用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工時(shí)，需通過(guò)設(shè)備內(nèi)的傳感器對(duì)井下環(huán)境進(jìn)行勘測(cè)，然后將此類信號(hào)傳輸?shù)较到y(tǒng)中，令集成系統(tǒng)依據(jù)設(shè)備運(yùn)行裝置，正確界定出鉆頭的運(yùn)動(dòng)軌跡。目前，石油鉆采過(guò)程中的信號(hào)傳輸機(jī)制主要是以電磁波為傳輸載體，其與傳統(tǒng)的鉆進(jìn)液傳輸載體相比，具有效率性、精準(zhǔn)性的優(yōu)勢(shì)，但電磁波在實(shí)際傳輸中受外界環(huán)境因素影響較大。將載波通信技術(shù)應(yīng)用到電磁波信號(hào)傳輸中，將鉆桿上的信號(hào)傳輸與大地進(jìn)行聯(lián)通，以鉆桿以及大地為信號(hào)傳輸載體，則可有效解決信號(hào)傳輸?shù)穆?lián)動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)載波信號(hào)的對(duì)接傳輸，令系統(tǒng)對(duì)井下各類工作參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的了解。

電磁波隨鉆測(cè)量工藝主要是在鉆桿的中間位置利用絕緣部件進(jìn)行替換，令絕緣部件兩端呈現(xiàn)出非對(duì)稱性質(zhì)的偶極子，以對(duì)電磁波進(jìn)行發(fā)射。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于鉆桿絕緣段在傳輸相應(yīng)的信號(hào)時(shí)，其本身受到的信號(hào)傳輸壓力較大，在長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)下，必然加大鉆桿設(shè)備的耗損量。同時(shí)，以鉆桿為電磁波發(fā)射源，其發(fā)射性質(zhì)呈現(xiàn)出散射形式，分化電磁波發(fā)射能量，進(jìn)而降低電磁波的傳輸深度。

以電力線為載體的載波通信中，可將整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)出的高頻信號(hào)集成到電力線設(shè)備之中，然后通過(guò)相地耦合的方式，將電容器、濾波器等部件建構(gòu)為低阻濾波器，以對(duì)信號(hào)中的低頻成分進(jìn)行有效阻隔，進(jìn)而保證高頻信號(hào)的傳輸可精準(zhǔn)作用到電力線設(shè)備上。在鉆井工程施工中，鉆桿設(shè)備一般由具有高強(qiáng)度、高精度、高導(dǎo)電性的鋼材組成，此類鉆桿設(shè)備可以當(dāng)成是電力線設(shè)施，其可作為載波信號(hào)的傳輸載體，以此來(lái)建構(gòu)出電磁波隨鉆測(cè)量體系。

電磁波隨鉆測(cè)量體系的組成可分為兩部分，地面上的信號(hào)接收裝置、井下的信號(hào)傳輸裝置。在井下信號(hào)傳輸體系中，是以傳感器為信息采集源，對(duì)井下的各類工作參數(shù)，如溫濕度、空間壓力等，傳感器將各類信息采集以后，傳輸?shù)捷d波模塊中，然后通過(guò)頻率的加載形成電磁波。再經(jīng)由濾波處理將信號(hào)源耦合到鉆桿設(shè)備中，建構(gòu)成完整的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，真正令地上、地下實(shí)現(xiàn)信號(hào)的對(duì)接傳輸，地面工作人員可通過(guò)交互設(shè)備及時(shí)分析出井下設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以此來(lái)制定相應(yīng)的工作計(jì)劃，滿足下一階段的石油開(kāi)采需求。

電磁波傳輸介質(zhì)包含鉆桿傳輸與地層傳輸兩部分。在鉆桿傳輸中，受到鉆采空間的限制，實(shí)際傳輸方向只有以鉆桿鉆取角度為基準(zhǔn)，進(jìn)行激勵(lì)型、磁型的兩種傳輸形式，其呈現(xiàn)出導(dǎo)行特性的電磁波。在地層傳輸中，影響電磁波傳輸?shù)囊蛩赜泻芏啵?，地質(zhì)特性、電磁導(dǎo)率等，電磁波傳輸與上述影響因素呈現(xiàn)出線性關(guān)系，且傳播系數(shù)可精準(zhǔn)的反映出電磁波在地層中傳播速率。電磁波頻率傳輸值越高，則代表著傳輸媒介存在的電導(dǎo)率值越高，進(jìn)而加大信號(hào)傳輸中的衰減度。

電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)中，載波通信原理的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)相關(guān)載體建立信息傳輸渠道，保證電磁波的發(fā)射端與接收端可形成一個(gè)閉環(huán)。井下、地面的承接系統(tǒng)均包含信號(hào)發(fā)與接收兩個(gè)終端。其中井下系統(tǒng)是對(duì)各類信息參數(shù)進(jìn)行采集與整合，并回傳到地面系統(tǒng)中，地面系統(tǒng)的主要任務(wù)則是將各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交互顯示，并對(duì)相關(guān)指令進(jìn)行下達(dá)，令井下工作設(shè)備的運(yùn)行呈現(xiàn)出邏輯性，兩者工作原理如下。

井下收發(fā)裝置：地面發(fā)送指令→信號(hào)放大→信號(hào)解調(diào)→功率放大→濾波→控制器→指令形成，然后通過(guò)傳感器將信號(hào)傳輸?shù)轿⒖刂破髦羞M(jìn)行調(diào)制，再經(jīng)由調(diào)制、功率放大、有源濾波等實(shí)現(xiàn)信號(hào)耦合。

地面收發(fā)裝置：數(shù)據(jù)接收→前置放大→功率放大→濾波→解調(diào)→微控制器→計(jì)算機(jī)接口模塊，上述過(guò)程為信息接收流程;計(jì)算機(jī)接口模塊→微控制器→調(diào)制→功率放大→濾波→阻抗解調(diào)→信號(hào)耦合，上述過(guò)程為信息發(fā)送流程。

井下介質(zhì)在對(duì)電磁信號(hào)傳輸時(shí)，在外部管道與壓殼之間起到關(guān)聯(lián)作用，且內(nèi)部電源設(shè)備是安裝在壓殼裝置中的，這樣便可有效降低信號(hào)傳輸滯后性現(xiàn)象的發(fā)生幾率。目前，井下設(shè)備的工作狀態(tài)一般包含響應(yīng)型與自動(dòng)型兩種，響應(yīng)型是指井下設(shè)備在接收到上位指令以后，才進(jìn)行相關(guān)指令的操作，當(dāng)系統(tǒng)不再指令執(zhí)行范疇內(nèi)，則整體工作處于待機(jī)狀態(tài)，但其仍對(duì)信息起到存儲(chǔ)的作用，這樣便可有效節(jié)約能源。自動(dòng)型主要是指設(shè)備按照固定的程序執(zhí)行指令，此類設(shè)備在進(jìn)入井下之前，由計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行資源整合，例如頻率發(fā)生、數(shù)據(jù)采集時(shí)間點(diǎn)等。當(dāng)井下設(shè)備在系統(tǒng)規(guī)定時(shí)間內(nèi)并未接收到系統(tǒng)傳遞的指令，則設(shè)備將自動(dòng)向地面工作設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。

（一）信號(hào)耦合器

信號(hào)耦合變壓器是保證信號(hào)在傳輸過(guò)程中，精準(zhǔn)的作用到鉆桿裝置上，其起到信號(hào)降頻、干擾過(guò)濾的作用，以此來(lái)提高信息傳輸過(guò)程中穩(wěn)定性能。變壓器在對(duì)電磁波信號(hào)進(jìn)行耦合時(shí)，通過(guò)諧振頻率為載體，以實(shí)現(xiàn)載波頻率的同步映射，然后通過(guò)阻抗匹配機(jī)制，消除濾波信號(hào)中存在的雜波，經(jīng)由實(shí)際過(guò)濾，可有效提高系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的傳輸效率。此外，通過(guò)變壓器的參數(shù)設(shè)定，還可對(duì)系統(tǒng)內(nèi)電子元件起到防護(hù)的作用?？紤]到耦合變壓器的工作特性，為最大限度的提高諧振頻率在系統(tǒng)中的同化值，應(yīng)將荷載能力調(diào)到最大化，測(cè)定出額定變壓值，進(jìn)而分析變壓器內(nèi)阻抗系數(shù)、感應(yīng)電流值以及設(shè)備所產(chǎn)生的耦合數(shù)值等。 然后依據(jù)各類數(shù)值所呈現(xiàn)出的線性關(guān)系，界出變壓器內(nèi)電子元件之間的交互參數(shù)，得出信號(hào)耦合變壓器在電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用形式。

（二）系統(tǒng)性能設(shè)定

系統(tǒng)性能設(shè)定是指針對(duì)井下動(dòng)態(tài)的工作環(huán)境，分析出各類設(shè)備組件在運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下所呈現(xiàn)出參數(shù)狀態(tài)，例如溫度、濕度、噪音、雷電等環(huán)境因素的變化，是否影響電磁波在整個(gè)系統(tǒng)中的正常傳輸。在利用電磁波進(jìn)行透地傳輸時(shí)，為保證信號(hào)在井下與地面?zhèn)鬏斅窂絻?nèi)不會(huì)存在衰減效果，則可針對(duì)載波呈現(xiàn)出的相位來(lái)正確界定出載波頻率存在的序列值，然后將原有的低功率頻率進(jìn)行調(diào)寬處理，以增強(qiáng)系統(tǒng)本身的抗噪性，提高電磁波信號(hào)在井下、地面上的傳輸質(zhì)量。

綜上所述，載波通信原理為實(shí)現(xiàn)載體的電磁波傳輸系統(tǒng)，可有效在鉆桿設(shè)備與大地之間建立一個(gè)對(duì)接型的信號(hào)傳輸機(jī)制，令地面及時(shí)了解到井下的工作狀態(tài)，同時(shí)在信號(hào)的雙向反饋下，井下也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化反饋，進(jìn)而為整體鉆采工作質(zhì)量的提高奠定基礎(chǔ)。

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李桂興（1998.1），男，漢族，天津人，河北工程大學(xué)，工學(xué)學(xué)士。